CN1265079C - 控制机动车驱动单元的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于控制机动车驱动单元的控制方法和装置，其中除了用于驱动单元输出量的预给定量外还预给定另一个代表输出量的所要求动态调节的给定量，借助该预给定量及该另一给定量来选择驱动单元的待影响的调节量。

Description

控制机动车驱动单元的方法及装置
技术领域
本发明涉及用于控制机动车驱动单元的方法及装置。
背景技术
由DE 197 39 567 A1公知了一种驱动单元的控制装置，其中在现有的调节机构上作用了具有部分上对立特性的多个预给定量。例如对于该驱动单元要基于驾驶员预给定的行驶要求，外部和/或内部调节及控制功能的给定值，如驱动打滑调节、发动机牵引转矩调节、变速装置控制、转速和/或速度限制和/或空载转速调节进行控制。为了使这些预给定量协调，即求出一个待实现的给定值预给定量，该公知的方案中通过从输入给定值中选择最大值和最小值来选择一个给定值，该给定值在当前驱动单元工作状态中通过驱动单元各个控制参数来转换。在一个内燃机的优选实施例中，这些控制参数例如为进气参量、点火角和/或喷入燃料量。在此情况下给定值转换成控制值主要根据给定值预给定的来源来进行。因此构成了对于相对慢的进气调节路径及对于相对快的点火角调节路径分开的给定值预给定，由此使对于给定值预给定量转换的控制参数选择方面的灵活性受到限制。
发明内容
本发明提出了一种用于控制机动车驱动单元的控制方法，其中根据用于驱动单元输出量的预给定量至少调节驱动单元的一个调节量，除了该至少一个用于驱动单元输出量的预给定量外还传送一个代表所述预给定量调节动态性能的给定量，及其中根据该预给定量及该另一给定量来选择至少一个调节量，其中，所述至少另一给定量是给定调节时间，在该给定调节时间内必需调节出用于输出量的预给定量。
本发明还提出了一种用于控制机动车驱动单元的装置，具有一个控制单元，该控制单元产生用于驱动单元输出量的至少一个预给定量，根据该预给定量它对驱动单元的至少一个调节量进行调节，在控制单元中所包括的微计算机含有一个程序，该程序除该预给定量外还接收另一预给定量，该另一预给定量代表调节用于输出量的预给定量所要求的动态性能及该程序根据这两个量选择待控制的调节量，其中，所述另一预给定量是给定调节时间，在该给定调节时间内必需调节出用于输出量的该预给定量。
特别有利的是，通过基于连续改变调节时间的调节量的转换可实现精确的预给定及干预的转换。
通过进气路径的给定值预给定量的实现及释放快速干预如点火及需要时燃料喷射次数减小可与给定值预给定量无关地获得调节路径选择的决定。此外，整个效率通过由进气路径可达到的转矩的最佳利用得到改善。通过与工作点相关的调节路径的选择可利用优化的潜力，尤其在高转速的情况下。这是因为当给定量不能通过进气路径调节时才进行降低效率的点火角或燃料干预。
有利的是，该预给定量是一个给定转矩。
有利的是，根据预给定量产生一个给定量，根据该给定量调节保证驱动单元稳定运行的调节量，而在相应的动态性能要求的情况下根据由所述预给定量导出的给定值附加地调节另一调节量，后者允许输出量的快速变化。
有利的是，用于稳定运行的调节量是一个内燃机的进气参量或一个汽油直接喷射式内燃机中层状运行时的喷射燃料量；及允许输出量快速变化的所述另一调节量是点火角和/或个别喷射的取消。
有利的是，当所述预给定量不可能在预给定时间内通过第一调节量的调节实现时，启动所述另外的调节量的调节。
有利的是，当计算的时间大于在其期间必需调节预给定量的给定时间时，根据驱动单元的当前工作状态确定用于调节所述预给定量所必需的时间及启动用于达到所述预给定量的另一调节量的调节。
