CN1068410C - 机动车的控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种机动车传动功率控制的方法及装置，其中基于对传动单元输出转矩的额定值，在提供额定转矩值的方向上影响对传动单元输送的空气与燃料的比例和点火角和/或对各个汽缸的燃料供给。这种对空气一燃料比例和点火角和/或燃料供给的影响是彼此同步地，因此单个影响对转矩变化的作用基本上是在同一时间点上，尤其是在同一吸气的汽缸上产生的。

Description

机动车的控制方法及装置
现有技术
本发明涉及一种控制机动车传动功率的方法及装置。
这样一种方法及这样一种装置已由DE3938444C1公知。该文件中为了控制机动车的传动打滑建议：在机动车及其传动单元的运行参数的基础上确定由被传动轮对能传动的最大传动力矩及调节内燃机的一个中央调节装置。但其中未给出在中央调节装置中用于对输出的最大可传动的传动力矩作处理及用于对传动发动机的转矩作调节的合适措施。
因此本发明的任务在于通过对驱动发动机功率参数加燃料的配量、混合物的组成、点火角度和/或空气输送的影响来提供用于调节机动车传动发动机转矩调节的措施。
为完成该任务，本发明提供一种用于控制一种机动车传动功率的方法，其中根据对于由一个内燃机输出转矩的额定值(Misoll)在使实际值接近该额定值的方向上调节内燃机的功率参数，如点火角和/或对内燃机汽缸的燃料供给，由该额定转矩值确定出用于内燃机待调节空气一燃料比例的额定值(λsoll)，用于点火角调节的额定值(αZsoll)及用于关断燃料供给的汽缸数目的额定值(XZsoll)，并通过空气-燃料比例、点火角的控制及通过对汽缸关断燃料来调节；其中至少基于三个单一的函数来确定该额定值，该三个函数点相当于火角调节对于内燃机转矩的影响，空气-燃料比例的调节对于内燃机转矩的影响以及停止燃料供给的汽缸对于内燃机转矩的影响。
由一项非在先公开的德国专利申请DE-P4239711.1公知了通过对点火角度、对各个汽缸燃料供给的接通及削减的影响和/或对内燃机空气供给的影响来转换一个内燃机传动单元的传动发动机的转矩额定值。但未描述为了实现快速转矩变化的燃料-空气比例的方案。
根据本发明的另一方面，因而提供了作为对其它影响方式补充的措施，即在一种强迫点火式发动机上改变燃料-空气比例，以使能允许根据传动单元额定转矩实现快速力矩变化。
由文件JP63263243的摘要公知了根据车轮的打滑在减小的方向上改变内燃机的混合燃料的成分。但没有描述额定转矩的预给定及由此导出的额定混合燃料成分的计算。
在文件EP567177A1中描述了一个传动打滑调节系统，其中根据内燃机额定转矩值及实际转矩值之间的偏差停止对一定数目汽缸的燃料供给，并在滞后的方向上根据转数调节点火角。但在该文件中也未描述根据额定转矩值来计算额定的混合燃料成分。
在文件EP547817A1中指出了混合燃料成分与发动机转矩之间的关系。为了在换挡过程期间减小转矩，由变速控制装置对发动机控制装置预给出一个点火角变化值。但未描述在考虑到发动机实际转矩值的情况下预给出额定转矩及计算额定混合燃料成分。本发明的优点
根据本发明的上述方法通过改变燃料-空气比例可以实现力矩的变化。这种为了力矩调节的燃料-空气比例的变化能以具优点的方式通过点火角位置和/或通过对各个汽缸燃料供给的中断及重新接收(汽缸渐灭火)作为对力矩调节的补充措施使用。
根据本发明的上述方法的决定性优点在于，通过发动机转矩的细致、精确调节使行驶舒适度显著改善。此外，通过在强制点火式发动机上改变空气-燃料比例与单独使用关断燃料供给的措施相比较，可以达到改善废气的排放，其中由于部分地避免了燃料的关断及点火角的延迟调节，就能以有利的方式保护排放阀，弯管及废气催化器，保证它们免于过热。
