CN109854398A - 用于利用对于滞后时间的补偿来对燃烧马达的转速进行调节的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于借助于调节器（1）对燃烧马达的转速（N_M）进行调节的方法，其中在调节时设置了用于对至少一个滞后时间（t_tot）进行补偿的路径模型（4）和信号处理模型（5）。

Description

用于利用对于滞后时间的补偿来对燃烧马达的转速进行调节 的方法

技术领域

本发明涉及一种用于对燃烧马达的转速进行调节的方法，其中借助于路径模型和信号处理模型对至少一个滞后时间进行补偿。此外，本发明涉及一种计算机程序，该计算机程序在其在计算器上运行时执行所述方法的每个步骤，并且本发明涉及一种机器可读的存储介质，该机器可读的存储介质保存着所述计算机程序。最后，本发明涉及一种电子控制器，该电子控制器被设立用于执行所述按本发明的方法。

背景技术

目前在机动车中对于燃烧马达的转速的调节是普遍的。在这种受到调节的运行中，借助于转速调节器（下面简称为“调节器”）将所述转速调节到能够预先给定的数值。为此，比如对于柴油马达来说，相应地对被喷射到所述燃烧马达中的燃料量进行调整。如在调节时常见的那样，不断地检测所述转速并且将其与目标转速进行比较。由此，自动地对所出现的干扰量进行校正。所述调节器通常构造为经过改动的PI（比例-积分）-调节器或者构造为PID（比例-积分-微分）-调节器。为了进行调节，而使用用于标准系统的调节器参数，按行驶情况、环境条件和变速器挡位来单独地设计所述调节器参数并且经常将其存放在相应的特性曲线族中。此外，设置了额外的措施、像比如目标值跟踪。

在调节时经常产生滞后时间（Totzeit），也就是输入信号的变化与所属的信号响应、也就是输出信号的变化之间的持续时间。因此，所述滞后时间影响着所述调节。尤其对于所述燃烧马达的低的转速来说，所述滞后时间的影响在信号处理时变大。用于这样的滞后时间的实例是：在对下述转速进行信号检测时的滞后时间，对于所述转速来说在时间上比检测或者测量所述转速迟地输出所述信号检测的输出信号；并且是燃烧滞后时间，所述燃烧滞后时间描绘了燃烧的、在马达条件变化时可变的持续时间。

在气缸数少时、尤其在气缸少于四个时，所述气缸之间的变大的点火间隔导致相应更大的滞后时间。

此外，在通信接口上出现滞后时间，在所述通信接口上经过了一定的持续时间直至传输了所述信号。力求集中软件功能并且为此在机动车的中心计算机上实现对于转速的调节。为此而需要额外的通信接口，所述通信接口导致另外的滞后时间。

发明内容

本发明提出一种借助于调节器对燃烧马达的转速进行调节的方法，其中借助于路径模型（Streckenmodell）和信号处理模型对至少一个滞后时间进行补偿。所述滞后时间描绘了输入信号的变化与所属的信号响应、也就是输出信号的变化之间的持续时间。由此在所述调节之内产生时间上的延迟，由此降低了所述调节的质量。只要知道所述系统中的滞后时间，那就可以相应地对来自这个滞后时间的影响进行校正。由此，能够如此设计对于所述转速的调节，好像没有滞后时间一样。要说明的是，通过所述补偿输入信号与输出信号之间的滞后时间没有在实际上取消。通过对于所述滞后时间的补偿来降低或者甚至完全消除其对所述调节的负面的影响，由此提高所述调节的性能。

下面对能够借助于所述方法来补偿的不同类型的滞后时间进行描述。在此要注意的是，另外的在这里未描述的类型的滞后时间同样能够得到补偿。能够对在空转速度低的时候在进行信号检测时并且/或者在对所测量的转速进行信号处理时所出现的滞后时间进行补偿。这种滞后时间在对于所述转速的检测与对于输出信号的输出之间产生。所述滞后时间可能通过在其间所执行的信号处理而额外地提高。此外，能够对表明在马达条件变化时对燃烧来说必要的持续时间的燃烧滞后时间进行补偿。除此以外，如果所述燃烧马达的气缸具有提高的点火间隔，那么这些点火间隔就导致更大的滞后时间。这样的提高的点火间隔首先在具有数目少的气缸的燃烧马达中出现、尤其在具有三个或者更少的气缸的燃烧马达中出现。换句话说，对下述滞后时间进行补偿，对于小数目的气缸来说、尤其对于三个或者更少的气缸来说由于提高的点火间隔而出现所述滞后时间。此外，对下述滞后时间进行补偿，在通过通信接口传输信号时在所述通信接口上产生所述滞后时间。