有利的是，当在预给定时间内通过点火角及进气参量的变化不能调节所述预给定量时，启动个别喷射的取消。
有利的是，当要求转矩储备，抗撞击功能或驾驶舒适功能有效或给定转矩小于通过进气参量控制可达到的最小转矩时则启动点火角干预。
有利的是，用于控制内燃机稳定工作的预给定量根据给定转矩、一个基于未平滑滤波的驾驶员所期望的转矩构成的预计转矩值或所要求的储备转矩来确定。
有利的是，至少在具有转矩增加的负载转换时在考虑进气管动态性能的情况下计算用于所述另一调节量的给定量。
有利的是，在选择所述调节量时使用至少近似地代表进气管动态特性的模型。
其它的优点将从以下的实施例说明中得到。
附图说明
以下将借助在附图中所示的实施形式来详细地描述本发明。附图为：
图1表示控制驱动单元的控制单元的一个概要图，
图2表示一个流程图，它说明给定值预给定量及特性的协调和其转换，
图3至5表示各个流程图，它们表示用于转换给定值预给定量及对它配置的调节时间到各个调节路径中的一个优选实施例，
图6表示时间曲线图，它们说明在各种情况下使用所述方案的实际转矩变化曲线。
具体实施方式
图1表示一个控制装置的框图，该控制装置用于控制驱动单元，尤其是一个内燃机。它设有一个控制单元10，该控制单元具有作为组成部分的一个输入电路14、至少一个计算单元16及一个输出电路18。一个通信系统20将这些部分相连接用于相互的信息交换。输入导线22至26被连接到该控制单元10的输入电路14，在一个优选实施例中这些输入导线被作成母线系统及通过它对控制单元10输入信号，这些信号代表用于控制驱动单元待求值的工作参数。这些信号由测量装置28至32测量。这类工作参数为驾驶踩板位置，发动机转速，发动机负载，废气成分，发动机温度等。控制单元10通过输出电路18控制驱动单元的功率。这在图1中借助输出线路34，36及38象征地表示，通过它们操作喷入的燃料量、内燃机点火角和/或至少一个可电操作的用于调节内燃机空气输入量的节气阀。除所述的输入量外还设有另外的机动车控制系统，它们向输入电路14传送预给定量，如转矩给定值(参见40-43及导线44-47)。这类控制系统例如为：驱动打滑调节，行驶动态性能调节，变速装置调节，发动机牵引转矩调节等。通过所述的调节路径可调节内燃机的空气输入量，各个汽缸的点火角，喷入的燃料量，喷射时刻和/或空气/燃料比等。除所述的给定值预给定、即-由驾驶员以行驶愿望形式和/或速度限制功能给出的给定值预给定所属的-外部给定值预给定外，还具有用于控制驱动单元的内部预给定量，例如：怠速调节的转矩改变，给出相应预给定量的转速限制，转矩改变限制，由部件保护组成的限制和/或起动时一个单独的预给定量。
边界条件或特性与各个给定值预给定量相关联，这些边界条件或特性体现为给定值预给定量转换的方式方法。在此情况下，视应用实例而定一个或多个特性可与一个给定值预给定量相关联，由此在一个有利的实施例中特性的概念应被理解为一个特性矢量，其中列入不同的特性量。给定值预给定量的特性例如为给定值预给定量调节时所需的动态性能，给定值预给定量的优先权，待调节的转矩储备量和/或调节的舒适性(例如变化量的限制)。这些特性出现在一个优选实施例中；在其它实施例中设有或多或少的特性，也可能仅设有一个特性。
在一个优选实施例中，作为特性对每个给定转矩预给定量配置了调节时间，在该时间内给定转矩预给定量应被调节。此外设置了一个预计的给定转矩，它基本上相应于未被平滑滤波的驾驶员期望值转矩及辅助机组如空调压缩机、发电机、变换器等的外部储备转矩及算入内部转矩储备中，例如怠速调节器、催化器加热功能等的转矩储备中。该预计的转矩在预给定转矩转换成驱动单元的至少一个调节量时被考虑。
也可在其它的实施例中设置其它的参数来取代给定转矩的预给定，它们也代表驱动单元的输出量如转速、功率等。
