CN1771386A - 利用一个扭矩监控装置驱动一个内燃机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对于一个内燃机(10)的驱动，它具有下列步骤：形成一个用于一个最大许用扭矩的数值；形成一个用于实际扭矩的测量值；并且将测量值与最大许用扭矩值进行比较；并且当实际扭矩超过最大许用扭矩时触发一个故障反应。本方法的特征在于，所述用于最大许用扭矩的数值由一个第一接近值和一个用于干扰调节器(52)的干扰作用的扭矩贡献的推测值构成。本发明还涉及一个控制器(20)以及其应用。

Description

利用一个扭矩监控装置驱动一个内燃机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于驱动一个内燃机的方法，它具有下列步骤：通过一个功率调节装置根据一个司机愿望传感器的信号来调节内燃机的扭矩输出；形成一个用于内燃机最大许用扭矩的数值；形成一个用于内燃机实际扭矩的测量值(Maβzahl)；并且将测量值与最大许用值进行比较；并且当实际扭矩超过最大许用扭矩时触发一个故障反应(Fehlerreaktion)。
本发明还涉及一个用于利用这种方法来控制一个内燃机的控制器以及这样一种控制器来控制一个内燃机的应用。
所述对于故障反应的触发能够防止内燃机偏离司机愿望地输出扭矩，这例如降低所期望的发动机制动效果，或者甚至可能导致内燃机和一个由该内燃机驱动的汽车的不期望的加速。
由本申请人的DE 199 00 740 A1已知一种这样的方法、一个这样的控制器和这样一种应用。这个文献参照一个已知的用于一个汽油发动机的扭矩监控装置，其中内燃机的实际扭矩由转速、燃烧室充满度(空气质量)和点火角调节来确定。这个文献还使已知的扭矩监控进一步扩展到至少有时以稀的燃料/空气混合物运行的内燃机。例如这种内燃机是在运行中以分层的燃烧室充满度进行直喷的柴油发动机和汽油发动机。这些内燃机在基本上不节流地运行，因此其燃烧室通常以一个最大空气质量充满。所述扭矩通过喷入的燃料量进行调节(质量调节)，而在节流运行的汽油发动机中所述扭矩通过以燃料/空气混合物填充燃烧室的质量进行调节(数量调节)。
为了与一个质量调节的内燃机相结合地监控扭矩，在这个文献中建议，实际扭矩以喷入的燃料质量为基础确定为由扭矩决定的参数。在此所述许用扭矩通过司机愿望和/或转速由一条特性曲线或通过一个简化的函数模型获得。在此在一个控制器中在一个第一程序等级(Programmebene)上形成用于控制一个功率调节装置的、由扭矩决定的信号，而在一个监控方案的构思里在一个第二程序等级上形成许用扭矩。
但是尤其是对于具有干扰调节器的内燃机在过渡运行状态中、尤其是在过渡到一种滑动运行(Schiebebetrieb)时许用扭矩从司机愿望的获得是不可靠的，因为干扰调节器的(许可的)干扰对于形成用于一个功率调节装置的控制信号有影响。因此故障干扰叠加到由控制信号引起的实际扭矩上。这种故障干扰对于常见的许用扭矩值可能导致故障识别。
由本申请人的DE 195 37 787已知一个具有干扰调节器的内燃机控制。已知的干扰调节器具有一个D2T2装置，它具有与工作点有关的差动和延迟时间常数作为参数。该D2T2装置对内燃机转速进行滤波。其输出信号与根据司机愿望产生的、用于功率调节装置的控制信号相加地进行结合。作为冲击可以感觉到的传动链振动作为干扰叠加到转速上。通过使滤波的转速信号耦入到用于功率调节装置的控制信号中，使得传动链的冲击振动得到衰减。