为了对其中一个滞后时间进行补偿，在调节时设置了用于调节路径的路径模型并且设置了信号处理模型。这些模型优选先后在软件功能中运行。对于所述路径模型来说，使用一种数学模型，用该数学模型尤其关于调节路径的输入/输出性能来描绘所述调节路径。一旦所述模型的输入参量、也就是所指示的转矩发生变化，那么所述路径模型的输出参量、也就是所述燃烧马达的转速也变化。通过所述路径模型和所述信号处理模型的组合，能够在不了解所测量的转速的情况下，预测所述调节路径的性能连同相应的滞后时间。

优选形成从所述路径模型中求取的转速与从所述信号处理模型中求取的转速之间的转速差。换句话说，形成具有所述信号处理模型的影响的转速与没有所述信号处理模型的影响的转速的差。可选所述转速差能够经过滤波。而后计算由这个转速差与所测量的转速构成的总和。所计算的总和下面被称为所预测的转速。最后，所述调节器将所预测的转速与转速目标值进行比较，以用于执行所述调节。

所述路径模型取决于所述调节路径、也就是燃烧马达及动力传动系的物理上的模型参数。这些模型参数对于两部结构相同的车辆来说由于制造公差并且由于不同的老化而可能彼此有别。同样，这些模型参数也取决于行驶情况。

所述模型参数之一是所述燃烧马达和车辆的动力传动系中的与所述燃烧马达相连接的组件的惯性矩。所述惯性矩表明所述燃料马达和与其相连接的组件的、相对于转速变化的惯性。优选根据所述惯性矩来如此改变调节器参数，从而在所述惯性矩变化时、也就是换挡时或者在操纵离合器时用于所述调节的性能标准、像比如上冲宽度和类似性能标准没有变化。比如，为此能够将所述调节器参数与所述惯性矩相乘或者将用于不同的惯性矩的调节器参数存放在特性曲线族中。

另一个模型参数是所述燃烧马达和车辆的动力传动系中的与所述燃烧马达相连接的组件的负载力矩。所述负载力矩表示在旋转运动时阻碍所述燃烧马达的力矩。由此缩小供所述燃烧马达的加速所用的有效的转矩。

按照一个方面，所述模型参数根据变速器挡位、离合器信号和/或另外的参量被存放在特性曲线族中。按照另一个方面，所述模型参数能够用算法来计算。因此，能够根据变速器挡位、离合器信号和/或另外的参量并且根据事件、像比如辅助机组的接通来为所述动态的模型来计算所述模型参数。

可选也能够在所述路径模型中使用二阶和/或更高阶的模型。由此，所使用的模型变得更加详细，并且能够详细地描绘更为复杂的组件结构、像比如机动车的（复杂地构成的）动力传动系。

由此，能够根据所述燃烧马达和车辆的动力传动系中的与所述燃烧马达相连接的组件的惯性矩和/或负载力矩来改变所述调节器的调节器参数。由此实现这一点：即使所述惯性矩和/或所述负载力矩发生变化，也继续实现保持相同的调节质量。

按照一个方面，对于所述信号处理模型来说能够计算所述燃烧马达的平均的转速。为此，在所述信号处理模型中优选模拟信号检测以及对于转速测量的信号处理。由此，产生以下优点：能够为信号处理链建模并且在测量时将所述滞后时间排除在外（herausrechnen）。

所述计算机程序被设立用于：尤其当其在计算器或者控制器上实施时实施所述方法的每个步骤。能够在传统的电子控制器中实现所述方法，而不必对其进行结构上的改变。为此，所述计算机程序被保存在所述机器可读的存储介质上。