图2表示一个流程图，它给出在计算单元16中运行的程序。它描述给定值预给定及其特性的协调及转换。对该计算单元16输入一个代表驾驶踩板位置β的量。该单元在一个计算步骤100中使该量转换为一个驾驶员转矩期望值MiFA，需要时将考虑其它工作参数如发动机转速，该期望值被输入到协调器102。此外，对计算单元16传送外部转矩给定值Mi1至MiN，它们也被输入到协调器102。与每个转矩给定值一起传送被选择出的特性(例如由各特性量组成的特性矢量)e1至eN并被输入到协调器102。此外设有内部功能110，它们或者同样将具有相应特性量的转矩给定值输入到协调器102或预给出用于转矩给定值的边界值Mlim或用于特性量的边界值egrenz，它们也被输入到协调器102并在给定值及特性值协调时被考虑。协调器102的输出是：产生的转矩给定值MiSOLL，它最终达到调节装置；以及在考虑边界值情况下由输入的特性量选择产生的特性量eSOLL，在该特性量的范围中实现给定值。这些量被输入到一个转换器104，对该转换器还输入其它的工作参数如发动机转速等。该转换器在考虑输入的工作参数的情况下将该转矩给定值MiSOLL及所产生的特性量转换成调节量。使用这些调节量可这样影响燃料的定量、点火角、空气输入量等，以使得预给定的给定转矩被调节在所产生的特性的范围内。
如以下所述，仅基于对给定值配置的动态信息(调节时间)来求得与转矩要求源无关的、用于给定转矩转换的待选择调节路径。在此情况下，首先求出：是否具有所要求的动态性能的所要求的给定转矩变化可以仅通过进气路径来实现。在一个优选实施例中根据当前工作点及所要求的转矩变化由一个特性曲线区-及需要时借助内插-读出进气路径上的最小调节时间。因此，一个中心的特性量是与给定转矩一起传送的动态信息，该动态信息或是所要求的调节时间-在该时间内给定转矩必需被调节，或是逻辑变量形式(高动态性能，一般动态性能，慢速)的要求。它被解释为附加的给定值预给定量，该附加的给定值预给定量必需遵守给出的边界条件，尤其是驱动单元的工作状态。
如果通过特性输入量预给定的调节时间要求小于通过空气路径可实现的调节时间，即仅通过进气路径的干预不能达到所需的动态性能，则需要启动点火角干预。此外，当附加要求需要点火角效率调节时，例如当通过外部或内部储备要求需要快速增加转矩干预的提前量时，或当启动直接对效率影响的措施、如通过点火角延迟调节进行催化器加热时，进行点火角干预的启动。如果启动了点火角干预，则允许通过改变点火角使效率变差。如果点火角干预未被启动，则根据用于最佳点火角的预给定特性曲线区调节点火角，通过它在给定工作点上可实现最大转矩。
在启动点火角时，将预给定用于点火角路径的转矩给定值。这在转矩减小干预的情况下这样地实现，即在点火角的时间间隔中输出给定转矩，该给定转矩由当前实际转矩与对于预给定调节时间待达到的给定转矩之间的内插来给出。通过内插可保证，基于由进气路径的滞后特性产生的转矩变化曲线，该进气路径始终是优先的，因为内插的给定转矩位于该变化曲线以上。换言之，通过点火角的转矩变化正如其必要地快，以便在任何情况下均能遵守预给定的调节时间。除点火角的调节外，给定转矩通过进气路径实现，即由用于进气路径的给定转矩预给定用于影响空气输入的调节机构的控制给定值，通过它来调节进气路径的给定转矩。在转矩增加干预时用于点火角的给定转矩由上述内插转矩及基本转矩即进气路径转矩中的最大值来确定，由此可避免减小转矩的点火角干预。作为变型，在实现转矩储备时(例如对于催化器加热或空载时)将保持通过内插进行的点火角延迟调节。
给定转矩值的转换将以公知方式这样进行：用于进气的给定转矩值通过进气模型被转换成一个节气阀位置的给定值，然后在位置调节回路的范围中调节，而点火角给定转矩值在考虑实际转矩值的情况下转换成点火角变化，通过它可校正最佳点火角。在此情况下，进气给定转矩值及点火角给定转矩值可具有不同的值。