由于已滤波的转速信号耦入到控制信号的形成中，所以所述冲击振动在用于功率调节装置的控制信号中得到描绘，并且由此也最终在实际由内燃机产生的扭矩的时间过程中得到描绘。所述冲击振动尤其由扭矩变化所激励，这些扭矩变化例如在过渡到滑动运行时出现。下面关于一个内燃机滑动运行的概念可以理解为一种运行，其中内燃机不输出扭矩，而是自动地通过外部的影响来驱动。例如，在司机不需要扭矩的时候，一种滑动运行在汽车制动或者下山的时候出现。至滑动运行的过渡，例如可以通过一个司机愿望传感器、例如一个行驶踏板传感器检测到。
所述干扰调节器尤其在过渡到滑动运行时干扰控制信号的形成，因此所述已知的、以司机愿望的一个评价为基础的扭矩监控是不可靠的，除非干扰调节器干扰作用消除。与此相关已知，在过渡到滑动运行时例如需要等待一秒钟，以便能够消除干扰调节器的干扰作用。然后才开启扭矩监控。所以这个扭矩监控不是连续的。与此相关的缺点是，对于一个有缺陷的扭矩的产生只能以一个对应于等待时间的延迟才被发现。但是出于安全的原因，总是期望尽可能没有延迟地检测到所不期望的扭矩的产生，以便能够触发故障反应。
通过对所描述的背景技术的回顾，本发明的目的是提供一种方法，它不仅能够实现一种冲击衰减而且能够实现一种连续的扭矩监控。
这个目的在一个上述类型的方法中由此得以实现：在功率调节装置的一个控制信号上叠加一个干扰调节器干扰作用，并且所述用于最大许用扭矩的数值由一个第一接近值与一个用于干扰调节器干扰作用的扭矩贡献的推测值的逻辑运算而构成，其中所述第一接近值根据司机愿望传感器的信号而构成。
此外这个目的通过一个控制器得以实现，它控制一个这样的方法或者本方法的一个方案。此外这个目的通过使用一个这样的、用于衰减冲击和扭矩监控的控制器得以实现，其中作为功率调节装置使用下列组件中的至少一个：喷射阀装置、节流阀装置、可变化的进气阀控制装置、点火装置。
在控制器中的计算一般根据扭矩单元(司机愿望扭矩、扭矩限制…)或者流量单元或控制信号单元(废气限制、流量平衡调节)中的物理关系实现。所述关联通过一个发动机效率特性曲线实现。因此在本申请中对于扭矩所公开的构思等效于对于流量(燃料量)的相应考虑。
本发明的优点
通过所述特征完全实现本发明的目的。其结果是，通过一个必要时快速实现的故障反应来提高内燃机控制的可靠性。
优选使所述干扰调节器具有一个D2T2装置，它具有与运行点有关的参数。
这样一个D2T2装置已经证实特别适用于一个冲击衰减。本发明的一个优点是，它可以与这样一个装置、但是也可以与其它的相位修正的传递装置和带通滤波器共同起作用。
此外最好在形成最大许用扭矩值时，通过对于具有固定参数的D2T2装置的模拟来形成用于干扰调节器干扰作用的扭矩贡献的推测值。
通过该方案，使所述目的保护资源地得以实现。与整个干扰调节器通过与运行点有关的时间常数功能一致地模拟的方案相反，这个方案在控制器中需要更少的存储空间和计算时间(程序运行时间)。
也优选在形成用于实际扭矩的测量值时，考虑实际地由功率调节装置输出的调节参数。
通过这种方案可以使简单的模拟在一定程度上规定极限，它由实际的干扰调节器确定。
此外优选通过一个极值选择与一个模拟的调节参数进行比较地来考虑所述实际由功率调节装置输出的调节参数。
这个方案的作用是，对于简化的模拟可以排除在继续处理时出现的极值。
还优选使所述极值选择的结果在前面进行的项目以后与一个固定值通过另一个极值选择进行比较。
这个方案具有另一优点，例如可以使继续处理局限于一个正值，用于不太多地减小所述许用扭矩。由此防止故障识别的一个否则可能出现的过渡敏感性。
还优选使用于干扰调节器干扰作用的扭矩贡献的推测值通过存取一个以内燃机转速对时间的二阶导数进行定址的特性曲线而构成。
这个方案表示一个对于上述方案的特别简单和保护资源的选择。
也优选在过渡到内燃机的滑动运行时无需等待时间地触发一个故障反应。
由此使速度最小化，以该速度一个在内燃机运行时有效的扭矩监控可以触发一个故障反应。
其它优点通过说明和附图给出。