通过点火和/或喷射调节的同步以及对空气-燃料比例的调节可实现发动机转矩持续、舒适的调节。
从以下对实施的描述可以得到本发明的其它优点。
以下将借助于在附图中描绘的实施例来详细地解释本发明。附图为：
图1是用于一种机动车的控制装置的概要框图；
图2表示根据本发明方法的一个优选实施形式的流程图；及
图3表示例举信号的时间波形，通过它们可使根据本发明的方法的工作方式更加被阐明。
实施例的描述
在图1中表示用于控制具有一个内燃机的传动单元10的机动车的控制装置的概要框图，该内燃机通过一个具有可由司机操作的节流板14的空气吸入系统12供给。此外在图1中表示出四缸内燃机10(强制点火式发动机)中的两个汽缸16及18。第一控制单元20的输入有测量装置26至28的导线22至24，其输出有通向第二控制单元32的输出导线30。对第二控制单元32还输入有测量装置38至40的输入导线34至36。控制单元32还输入有用于测量内燃机10的空气输入量的一个测量装置44的导线42，用于检测内燃机转数的一个测量装置48的导线46及用于检测废气成分(λ)的一个测量装置52的导线50。输出导线54至56通向喷射阀58至60，其中对每个气缸配置了一个喷射阀。另外的输出导线62至64通向对每个气缸设置的用于控制点火时间点的装置66至68。
对图1中所示的装置的功能原理将以传动打滑功能为例进行描述。在此情况下控制单元20表示一个传动打滑调节系统，它实际上通过导线22至24输入关于机动车轮对的旋转速度的信号。在这些信号值的基础上控制单元20求得一个受控制单元32调节的驱动发动机10的转矩的额定值。该额定值由控制单元20经由导线30传送给控制单元32，并由控制单元32运用输入给它的运行参数将对各个汽缸燃料供给的影响和/或点火角的影响以及空气/燃料混合物组成的变化在逼近由内燃机10输出的矩转的方向上提供给预定的额定值。
除去控制单元20所述的功能外，在另外的具优点的实施例中控制单元20可以是一传动控制单元，它将确定由传动线路输出的传动力矩，并通过导线30将用于传动发动机的转矩调节额定值输出给控制单元32。在另一种实施例中该控制单元20可为一个用于通用控制的上级控制单元，它至少控制传动单元和传动发动机，或是一个用于限制一个或多个运行状态中的最大转矩，行驶速度或转数的装置。
通过控制单元32对额定转矩值的转换是基于以下的基本关系及认识。通过燃料过程在各个汽缸中产生的内燃机转矩，即指示转矩Mi，基本上与转数Nmot，发动机负载T1(通过汽缸装载来调节)，受调节的喷射时间Ti及点火角度αZ有关。在通过空气-燃料比例、各汽缸燃料供给量及点火角度的影响提供力矩额定值的情况下，喷射燃料时间总是通过受调节的废气成分入值及所谓的降级XZ来描述，降级表示内燃机的每个工作冲程熄火的汽缸数目，这就是说中断燃料供给的汽缸数目。因此该指示发动机转矩可通过以下的关系式来描述：
Mi=f(Nmot,T1,αZ,λ,XZ)     (1)
在此情况下该指示转矩可通过控制单元20作为额定值预先给出。然后存在的任务是计算调节量αZ,  λ及XZ。对此的基本认识是根据等式(1)的关系按照物理学观点划分成单一函数：
Mi=f1(Nmot,T1)*f2(ΔαZ)*f3(λ)*f4(XZ)    (2)
(具有ΔαZ=αZopt(Nmot,T1,λ)-αZ及f4(XZ)=1-XZ/ZZ                                   (3))其中αZopt是基于发动机转数,发动机负载及废气成分对于最大转矩确定的最佳点火角，αZ是根据已知的转数-负载特性曲线族实际调节的点火角。ZZ是汽缸逐渐熄火的最大可能级数(例如在一个四缸发动机的最简单的情况下为4)。