用于确定通过空气路径是否可实现所要求的调节时间的基础是如上述的一个表格或特性曲线区。其中发动机的工作点通过进气路径的状态量(例如负载或相对汽缸进气量)及发动机转速来确定。
作为允许动态转矩变化的另一调节路径，燃料输入量、这里尤其是个别喷射的取消(Ausblendung)可供使用。对于喷射的取消也根据一起传送的动态信息(调节时间)来决定。在此情况下，仅当调节到所需动态性能的给定转矩低于在该调节时间内通过空气及点火角路径可调节的转矩时，才启动喷射的取消。这也是基于表格或特性曲线区来求出。该喷射的取消是为了使给定转矩在所需调节时间中调节的、最后启动的调节路径。
上面以内燃机节流方式工作的例子对该方案进行了描述。除了该工作方式外，在直接喷射的内燃机中作为另外的工作方式可提供非节流的工作(层状运行)。这里去消了通过进气路径来实现给定转矩。但是，上述的策略也可适配层状运行来使用。通常通过层状运行中喷射量的定量来实现快速路径所需的动态性能。然而，当所要调节的转矩在所需调节时间内通过喷射量改变不能被调节时，这里也可附加地进行个别喷射的取消。
在一个优选实施例中，上述方案作为控制单元10的计算单元16的程序来实现。在该优选实施例中这种程序作为流程图被描述在图3至5中。该描述的一个或多个程序将与时间相关地、最好与转速相关地执行。
在图3所示的程序的第一步骤200中，读入作为转换基础的特性量，即转矩给定值MSOLL、所需的调节时间TSOLL及预计的转矩MPRAD。在此情况下，后者通常体现未平滑滤波的驾驶员期望转矩及由此代表预见的将来待调节的转矩，因为出于舒适性的原因驾驶员期望转矩需要平滑滤波或通过外部或内部影响转矩的功能如驱动打滑调节、转矩限制功能等来替代或校正。在接着的步骤202中，基于输入的给定转矩及考虑另外的功能如负载冲击缓冲功能、减振器功能或转矩储备来确定用于进气路径的给定转矩MSOLLFU。对于确定进气路径的给定转矩的一个优选方案将借助图4的流程图说明并在下面描述。
在接着的步骤204中如上所述地、或基于表格或特性曲线区将确定通过进气路径调节给定转矩的最小所需调节时间TIST。然后在询问步骤206中检验：是否计算的实际时间TIST大于预给定的给定时间TSOLL。如果情况是否定的，则可保证该给定转矩在所需调节时间中可通过进气路径调节。因此不用进行点火角干预的启动。在步骤208中检验与调节时间询问无关的适合启动点火角的其它条件。这些条件是：抗撞击功能，转矩储备调节大于0的要求，启动行驶舒适功能，如负载冲击缓冲功能或减振功能和/或给定转矩低于最小进气转矩MFUMIN。如果有一个条件被满足，将根据步骤210启动点火角干预，否则如在步骤210后那样结束该程序及在下个时刻再执行。
如果在步骤206中确定出通过进气路径可调节给定转矩的最小调节时间大于所需的调节时间，则将根据步骤212启动点火角干预，因此将在步骤214中也借助表格或特性曲线区来检验：是否通过点火角干预及进气干预的给定转矩可在调节时间内达到。如果情况是否定的，则根据步骤216附加地启动喷射的个别取消，以保证在调节时间内调节给定转矩。否则启动点火角路径已够用了，由此在步骤214及216后结束该程序及在下个时刻重新执行它。在步骤214中例如基于特性曲线区求得：是否通过驱动单元在当前工作点上的点火角调节可使预给定的转矩变化在所需时间内达到。如果通过点火角的转矩变化太慢或借助点火角不能实现转矩变化量，则启动喷射的取消。