不言而喻，上述的和下面还要描述的特征不仅在各给定的组合中、而且也在其它的组合或者单独方案中使用，而不脱离本发明的构思。
附图说明
在附图中示出本发明的实施例并且在下面的描述中详细解释。附图中
图1简示出一个具有调节装置、传感器和一个控制器的内燃机；
图2以方框图示出一个具有传感器和一个调节装置的控制器；
图3示出控制器中信号的时间过程；
图4以功能方框图示出本发明的一个实施例；
图5示出另一实施例。
具体实施方式
图1中的附图标记10表示一个非常简化示出的内燃机整体视图，该内燃机具有至少一个燃烧室12。该燃烧室12的充气通过一个进气阀14和一个排气阀12交替地进行。对于燃烧室12的充气通过一个喷射阀18配量燃料，其中配量时刻和配量量由一个控制器20控制。在此该喷射阀18作为功率调节装置使用。所配量的量完全基本上确定由内燃机10产生的扭矩。对于该功率调节装置的控制此外可以根据一个司机愿望实现，该愿望通过一个行驶踏板22由一个行驶踏板传感装置24获得，并传递给控制器20。
这种类型的功率调节装置典型地用于一个柴油发动机。一个可比较的关于配量的燃料量的功率控制也在一个直接喷射的汽油发动机中以层流燃烧室充气的运行中实现。与柴油发动机不同的是，在柴油发动机中所述喷射触发燃烧，而在汽油发动机中燃烧室充气的外源点火例如通过一个火花塞实现。
在一种直接喷射的汽油发动机中，该发动机在均质运行中、即在燃烧室12中以均质的混合物分布运行，所期望的扭矩调节根据司机关于燃烧室12充气量的愿望实现(质量调节)。这一点类似地对于一个具有吸管喷射装置的内燃机也是有效的。
在这种情况下燃烧室充气量通过一个节流阀26进行调节，该节流阀由一个节流阀调节器28以可控的方式由控制器20进行操纵。具有节流阀调节器28的节流阀26也作为功率调节装置。也可以选择使燃烧室12的充气量通过一个进气阀14的可变控制通过一个进气阀调节器30控制，该进气阀调节器同样由控制器20控制。所述内燃机10还具有一个转速传感装置32，它例如可以由一个具有铁磁标记36的传感轮34和一个感应传感器38组成。
如在图2中所示，所述控制器20具有一个第一等级40和一个第二等级42，其中这些等级40，42在图2的方框图中对应于一个发动机程序的程序等级。在第一等级40中运行真正的控制程序，在该程序中由一个输入端的传感装置24，32和56的信号形成用于调节装置的、例如功率调节装置18，28和30的输出端控制的控制参数。第二等级42用于监控发动机控制。为此同样得到输入端传感装置24，32，56输入的信号。由此且必要时由其它的、由第一等级得到的信号形成用于监控第一等级的第二等级信号。在故障情况下该信号会作用第一等级并在那里产生一个故障反应。
在第一等级中首先由行驶踏板传感装置24和转速传感装置32的信号产生一个用于将要由内燃机10产生的扭矩的理论值和/或一个相应的用于调节装置控制的基础值。接着将这个信号在一个导向成形器(Fuehrungsformer)46中滤波，用于在调节装置控制之前使行驶踏板调节(司机愿望)的例如冲击式变化得到平滑。该导向成形器46可以由低通滤波器、例如由PT1装置实现。这种平滑用于衰减由于动力系统振动可能产生的负载变化冲击。为了衰减这种动力系统振动(冲击衰减)，将转速传感装置32的信号输送到一个干扰调节器52，该调节器由此形成一个修正信号，该信号与来自程序段46的经过平滑处理的基础值在程序段50中进行逻辑运算。该干扰调节器作为相位修正的/相位偏移的装置进行工作，并且因此给出一个信号，该信号相对于导向成形器的信号发生移相。该逻辑运算不仅可以实现相乘而且可以实现相加。所述逻辑运算50的输出信号在一个程序段48中变换成用于所述调节装置18，28或30中的至少一个的最终的控制信号，并输出到所述调节装置。