通过将所述计算机程序装载到传统的电子计算器上这种方式来得到所述电子计算器，所述电子计算器被设立用于在调节所述燃烧马达的转速时对滞后时间进行补偿。所述电子计算器比如能够是机动车的马达控制器或者中心计算机。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在以下说明中进行详细解释。其中：

图1示出了按照按本发明的方法的一种实施方式用于燃烧马达的转速的调节电路的方框图；

图2a和2b分别按照本发明的一种实施方式和按照现有技术关于具有滞后时间的时间在图表中针对驾驶行为的情况示出了所述燃烧马达的转速的变化曲线（图2a）和所指示的转矩的变化曲线（2b）；并且

图3a和3b分别按照本发明的一种实施方式和按照现有技术关于具有滞后时间的时间在图表中针对转速下降的情况示出了所述燃烧马达的转速的变化曲线（图3a）和所指示的转矩的变化曲线（3b）。

具体实施方式

图1示出了用于燃烧马达的转速N_M的调节电路的方框图。所述调节电路包括：在这种情况下构造为PI-调节器的调节器1；代表着所述燃烧马达连同车辆的动力传动系中的与所述燃烧马达相连接的组件的调节路径2；以及信号处理机构3。关于机动车，所述动力传动系比如包括离合器、变速器等等。所述调节器1将所述燃烧马达的转速N_M调节到目标转速N_SP。根据所述燃烧马达和车辆的动力传动系中的与所述燃烧马达相连接的组件的、所估计的惯性矩和所估计的负载力矩来选择用于所述调节器1的调节的调节器参数。此外，另外的参数P、像比如弹性常数或者阻尼常数能够一同流入到所述调节器1的调节之中。所述调节器1将所指示的转矩M_ind输出给所述调节路径2。从所指示的转矩M_ind中计算被喷射到所述燃烧马达中的燃料量。因此，在所述调节路径2上设定所述燃烧马达的转速N_M，其中所述燃烧马达和与其相连接的组件的负载力矩M_L阻碍所述旋转运动。对所述燃烧马达的转速N_M进行测量并且该转速经过信号处理机构3，所述信号处理机构输出所测量的转速N_测量。

按照本发明，设置了路径模型4和信号处理模型5，所述路径模型和所述信号处理模型串联地先后布置。所述路径模型4使用数学模型，用所述数学模型尤其关于所述调节路径的、用于所指示的转矩的输入特性和/或其用于所述燃烧马达的转速N_M的输出特性来描述所述调节路径2。作为模型参数，所述燃烧马达和车辆的动力传动系中的与所述燃烧马达相连接的组件的、所估计的惯性矩和所估计的负载力矩流入到所述路径模型4中。根据变速器挡位、离合器信号和/或另外的参量将所估计的惯性矩和所估计的负载力矩存放在特性曲线族中或者借助于算法来计算。所述燃烧马达的转速N_M的变化、因此其时间上的导数在这个数学模型中通过下面所示出的公式1来描述：

（公式1）。

在当前的实施方式中假设，在所指示的转矩M_ind变化时所述转速N_M相应地变化并且更确切地说一直变化，直至以相反的所指示的转矩M_ind来阻碍这种运动。所述燃烧马达的转速N_M的、在所指示的转矩M_ind变化时所产生的变化决定性地取决于所述燃烧马达和车辆的动力传动系中的与所述燃烧马达相连接的组件的惯性J。此外，所述负载力矩M_L降低了供所述燃烧马达的加速所用的转矩。在本发明的实施例中，能够将更高阶的模型一同包括到所述路径模型中。在计算了所述转速N_M的变化之后，从所述路径模型4中得到路径模型-转速N_st。借助于所述路径模型4，在所述调节路径2的内部将滞后时间排除在外，使得所述路径模型-转速N_st相当于所述燃烧马达的、在没有滞后时间t_tot的情况下的转速N_M。