等式(2)的组成部分具有各自的物理意义。f1相应于最佳点火角、λ=1(化学成分计算比例)及对所有汽缸供给燃料(XZ=0)时的指示转矩。f2相应于点火角偏差或点火角调整值对发动机转矩影响的部分，这就是说，对最佳点火角调节的偏差值。f3表示当空气-燃料比例变化时的转矩变化值。其中函数f3在λ=1时为1。最后f4表示通过各个汽缸的熄火的转矩变化值，其中当没有汽缸熄火即所有汽缸供给燃料时该函数值为1。
函数f1至f4这时表示由试验确定的特性曲线族或特性曲线，其中根据绝对转矩值(f1)的标定值或相对转矩变化值(f2至f4)标定座标。
负载信号将由热线式空气量检测器，热膜式空气量检测器，吸管压力传感器或空气量检测器的信号并考虑到转数来加以确定。
为了计算调节量λsoll,αZsoll及XZsoll，通过它们提供额定转矩的调节，可以根据不同的策略进行。以下将详细地考察两种这样的策略，它们在实施中被证实是特别适合的。第一种策略是对空气-燃料比例的影响分配高于对燃料供给(汽缸熄火)及点火角调节的影响的优先级，而第二种策略是对汽缸熄火的影响分配高于对空气-燃料比例的影响及点火角影响的优先级。在另外的实施例中可以选择任何其它的优先级分配。
对此必须首先通过估计来确定在常规运行时，在λ=λ0，特性曲线族点火角αZ及降级XZ0(没有汽缸熄火)且没有影响的情况下确定被调节的转矩Miakt：
Miakt=f1(Nmot,T1)*f2(αZopt-αZ)*(f3(λ0)*f4(0)             (4)
(具有对于λ0=1,F3(λ0)=1，及F4(0)=1)
具有优先级的并对于调节给定转矩Misoll所必需的对空气-燃料比例的影响在考虑到等式(4)的情况下通过解等式(3)得到：
λsoll=f3-1〔(Misoll*f3(λ0))/Miakt〕
                              (5)
因而如果发动机转矩的额定值偏离了没有影响时的估计值，则根据上式来确定对空气-燃料比例的调节量，它至少将使没有影响时的额定值及实际值之间的差缩小。额定值λsoll不能离开它允许的范围，该允许范围是通过对汽缸可靠的加燃料来确定的。如果该额定值在允许范围以外，则将该额定值限制到一个最小值或最大值上。
由根据空气-燃料比例额定值调节的值λ并借助于函数f3求得这种调节的转矩值，并根据它求解确定逐渐熄火汽缸数目XZ的等式(2)；
XZsoll=(1-Misoll/(Miakt*f3(λ)/f3(λ0))〕*ZZ                            (6)
如果降级数目是固定的，则基于等式(2)通过点火角的变化来补偿可能剩余的转矩差。在此情况下将考虑空气-燃料比例的移动对最佳点火角的影响(g(λ))。然后在考虑受调节的空气-燃料比例对最佳点火角的影响的情况下获得作为受调节的降级及转矩额定值函数的要调节的点火角αZsoll：αzsoll=αzopt(Nmot,T1)*g(λ)-f2-1[Misoll/(fl(Nmot,T1)*
      f3(λ)*f4(xz))]         (7)
通过调节量的一连串的计算，因此可以通过空气-燃料比例的影响、对各个汽缸燃料供给以及要调节的点火角的影响来调节额定发动机转矩。
如果在一个实施例中或在确定的运行阶段及运行点上(如果在较小力矩下降或最高速度限制时的热运行中)，不允许对各个汽缸燃料供给的任何中断，这就是说XZsoll总为0，将以类似的方式基于上述等式实行对空气-燃料比例及对点火角的组合影响。
由测量或计算的点火角、汽缸降级及入的实际值根据等式(2)来计算或在必要时处理实际发动机转矩值。
在一个优选实施例中将通过校正喷射时间Ti来进行空气-燃料比例的额定值的调节。