在图4中表示出图3中步骤202的一个优选构型，其中首先基于给定转矩值来确定用于进气路径MSOLLFU的给定转矩值。在第一步骤2020中，当例如识别出驱动单元的负载从推转换为拉的运行时，检验负载冲击缓冲功能是否有效。如果该功能有效，则由挡位GANG及给定转矩MSOLL的特性曲线区确定用于进气路径的给定转矩MSOLLFU(步骤2022)。在下个步骤2024中，将以此方式计算的给定输入转矩MSOLLFU在需要时限制在最大值或最小值上，其中最大值相应于预计的转矩MPRAD，它实质上代表未平滑滤波的驾驶员期望转矩，最小值由给定转矩MSOLL构成。然后通过图3的程序中的步骤204继续进行下去。如果在步骤2020得出负载冲击缓冲功能无效，则在步骤2026中询问：减振器是否有效。当驾驶员很快释放踩板时减振器将有效，对此减振器功能滤平了由操作驾驶踩板到不操作驾驶踩板的过渡引起的转矩变化。如果该功能有效，则根据步骤2028确定作为预计转矩MPRAD及滤波器T的函数的给定进气转矩MSOLLFU。该滤波器最好是一阶的低通滤波器。接着在步骤2029中将给定转矩MSOLLFU限制在一个最大值上，该最大值由给定转矩MSOLL及最小点火角效率的商构成。然后进入步骤204。如果减振功能无效，则将给定进气调节转矩MSOLLFU构成为给定转矩值MSOLL、预计转矩MPRAD或基于内部储备给定的转矩MRES中的最大值(步骤2027)。然后进入步骤204。
在图5中表示出一个流程图，它说明用于点火角调节的转矩给定值的构成。当启动点火角干预时该图示程序将被导入及在预定时刻上执行。如果点火角干预不释放，则将点火角(调节)给定转矩值设置在基本转矩值、即进气(调节)转矩给定值上。在释放点火角干预的情况下，在第一步骤300中检验是否存在转矩增高干预。如果情况是这样，则根据步骤302通过基于实际转矩值MIST、给定转矩值MSOLL及调节时间TSOLL的内插计算用于点火角MSOLLZW’的给定转矩值。在此情况下，通过内插用每个程序运行来这样地进行点火角给定值的改变，以使得在预给定调节时间TSOLL运行后将达到所需的给定转矩MSOLL。在步骤302后的步骤304上，将确定及输出给定转矩值MSOLLZW，它作为在步骤302中计算的值MSOLLZW’及基本转矩值MBAS即进气给定转矩值的最大值。如果步骤300中得出：出现转矩减小干预，则根据步骤306如借助步骤302所解释地，基于实际转矩、给定转矩及调节时间根据与时间相关的内插来构成给定转矩值MSOLLZW。然后结束该程序及在下个时刻重新执行。
类似于图5所示的一个相应方案可设置来确定待取消的喷射的数目，其中也通过根据实际转矩、给定转矩及调节时间的内插来确定用于每个程序运行的喷射取消模式。
以上所描述的方案在图6中借助时间曲线图来阐明。其中总是相对时间给出驱动单元的转矩。这里图6a表示一种情况，其中仅基于进气路径就可以在所需调节时间TSOLL中达到所需给定转矩MSOLL。从MIST开始驱动单元的转矩在时间TSOLL内下降到值MSOLL，其中出现了进气控制典型的滞后变化曲线，并未发生进气控制的点火角启动。在图6b的例中是另一情况。这里在调节时间TSOLL内仅通过进气控制不能达到所需的转矩MSOLL。因此这里释放点火角干预，这导致转矩在调节时间TSOLL内很快地从当前实际转矩MIST的起始点下降到所需转矩MSOLL。与它同时进行的进气干预用虚线表示。在图6c中表示一种边界状态，因为这里调节时间正好这样到大，即在线性内插时开始进气干预低于所需转矩，但在经过调节时间后不能精确地达到所需转矩。如果存在点火角的转矩储备，则在线性内插时根据该情况进行效率的改善(点火角将提前调节)，而在缺乏转矩储备的空情况下(点火角效率最佳)，开始不进行由点火角延迟调节的效率下降，直到在最后时间间隔上要达到所需转矩才进行点火角延迟调节。