所述干扰调节器52最好由D2T2滤波器实现。该滤波器与全部的频率变化s相关的传递函数为：
输出信号(s)/转速(s)＝k×s2/(1+t×s)2，
其中k是放大系数(D分量的常数)，而T是延迟分量的时间常数。变量s是频率。通过转速信号的D2T2滤波(相位移动)得到一个使动力系统冲击得到衰减的控制信号分量，它以上述方式在逻辑运算50中与经过滤波的、用于调节装置控制的基础值进行逻辑运算。
因为冲击振动的振幅和频率在汽车中与运行点强烈相关，所以利用固定的滤波常数K，T不能期望对于所有的运行点都得到满意的结果。按照本方法，所述冲击振动强烈地受到在减速器中所存在的减速级的影响以及发动机转速的影响。因此所述干扰调节器52借助于一个参数选择将与运行点有关的参数K，T馈入到程序段54。为了选择与运行点有关的参数，将转速传感装置32的至少一个信号输送到程序段54并将它的其它信号输送到一个传感装置56，由该传感装置能够确定直接插入的减速级。所述传感装置56的信号例如可以是一个汽车速度信号v，因此由v和转速n能够确定减速比，并由此确定减速级。
为了检验和监控在第一等级中构成的用于调节装置18，28和30的控制信号，在第二等级42中、即在监控程序段58中构成一个用于最大许用控制信号的数值。在监控程序段58中构成的、用于一个许用控制信号的数值对应于一个最大许用扭矩。这个数值在程序段58中由司机愿望传感装置24、转速传感装置32的信号和必要时由第一等级的控制信号、例如用于干扰调节器52的确定的参数K，T的数值提供，它们由参数选择54提供。在第一等级40中构成的、逻辑运算50的输出信号对应于一个用于内燃机实际扭矩的测量值。将这个数值输送给监控程序段58，因此在程序段58中存在用于最大许用扭矩的和用于实际扭矩的数值。如果将实际的控制持续时间(或者实际的扭矩)与一个用于一个最大许用控制信号的数值(或者一个最大许用扭矩)进行比较得知所述的实际控制信号(扭矩)变得太大，则所述监控58如此触发一个故障反应：该反应例如防止、阻碍或改变在程序段48中最终的控制信号形成。
图3示出信号在控制器20中的时间过程，用于表明本发明的背景技术。在此对于时刻t_0由行驶踏板传感装置24触发一个到滑动运行的过渡。由此使在图1中理论值控制44的输出信号或多或少地冲击式地变化。这种冲击式的变化由导向成形器46进行平滑，它给出在图3中所示的单调下降的输出信号60。所述负载变化激励动力系统振动，该振动映像到转速传感装置32的信号中。通过干扰调节器52使形成控制信号的已滤波的转速信号通过逻辑运算50在一定程度上受到负反馈。最后由此使冲击振动映像到用于调节装置18，28和30的控制信号的形成。在此在控制信号中的振荡与真实的冲击振动之间的相位关系通过D2T2滤波器在干扰调节器52中使冲击振动衰减。在图3中振荡的曲线62在一定程度上示出逻辑运算50的输出信号，即导向成形器46的与干扰调节器52的干扰作用叠加的输出信号。
通过在曲线62中的振荡可能使监控阈值被超出，该阈值与信号60具有一个固定的偏移。由此原因按照背景技术在出现振荡时在信号62中不发生扭矩监控。如图3所示，所述在信号62中的振荡随着时间的增加而衰减，因此基本从时刻t_1又呈现一个控制信号曲线，该曲线接近已知的监控。在已知的监控中这种关系由此考虑：使得扭矩监控、尤其是可靠性临界的滑行监控(在滑动运行中的扭矩监控)在t_0与t_1之间的时间间隔中无效。所述振荡在控制信号中衰减的这个时间间隔具有一个一秒数量级的长度。