在所述信号处理模型5中，对所述燃烧马达的转速N_M的信号检测和信号处理3进行建模。为此，在过去的时间间隔的范围内给所述燃烧马达的转速N_M求平均值。通过平均的转速来求取所述信号处理模型-转速N_sv，用所述信号处理模型-转速能够估计所测量的转速N_测量，而不必为求取所测量的转速而执行信号检测和信号处理3。与此相对应，所述信号处理模型-转速N_sv没有经受所述信号检测和信号处理3的影响并且因此不含在此出现的滞后时间t_tot。

形成所述信号处理模型-转速N_sv与所述路径模型-转速N_st之间的转速差ΔN。所述转速差ΔN经过滤波51。随后将这个转速差ΔN加到所测量的转速N_测量上并且作为总和得到所预测的转速N_预测。因而所预测的转速N_预测表明没有滞后时间t_tot的路径性能。最后，将这个所预测的转速N_预测反馈给所述调节器1，该调节器将这个所预测的转速N_预测与所述目标转速N_sp进行比较并且在所预测的转速N_预测与目标转速N_sp之间的差别的基础上调节所述燃烧马达的转速N_M。

在当前的实施例中，在电子控制器中实现所述调节器1、所述燃烧马达的转速N_M的信号处理机构3以及所述路径模型4和所述信号处理模型5。在另外的实施例中，在机动车的中心计算机中实现所提到的组件。

在图2a和2b中，在与现有技术的比较中，针对将燃烧马达的转速N_M调节到能够预先给定的目标值的驾驶行为的情况示出了本发明的一种实施例。图2a在图表中关于时间t示出了所述燃烧马达的转速N_M。以从第一转速值N₁到第二转速值N₂的阶跃响应的形式示出了目标-变化曲线60，该目标-变化曲线示出了所述转速N_M的预先给定的变化曲线。此外，示出了所预测的转速N_预测的变化曲线61，该变化曲线与所述目标-变化曲线60的阶跃响应同时地上升并且与第二转速值N₂相匹配。此外，示出了按照本发明的一种实施例具有对于所述滞后时间t_tot的补偿的转速N_M的变化曲线62（下面简称为“具有补偿的转速-变化曲线62”）以及按照现有技术在无对于所述滞后时间t_tot的补偿的情况下进行调节时所述转速N_M的变化曲线63（下面简称为“无补偿的转速-变化曲线63”）。经过了所标识的滞后时间t_tot，直至两条转速-变化曲线62、63在所述目标-变化曲线60升高之后同样升高。在此表明，所述具有补偿的转速-变化曲线62直接与所述第二转速值N₂相接近并且更确切地说以以下形状，所述形状相当于所预测的转速N_预测的变化曲线61的、不包括滞后时间t_tot的形状。无补偿的转速-变化曲线63拥有含偏差的形状并且其与所述第二转速值N₂相适应之前显示出过冲。这种过冲在具有补偿的转速-变化曲线62中仅仅表现出很弱的特征或者根本不存在。相应地，具有补偿的转速-变化曲线62则比无补偿的转速-变化曲线63快地达到所力求的第二转速值N₂。

在图2b中关于时间针对这种情况绘示了所指示的转矩M_ind的图表。目标-变化曲线65显示出所指示的转矩M_ind的预先给定的变化曲线，所述目标-变化曲线恒定地保持在第一转矩值M₁上，因为所述转矩在所述要求之前和之后不应该变化。具有补偿的转矩-变化曲线66在经过了所述滞后时间t_tot之前已经下降，而所述无补偿的转矩-变化曲线67则在所述滞后时间t_tot之后才下降。如这里所示出的那样，所述调节器1能够在所述滞后时间t_tot之内就已对变化做出反应。