为了实现相应的功能，除去上述基本关系外还考虑时间特性。在燃料喷射系统中，基本上根据负载及转数预储备用于一个确定汽缸的待喷射燃料，这就是说，在相关汽缸的吸气阀吸气冲程前的一个确定曲轴角度上进行喷射。待喷射燃料份额的计算因此要在吸入这些份额以前的一个确定时间上进行。因而这意味着使在吸气过程中出现的运行状态不再精确。与此相反地，点火角的计算非常实时地进行，并直接在混合物点火前完成。为了改善转矩特性曲线，因而必须这样地使对点火及燃料份额的影响同步进行，即点火角的变化首先在燃料份额变化(就空气-燃料比例变化而言，或就燃料供给中断或重给而言)的汽缸上进行。对于这种同步的一个实现方式是在该实施例中使用空气-燃料比例影响的优先级概括成的图2所示的流程图。
在实现曲轴或时间同步的程序部分开始后，在第一步骤100上读入发动机转矩的额定值Misoll，发动机转数Nmot，发动机负载Tl及废气成分λ0。然后在步骤102上由一个特性曲线族来计算根据发动机转数，发动机负载及λ值确定的最佳点火角与实际受调节的点火角αZ之间的点火角差值ΔαZ。此外在步骤102上由一个特性曲线族根据发动机转数，发动机负载，废气成分λ0及点火角偏差来估计没有受影响时实际输出的发动机转矩(等式(4))。在随后的步骤104上计算预定的额定转矩和估计的未受影响的转矩之间的比例关系，及在接着的步骤106上确定调节空气-燃料比例的额定值λsoll(等式(s))。此后在步骤108上，在必要时将λsoll限制在最小值或最大值上，并在接着的步骤110上，基于无对于空气-燃料比例的待调节值λ及额定转矩值影响的转矩值如上所述地确定待调节的降级XZsoll(等式6))。在随后的步骤112上，待调节的点火角αZsoll作为额定转矩值、最佳点火角时的转矩值、值λ及受调节的降级的函数根据上式(等式(7))被确定出，及在下一询问步骤114上检验：在步骤110上是否计算了相对先前的状态降级的变化。
如果情况为肯定，则在步骤116上输出用于降级变化的额定值及在随后步骤118上确定下一个要改变其工作状态的汽缸。为就是说，其状态从关断到重新恢复工作或从供给燃料到关断状态的变化。然后，在步骤120上确定对于空气-燃料比例额定值的输出时间点，并在步骤122上在该给定的时间点上输出该额定值，这就是说，对于一个汽缸形成的喷射脉冲相应地校正到该时间点上。这时该时间点将这样地确定，即根据预存储的燃料对一个汽缸首次改变输入混合物的组成，这个汽缸根据步骤118改变其工作状态或跟随这样一个汽缸的状态。在步骤124上相应地输出用于具有工作状态变化的汽缸或用于随后汽缸的点火额定值并结束该程序部分。
如果在步骤114上识别到没有计算出降级的任何变化，则在询问步骤126上检验是否已确定出空气-燃料比例的一次变化。在肯定的情况下将根据步骤128输出额定值λsoll，及在下一步骤130上求出哪个汽缸首先以变化了的空气-燃料比例供给燃料。预先存储的动力燃料主要与发动机转数及发动机负载有关，因此借助这些运行参数可以确定出时间点。在步骤132上进行用于该汽缸的点火角调整的额定值的输出。然后结束该程序部分。
如果在步骤126上识别到未确定出空气-燃料的任何变化，则在步骤134上立即输出额定点火角并结束该程序部分。
概括地讲，确定了每个调节量对转矩的影响要与另一个或另一些调节量同步进行。这导致了转矩的变化基本上均是在同一时间点进行，并由此不会出现不能令人满意的发动机转矩的变化曲线。该变化曲线可能在每个调节量立即起作用及由每个调节量产生的转矩变化在不同的时刻发生时得到。
在图2所示的实施例中，对空气-燃料比例的影响具有最高优先级。在另外的实施例或另外的运行阶段，例如对发电机具有高的功率要求的运行阶段中，可以有利地将最高优先级分配给各个发动机的关断及恢复工作。在此情况下，将用根据额定转矩与无影响时转矩的比例求出额定降级XZsoll来取代步骤106，并然后在随后的两个步骤上根据额定转矩、估计的无影响时的转矩及待调节的降级求出λsoll，及在相应的步骤108上进行限制。在步骤112上及随后的另外程序流程可相应的使用。
