DE10038990A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung einer Betriebsgrösse einer Antriebseinheit - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung einer Betriebsgröße einer Antriebseinheit vorgeschlagen, bei welcher ein Regler vorgesehen ist, der wenigstens einen veränderlichen Parameter aufweist. In Abhängigkeit eines Umschaltsignals wird von einem ersten auf einen zweiten Parameterwert umgeschaltet. Ferner wird im Umschaltzeitpunkt ein Filter initialisiert mit einem Wert, der der Größe der Änderung des Ausgangssignals des Reglers zu diesem Zeitpunkt entspricht und durch welches ein stetiger Verlauf des Reglerausgangssignals im Umschaltzeitpunkt erreicht wird.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung einer Betriebsgröße einer Antriebseinheit.

In modernen Steuersystemen für Antriebseinheiten von Kraft­ fahrzeugen werden vielfach Regelsysteme eingesetzt, welche eine Betriebsgröße der Antriebseinheit auf einen vorgegebe­ nen Sollwert regeln. Ein Beispiel für derartige Regelsysteme sind Leerlaufdrehzahlregler, durch welche die Drehzahl im Leerlauf der Antriebseinheit auf einen vorgegebenen Sollwert geregelt wird. Andere Beispiele sind Regelsysteme zur Rege­ lung des Luftdurchsatzes durch eine Brennkraftmaschine, der Abgaszusammensetzung, des Drehmoments, etc. So zeigt die DE 30 39 435 A1 (US-Patent 4 441 471) ein Leerlaufdrehzahlre­ gelsystem, bei dem zur Verbesserung der Regeleigenschaften vorgesehen ist, wenigstens einen Parameter des Reglers va­ riabel auszugestalten. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Proportionalanteil des Reglers in Abhängigkeit der Größe der Regelabweichung angepasst.

Ist die Anpassung des wenigstens eines Reglerparameters als Umschaltung zwischen wenigstens zwei Werten realisiert, so entsteht ein an sich unbefriedigender Umschaltdruck, welcher den Regelkomfort beeinträchtigen kann.

Vorteile der Erfindung

Durch die Filterung eines Reglerausgangssignals beim Um­ schaltvorgang wenigstens eines Reglerparameters zwischen we­ nigstens zwei Werten wird eine erhebliche Verbesserung des Regelkomforts erreicht, da ein Umschaltdruck wirksam vermie­ den wird.

Besonders vorteilhaft ist, dass die Umschaltung momentenneu­ tral verläuft, d. h. es treten keine sprungförmigen Verläufe im Drehmoment der Antriebseinheit auf. Eine erhebliche Ver­ besserung des Fahrkomforts ist die Folge. Diese Vorteile er­ geben sich sowohl bei einem Proportional- als auch bei einem Differentialanteil eines Reglers.

Besondere Vorteile mit Blick auf den Fahrkomfort werden er­ reicht, wenn das verwendete Filter beim Umschalten mit dem unmittelbar vor dem Umschalten vorhandenen Reglerausgangs­ signal initialisiert wird.