对于点火角干预的方案在图6d中借助图6c的情况来说明。如上所述，通过在开始干预时的当前实际转矩MIST及调节时间TSOLL期满后所需给定转矩之间的内插(这里为线性内插)，随着每次程序运行内插用于点火角的给定转矩MSOLLZW。这导致了图6d中所示的直线，在从实际转矩开始后用于点火角的给定转矩以实质上相等的步距连续地下降，直到时刻TSOLL达到给定转矩为止。在其它的实施例中可设置基于另外函数如指数函数等的内插来代替线性内插。

Claims (14)

1.用于控制机动车驱动单元的控制方法，其中根据用于驱动单元输出量的预给定量至少调节驱动单元的一个调节量，除了该至少一个用于驱动单元输出量的预给定量外还传送一个代表所述预给定量调节动态性能的给定量，及其中根据该预给定量及该另一给定量来选择至少一个调节量，其特征在于：所述至少另一给定量是给定调节时间，在该给定调节时间内必需调节出用于输出量的预给定量。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：该预给定量是一个给定转矩。
3.根据以上权利要求中一项的方法，其特征在于：根据预给定量产生一个给定量，根据该给定量调节保证驱动单元稳定运行的调节量，而在相应的动态性能要求的情况下根据由所述预给定量导出的给定值附加地调节另一调节量，后者允许输出量的快速变化。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于：用于稳定运行的调节量是一个内燃机的进气参量或一个汽油直接喷射式内燃机中层状运行时的喷射燃料量；及允许输出量快速变化的所述另一调节量是点火角和/或个别喷射的取消。
5.根据权利要求3的方法，其特征在于：当所述预给定量不可能在预给定时间内通过第一调节量的调节实现时，启动所述另外的调节量的调节。
6.根据权利要求1或2的方法，其特征在于：当计算的时间大于在其期间必需调节预给定量的给定时间时，根据驱动单元的当前工作状态确定用于调节所述预给定量所必需的时间及启动用于达到所述预给定量的另一调节量的调节。
7.根据权利要求4的方法，其特征在于：当在预给定时间内通过点火角及进气参量的变化不能调节所述预给定量时，启动个别喷射的取消。
8.根据权利要求4的方法，其特征在于：当要求转矩储备，抗撞击功能或驾驶舒适功能有效或给定转矩小于通过进气参量控制可达到的最小转矩时则启动点火角干预。
9.根据权利要求1或2的方法，其特征在于：用于控制内燃机稳定工作的预给定量根据给定转矩、一个基于未平滑滤波的驾驶员所期望的转矩构成的预计转矩值或所要求的储备转矩来确定。
10.根据权利要求3的方法，其特征在于：至少在具有转矩增加的负载转换时在考虑进气管动态性能的情况下计算用于所述另一调节量的给定量。
11.根据权利要求1或2的方法，其特征在于：在选择所述调节量时使用至少近似地代表进气管动态特性的模型。
12.根据权利要求4的方法，其特征在于：当所述预给定量不可能在预给定时间内通过第一调节量的调节实现时，启动所述另外的调节量的调节。
13.根据权利要求4的方法，其特征在于：至少在具有转矩增加的负载转换时在考虑进气管动态性能的情况下计算用于所述另一调节量的给定量。
14.用于控制机动车驱动单元的装置，具有一个控制单元，该控制单元产生用于驱动单元输出量的至少一个预给定量，根据该预给定量它对驱动单元的至少一个调节量进行调节，在控制单元中所包括的微计算机含有一个程序，该程序除该预给定量外还接收另一预给定量，该另一预给定量代表调节用于输出量的预给定量所要求的动态性能及该程序根据这两个量选择待控制的调节量，其特征在于：所述另一预给定量是给定调节时间，在该给定调节时间内必需调节出用于输出量的该预给定量。
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