如上所述，在一个优选实施例中函数f2(ΔαZ)、f3(λ)及g(λ)涉及由试验确定出的特性曲线族或特性曲线。在另一有利实施例中另外的数学描述涉及一阶或/和二阶、或/和高阶的多项式，其中多项式的常数项与发动机转数及发动机负载有关。
除去等式2及7中以乘法的有利描述外，函数分配以加法形式也同样是有利的。
为了使根据本发明的方法的作用更加明了，在图3中给出了典型的时间变化曲线。
在图3a中表示一个四汽缸发动机的各汽缸，在图3b中表示这些汽缸的动作。其中1表示一个供燃料的汽缸，0表示一个被关断燃料的汽缸。图3c表示点火角的变化曲线，图3d表示空气-燃料比例的变化曲线，及图3e是发动机额定转矩的变化曲线。最后图3f表示发动机转矩本身的变化曲线。图3的曲线图是根据一个范例的运行状态得出的，其中对一个汽缸分配的动力燃料在上个汽缸吸气冲程时就以被喷射。换言之，在该例举的运行状态中燃料的预储备为凸轮轴半圈或曲轴一圈。
直到一时间点T1才将值Misoll预定为发动机转矩的额定值。这将通过降级1即其中汽缸2熄火而另外汽缸供给燃料、通过给定点火角αZsoll、通过空气-燃料比例λ1来实现。在时间点T1上额定发动机转矩值变化到值Misoll2。为了实现该额定转矩，在时间点T1上，将计算出降级2、即其中附加汽缸4熄火，点火角αZsoll及λ2。由于燃料的预储备，在时间点T3时才实现降级变化，在该点上新熄火的汽缸进行吸气。如果在时间点T1上不但进行点火角度的变化而且也进行空气-燃料比例的改变，则在图示的例中在时间点T1及在时间点T2上产生转矩升高效应，因为点火角及空气-燃料比例的变化补偿了由于降级变化引起的过大转矩下降。从时间点T1开始的转矩升高是不期望的，因此使λ的改变及点火角改变的实现延迟。因此在时间点T2上，当新熄火的汽缸4待喷射的燃料被喷射时，将用λsoll来修正计算的喷射脉冲。这将引起从汽缸4开始在时间点T3以后调节到空气-燃料比例λ2上。点火角的改变将立即奏效，以致在时间点T3上点火角改变到值αZsoll2，在该时间点上新熄火的汽缸4进行吸气。作为结果从时间点T3开始，根据预定的额定值发动机转矩下降到值Mi2，而在时间点T3以前没有发生发动机转矩不期望的升高。对于燃料供给的影响、及对于点火角及空气-燃料的影响因此是同步的。
另一例子表示发动机转矩的变化无需降给的变化。在时间点T4上额定发动机转矩从值Misoll2提高到Misoll3。因此在该时间点上为了实现该发动机转矩变化，将以转矩下降的作用来计算出点火角改变到值αZsoll3及空气-燃料比例改变到到值λ3。因为转矩变化这样地减小了，即不需要降级的变化，故可在时间点T4上使λ变化生效。该实时计算出的喷射脉冲将受到修正。在图示的例中，在时间点T4当汽缸1吸气冲程时改变λsoll。这个改变将对汽缸3起作用。为此原因将点火角的改变延时到时间点T5，在该时间点上汽缸3吸气。其结果是在时间点T5上发动机转矩升高到值Mi3，而在时间点T5以前发生起反作用的转矩变化的升高。因此对于空气-燃料比例的影响及点火角的影响是同步的。
最后在时间点T6上预定有另一发动机额定转矩值升高到值Misoll4。如在时间点T1时那样，该变化导致降级的变化，其中被熄火的汽缸又重新被提供燃料。因为该降级的变化对发动机转矩在时间点T8上才起作用，这时汽缸4进行吸气冲程，故空气-燃料比例及点火角的变化相应地延迟。空气-燃料比例的变化发生在时间点T7上，这时喷射预设给汽缸4的燃料，而立即起作用的点火角变化在时间点T8上才实现。其结果是在时间点T8转矩改变到值Mi4。在这里也是三个调节量的影响彼此同步的。