Besondere Vorteile zeigt die nachfolgend im Detail beschrie­ bene Vorgehensweise bei der Anwendung im Rahmen einer momen­ tenorientierten Motorsteuerstruktur, bei welcher der Ausgang eines Leerlaufdrehzahlreglers das Solldrehmoment, in dessen Abhängigkeit das Drehmoment der Antriebseinheit eingestellt wird, verändert wird. Durch den Einsatz des nachfolgend be­ schriebenen Filters wird ein momentenneutraler Verlauf des Solldrehmoments auch beim Umschalten des Reglerparameters erreicht. Diese Vorteile ergeben sich insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit Benzindirekteinspritzung, bei wel­ chen ein momentenneutraler Verlauf des Drehmoments und/oder des Solldrehmoments auch bei einem Betriebsartenwechsel und dem damit verbundenen Umschalten des oder der Reglerparame­ ter erreicht wird.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Fig. 1 zeigt dabei ein Übersichtsschaltbild eines Reglers, während in Fig. 2 ein Ablaufdiagramm eines Reglers am Beispiel ei­ nes umschaltbaren Proportionalanteils mit Filterung darge­ stellt ist. Fig. 3 zeigt Zeitverläufe, anhand derer die Wirkungsweise der Filterung beim Umschalten des wenigstens einen Reglerparameters verdeutlicht ist.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt eine elektronische Steuereinheit 10 zur Steue­ rung einer Antriebseinheit, in welcher ein Regler zur Rege­ lung wenigstens einer Betriebsgröße implementiert ist. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Reg­ ler um einen Leerlaufdrehzahlregler. In anderen Ausführungs­ beispielen kann es sich um einen Luftdurchsatzregler, einen Lastregler, einen Drehmomentenregler, einen Regler der Ab­ gaszusammensetzung, etc. handeln. In Fig. 1 ist ein Soll­ wertbilder 12 dargestellt, welcher in Abhängigkeit von we­ nigstens einer über Eingangsleitungen 14 bis 18 der Steuer­ einheit 10 zugeführten Betriebsgröße einen Sollwert SOLL für die zu regelnde Betriebsgröße bildet. Im bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel eines Leerlaufdrehzahlreglers handelt es sich bei den zur Sollwertbildung herangezogenen Größen um Motor­ temperatur, den Betriebsstatus von Nebenverbrauchern, wie beispielsweise einer Klimaanlage, etc. Ferner wird der Steu­ ereinheit 10 über die Eingangsleitung 20 ein Signal zuge­ führt, welches die Istgröße der zu regelnden Betriebsgröße darstellt. Soll- und Istgröße werden im Vergleicher 22 mit­ einander verglichen. Die Abweichung zwischen Soll- und Ist­ größe wird als Regelabweichung Δ dem Regler 24 zugeführt. Dieser Regler weist wenigstens einen veränderlichen Parame­ ter auf, im bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht er aus Proportional-, Differential- und Integralanteil, wobei Pro­ portional- und/oder Differentialanteil veränderlich sind.

Auf der Basis der implementierten Regelstrategie bildet der Regler 24 in Abhängigkeit der Regelabweichung wenigstens ein Ausgangssignal τ, welches von der Steuereinheit 10 zu An­ steuerung eines Stellglieds 26 ausgegeben wird. Im obigen Beispiel bildet jeder Anteil ein Reglerausgangssignal, die zusammengeführt (z. B. addiert) das Ausgangssignal τ bilden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Leerlaufregelung stellt das Stellelement 26 eine elektrisch betätigbare Dros­ selklappe oder Bypassklappe dar, welche die Luft zu einer Brennkraftmaschine derart einstellt, dass sich der Istwert dem Sollwert annähert. Bei Dieselmotoren oder Benzindi­ rekteinspritzern wird nicht die Luft, sondern die Kraftmasse von dem Ausgangssignal eingestellt, so dass Stellelement Stelleinrichtungen zur Beeinflussung der Kraftzuführung dar­ stellen. Ergänzend können je nach Ausführung weitere Aus­ gangssignale erzeugt werden, beispielsweise zur Steuerung des Zündwinkels, welche ebenfalls zur Annäherung der Istgrö­ ße an die Sollgröße beitragen.