在图3a和3b中在与现有技术的比较中针对下述情况示出了本发明的一种实施例，在所述情况中所述转速N_M从较高的第三转速值N₃下降到较低的第四转速值N₄。图3a在图表中关于时间t示出了所述燃烧马达的转速N_M。在这里示出了所述转速N_M的目标-变化曲线90，所述目标-变化曲线示出了所述转速N_M的预先给定的变化曲线并且相应地恒定地处于第四转速值N₄上。此外，示出了所预测的转速N_M的变化曲线71，该变化曲线在所述第三转速值N₃之下开始并且而后以恒定的斜率下降，直至其达到所述第四转速值N₄并且与其相适应。具有补偿的转速-变化曲线72和无补偿的转速-变化曲线73两者一开始从所述第三转速值N₃以恒定的斜率下降，所述斜率相应于所预测的转速N_预测的变化曲线71的斜率。在对所述滞后时间t_tot进行补偿时，在达到第四转速值N₄之前已经形成相反地所指示的转矩M_ind，以用于对抗所述负载力矩M_L。为此，也要参照图3b。一旦达到了所述第四转速值N₄，所述具有补偿的转速-变化曲线72就快速地起振到所述预先给定的第四转速值N₄。相应地，所述具有补偿的转速-变化曲线72相当于具有偏移的所预测的转速N_预测的变化曲线71，所述偏移基本上刚好相当于所述滞后时间t_tot。而所述无预控制的转速-变化曲线92首先下降到所述第四转速值N₄之下并且起振到所述第四转速值N₄。

在图3b中针对这种情况关于时间绘示了所指示的转矩M_ind的图表。目标-变化曲线75示出了所指示的转矩M_ind的预先给定的变化曲线，所述目标-变化曲线同样恒定地保持在第二转矩值M₂上。如已经提到的那样，在按照路径模型4对所述滞后时间t_tot进行补偿时形成相反的所指示的转矩M_ind，以用于对抗所述负载力矩M_L（也参见公式１）。因此，具有补偿的转矩-变化曲线76在时间上在所述相应的具有补偿的转速-变化曲线72已经达到所述第四转速值N₄之前很久就已经连续地升高。与此相反，无补偿的转矩-变化曲线97在时间上比具有补偿的转矩-变化曲线76迟地升高，因为所述调节器在这种无补偿的情况下只能对所述当前的转矩-变化曲线97与所述目标-变化曲线75之间的偏差做出反应，无补偿的转矩-变化曲线而后超过所述第二转矩值M₂并且起振到所述第二转矩值M₂。所述转速N_M的欠过冲和所述转矩M_ind的与此相连的过冲负面地影响到所述燃烧马达的运转性能并且此外影响着行驶舒适性。

Claims (12)

1.用于借助于调节器（1）对燃烧马达的转速（N_M）进行调节的方法，其特征在于，在调节时设置了用于对至少一个滞后时间（t_tot）进行补偿的路径模型（4）和信号处理模型（5）。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，形成从所述路径模型（4）中求取的转速（N_st）与从所述信号处理模型（5）中求取的转速（N_sv）之间的转速差（ΔN），作为由这个转速差（ΔN）与所测量的转速（N_测量）构成的总和来计算所预测的转速（N_预测），并且所述调节器（1）将所预测的转速（N_预测）与转速目标值（N_sp）进行比较，以用于执行所述调节。

3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，在计算由转速差（ΔN）与所测量的转速（N_测量）构成的总和之前，所述转速差（ΔN）经过滤波（51）。

4. 按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述燃烧马达和与所述燃烧马达相连接的组件的惯性矩（）一同流入到所述路径模型（4）中。

5.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述燃烧马达和与所述燃烧马达相连接的组件的负载力矩（）一同流入到所述路径模型（4）中。

6.按权利要求4或5中任一项所述的方法，其特征在于，所述惯性矩（）和/或所述负载力矩（）被存放在特性曲线族中。

7.按权利要求4或5中任一项所述的方法，其特征在于，所述惯性矩（）和/或所述负载力矩（）借助于算法来计算。

8.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于所述路径模型（4）来说也将二阶和/或更高阶的模型一同包括在内。

9.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述信号处理模型（5）计算所述燃烧马达的平均的转速，方法是：模拟所测量的转速（N_测量）的信号检测和信号处理（3）。

10.计算机程序，该计算机程序被设立用于：实施按权利要求1到9中任一项所述的方法的每个步骤。

11.机器可读的存储介质，在其上面保存了按权利要求10所述的计算机程序。

12.电子控制器，该电子控制器被设立用于：借助于按权利要求1到9中任一项所述的方法在调节燃烧马达的转速（N_M）时对至少一个滞后时间（t_tot）进行补偿。