在图3中描绘了空气-燃料比例及点火角的影响总是在同一方向上起作用的情况。在另外有利的实施例中，这些将在相反方向上起作用，这时例如由于废气的原因(例如跳过有害气体成分的区域)这样来选择空气-燃料比例的变化程度，即发动机转矩继续被下降并通过点火角对转矩升高的相应影响进行补偿或逆转。除上述通过喷射关断，空气-燃料比例及点火角度的影响外可通过空气供给的影响附加地实现额定转矩，例如通过节流板或旁通阀来实现。

Claims (10)

1、一种用于控制一种机动车传动功率的方法，
一其中根据对于由一个内燃机输出转矩的额定值(Misoll)在使实际值接近该额定值的方向上调节内燃机的功率参数，如点火角和/或对内燃机汽缸的燃料供给，其特征在于：
-由该额定转矩值确定出用于内燃机待调节空气-燃料比例的额定值(λsoll)，用于点火角调节的额定值(αZsoll)及用于关断燃料供给的汽缸数目的额定值(XZsoll)，并通过空气-燃料比例、点火角的控制及通过对汽缸关断燃料来调节；
-其中至少基于三个单一的函数来确定该额定值，该三个函数点相当于火角调节对于内燃机转矩的影响，空气-燃料比例的调节对于内燃机转矩的影响以及停止燃料供给的汽缸对于内燃机转矩的影响。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：根据额定转矩值来计算用于控制空气供给、燃料供给及点火相应的预给定值。
3、根据权利要求1的方法，其特征在于：点火角、燃料供给及空气-燃料比例的影响彼此这样同步地进行，即它们对传动单元转矩的作用总是在同一个吸气的汽缸上生效的。
4、根据以上权利要求中一项所述的方法，其特征在于：燃料供给的影响作为对各个预定的汽缸燃料供给逐次关断及作为空气-燃料比例的调节来实现。
5、根据上述权利要求1所述的方法，其特征在于：根据转矩、发动机转数及发动机负载的额定值，待调节点火角及受调节空气-燃料比例的额定值，这样地首先确定空气-燃料的额定值，其次确定关断燃料供给的汽缸数目及再确定点火角的变化，即使得转矩的额定值受到调节。
6、根据上述权利要求1所述的方法，其特征在于：根据转矩、发动机转数及发动机负载的额定值，待调节点火角及受调节空气-燃料比例的额定值，这样地首先确定关断燃料供给的汽缸数目，其次确定空气-燃料比例的额定值及再确定点火角的变化，即使得转矩额定值受到调节。
7、根据上述权利要求1所述的方法，其特征在于：在强制点火式发动机上通过校正待喷入的燃料份额来调节空气-燃料比例的额定值。
8、根据上述权利要求5所述的方法，其特征在于：在至少一个传动轮对上出现不允许的高打滑值的情况下在超过极限值时由一个传动打滑调节的控制装置，传动调速单元或限制转矩，转数或车速的装置输出额定转矩值。
9、根据上述权利要求1所述的方法，其特征在于：当禁止对各个汽缸进行燃料供给的影响(汽缸停止燃料供给)时，进行对空气-燃料比例及点火角的影响。
10、一种用于控制一种机动车传动功率的装置，
-具有一个控制单元(32)，它接收用于内燃机输出转矩的额定值(Misoll)；
-及根据该额定值(Misoll)在使实际值接近该额定值的方向上调节内燃机的功率参数，如点火角和/或对内燃机汽缸的燃料供给，其特征在于：
-该控制单元(32)由该额定转矩值确定出用于内燃机待调节的空气-燃料比例的额定值(λsoll)，用于点火角调节的额定值(αZsoll)及用于关断燃料供给的汽缸数目的额定值(XZsoll)，并通过空气-燃料比例、点火角的控制及通过对汽缸关断燃料来调节，其中至少基于三个单一的函数来确定该给定值，该三个函数相当于点火角调节对于内燃机转矩的影响，空气一燃料比例的调节对于内燃机转矩的影响以及停止燃料供给的汽缸对于内燃机转矩的影响。
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