下面参照图4的描述，在本发明的一个实施例的构思里如何可以避免这种不期望的等待时间。图4以多个细节基本示出控制器20的第二等级42的功能原理或其程序结构。此外图4示出，第一等级40与第二等级42相互间如何处于交替作用。所述转速传感装置32的感应传感器38的信号被输送到一个控制器20中的一个由两个DT1装置68和70构成的串联电路。从图1中的参数选择54使来自第一等级的D2T2装置的放大常数K和时间常数T的极限值输送到等级2中所述的两个DT1装置68，70。在此所述极限值分别是这样一些数值，它们导致极限的控制信号和与此相关的扭矩。换言之，在等级2中来自等级1的D2T2装置以简单的形式进行模拟，其中所述简化涉及到使用固定的、导致扭矩极限值的参数K，T。
接着使通过程序段68和70模拟的、来自等级1的D2T2装置的输出信号通过四个相互衔接的极限值选择进行继续处理。在这种情况下，程序段70的输出信号在程序段72的一个第一极限值选择中限制到一个在数值上合理的上限数值，它由程序段74提供。接着在程序段76的第二极限值选择中实现一个数值的、到一个合理的下限数值的限制。在所述到一个下限数值的限制之后，串联在程序段80中的另一极限值选择。在第一等级中通过干扰调节器52构成的干扰和程序段76的输出信号被输送到程序段80。该程序段80从这两个数值中选择出数值上较小的数值。接着在一个程序段82中进行另一极限值选择，在该程序段中将程序段80的输出值与一个固定值进行比较，该固定值由程序段84提供。这个固定值最好是0。通过这个固定值0能够区别干扰调节器52的提高扭矩的和降低扭矩的干扰。因为在监控范围里只对查明提高扭矩的影响感兴趣，因此可以通过在程序段82中的极限值选择在一定程度上限制干扰调节器52的对于监控没有意义的贡献。
接着将所述由这四个极限值选择72，76，80和82所构成的数值在逻辑运算86中作为用于干扰调节器52的干扰作用的扭矩贡献的推测值与用于最大许用扭矩的一个第一接近值进行逻辑运算，该接近值由程序段88提供。在等级2中的程序段88接收行驶踏板传感装置24的和感应传感器38的信号，并通过这些输入信号模拟来自等级1的理论值控制44的和导向成形器46的特性。换言之：在这个第一接近值上在程序段86中叠加一个用于所述干扰调节器52的干扰作用的扭矩贡献的推测值。所述叠加的结果在程序段90中与一个来自等级1的用于内燃机实际扭矩的一个测量值进行比较。这个测量值例如可以是一个数值，它在等级1中由逻辑运算50提供。当在程序段90中用于实际扭矩的测量值超过用于一个最大许用扭矩的数值时，程序段90通过一个与控制信号形成装置48的连接来触发一个故障反应，例如限制或截止控制信号形成。
为了进一步的明晰，下面由此开始：所述逻辑运算86是一个减法器，在其中程序段82的输出信号从由程序段88给出的第一接近值中减去。在随机单元中程序段70的输出信号被测量例如为-2。在等级1中所述干扰调节器52的一个这样的负的输出值会导致一个用于功率调节装置18，28或30的控制信号的缩小。对于相关的符号约定，所述极限值选择在程序段72中对应于一个最大值选择。作为合理的上限，例如-3也输送到这个最大值选择。相应地，程序段72从两个参数-3和-2中选择数值-2，并将它传递到程序段76。程序段76对于所选择的符号约定对应于一个最小值选择。程序段78为程序段76提供例如数值-1作为用于干扰调节器的一个下限的合理数值。程序段76从所存在的数值-2和-1中选择最小值-1，并且将它传递给程序段80，它对于这个符号约定实现作为最大值选择。
由图1的干扰调节器52应该将例如数值-1提供给程序段80。该程序段80从所存在的数值-1和-2中选择最大值-1。通过这种方法使用于干扰调节器52的干扰作用的推测值如同它在等级2中由推测值构成的那样限制到实际的数值，如同它在等级1中构成的那样。由此提高监控的灵敏性。接着在程序段82中实现另一最小值选择。为此程序段82由一个程序段84提供一个固定值、优选为数值0。因此程序段82从所存在的数值-1和0中选择数值-1。这个数值-1在逻辑运算86中被减去并因此在数值上被加上。因此所述在数值上相加的数值是一个补偿，它叠加来自程序段88的接近值，用于提供一个用于程序段90的阈值。
图5示出另一个用于推测干扰调节器52的干扰扭矩的简单变型方案。为此将转速传感装置32的感应传感器38的输出信号在程序段92中两次对时间进行微分。由此构成的转速的二阶时间导数用于对程序段94中的一个特征曲线93进行定址，它提供最大的干扰调节器干扰扭矩，用于提高等级2的许用扭矩。相应地从程序段94输出的最大干扰调节器干扰扭矩在逻辑运算86中与一个第一接近值相加，如上所述，它在等级2中构成转速传感装置32的和司机愿望的信号的基础。接着将和数传递到一个程序段90，它与图4中的程序段90具有相同的功能。

Claims (10)

1.用于驱动一个内燃机(10)的方法，该方法具有下列步骤：
通过一个功率调节装置(18，；28；30)根据一个司机愿望传感装置(24)的信号来调节内燃机(10)的扭矩输出；
形成一个用于内燃机(10)最大许用扭矩的数值；
形成一个用于内燃机(10)实际扭矩的测量值，并且将该测量值与所述最大许用扭矩值进行比较；并且
当实际扭矩超过最大许用扭矩时，触发一个故障反应，
其特征在于，在所述功率调节装置(18；28；30)的一个控制信号上叠加一个干扰调节器(52)的干扰作用；
所述用于最大许用扭矩的数值由一个第一接近值与一个用于干扰调节器(52)的干扰作用的扭矩贡献的推测值的逻辑运算构成，其中第一接近值根据司机愿望传感装置(24)的信号构成。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干扰调节器(52)具有一个D2T2装置，该装置具有与运行点有关的参数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在形成用于最大许用扭矩的数值时，用于干扰调节器(52)的干扰作用的扭矩贡献的推测值包括一个对于所述D2T2装置的模拟，该装置具有固定参数。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在形成用于所述许用扭矩的数值时考虑实际由功率调节装置(18；28；30)输出的调节参数。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，通过一个极限值选择装置(80)而与一个模拟的调节参数进行比较地考虑所述实际由功率调节装置(18；28；30)输出的调节参数。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述极限值选择装置(80)按照权利要求5得到的结果与一个固定值通过一个极限值选择(82)进行比较。
7.如权利要求所述的方法，其特征在于，所述用于干扰调节器(52)的干扰作用的扭矩贡献的推测值通过存取一个以内燃机(10)转速对时间的二阶导数进行定址的特性曲线而构成。
8.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在过渡到内燃机(10)的一个滑动运行时可以没有等待时间地触发一个故障反应。
9.用于控制一个内燃机(10)的控制器(20)，其特征在于，它控制如权利要求1至8中所述的方法的至少一个。
10.对于一个用于控制一个内燃机(10)的控制器(20)的应用，其特征在于，该控制器控制如权利要求1至8中所述的方法的至少一个，其中作为功率调节装置(18；28；30)使用下列部件中的至少一个：喷射阀(18)的系统、与节流阀(26)相结合的节流阀调节器(28)、可变化的进气阀控制(14，30)、点火装置。
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