Die verschiedenen Anteile des Reglers 24 weisen Parameter, beispielsweise Verstärkungsfaktoren, auf, deren Wert verän­ derbar ist. Im dargestellten Beispiel der Fig. 1 sind zwei Parameterwerte bzw. Parameterwertesätze 28 und 30 vorgese­ hen, welche über ein Schaltmittel 32 dem Regler 24 zur Ver­ fügung gestellt werden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den umschaltbaren Parametern um den Ver­ stärkungsfaktor des Proportionalreglers und/oder den des Differentialanteils. Das Schaltmittel 32 wird umgeschaltet bei Vorliegen der in 34 gebildeten Umschaltbedingung, deren Signal dem Regler 24 ebenfalls zur Verfügung gestellt wird. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Leerlaufregelung im Zusammenhang mit einer Benzindirekteinspritzungsbrennkraft­ maschine ist die Umschaltbedingung dann gegeben, wenn die Betriebsart der Brennkraftmaschine umgeschaltet wird, bei­ spielsweise von einem homogenen Betrieb in einen ungedros­ selten Betrieb bzw. einen Betrieb mit magerem Gemisch und umgekehrt. Beim Umschalten zwischen zwei Betriebsarten wird dann vom ersten auf den zweiten Parameter des Reglers umge­ wechselt. Dies deshalb, weil bei einer Änderung der Be­ triebsart eine signifikante Änderung der Eigenschaften der Regelstrecke (z. B. dynamisches Verhalten, Schwingungsverhal­ ten, etc.) auftritt. Die Parameterwerte sind den unter­ schiedlichen Anforderungen angepasst. Neben der Betriebsar­ tenumschaltung oder alternativ dazu wird die Parameterum­ schaltung auch in Abhängigkeit anderer Betriebszustände aus­ gelöst, die eine solche Änderung der Regelstrecke nach sich ziehen, beispielsweise wenn ein Gang ein- oder ausgelegt wird, wenn die Kupplung betätigt wird, wenn leistungsstarke Verbraucher angekoppelt werden, etc. Liegt ein derartiger Betriebsphasenwechsel vor, führt dies zur Erzeugung eines Umschaltsignals durch die Einheit 34 und zur Umschaltung des Parameters.

Beim Umschalten des oder der Parameter ändert sich der Aus­ gang des Reglers sprunghaft, was als Ruck am Fahrzeug zu spüren ist. Es wird jedoch ein stetiger Verlauf des Rege­ lausgangs angestrebt, um einen solchen spürbaren Ruck am Fahrzeug zu verhindern. Dies gilt insbesondere bei Steuersy­ stemen mit momentenorientierter Steuerstruktur, bei welcher der Ausgang des Leerlaufreglers unter anderem zur Korrektur eines der Steuerung zugrunde liegenden Sollwertes (Solldrehmoment, Fahrerwunsch) dient.

Abhängig vom binären Umschaltsignal wird der passende bzw. die passenden Reglerparameter ausgewählt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel stellen der oder die Parameter Verstär­ kungsfaktoren dar, mit dem die Regelabweichung und/oder die zeitliche Änderung der Drehzahl oder der Regelabweichung multipliziert wird. Das Ausgangssignal des Reglers verändert sich beim Umschalten sprungförmig, da infolge der Änderung der Größe des Verstärkungsparameters im Rahmen der Multipli­ kation eine sprungförmige Veränderung des Produkts sich ein­ stellt. Zur Verbesserung dieser Situation wird ein Filter, vorzugsweise ein Tiefpassfilter erster Ordnung eingefügt, welches zum Zeitpunkt des Auftretens des Umschaltsignals (Flankenerkennung) initialisiert wird. Der Initialisierungs­ wert des Filters wird auf den Wert gesetzt, welcher dem Un­ terschied zwischen dem Reglerausgangswert vor und nach der Umschaltung entspricht. Das Filter ist im bevorzugten Aus­ führungsbeispiel derart gestaltet, dass sein Ausgangssignal exponentiell gegen Null läuft nach Auftreten einer Umschal­ tung. Der Filterausgangswert wird dann vom Reglerausgang subtrahiert, so dass das resultierende Regelausgangssignal einen stetigen zeitlichen Verlauf aufweist. Diese Maßnahmen werden bei Proportionalanteilen und/oder Differentialantei­ len angewendet.

In Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm dargestellt, welches die vorstehend beschriebene Vorgehensweise verdeutlicht. Das Ab­ laufdiagramm stellt eine Realisierung der beschriebenen Massnahme als Programm des Rechners der Steuereinheit 10 dar und beschreibt die Abläufe im Regler 24 am Beispiel eines Proportionalanteils.

Fig. 2 zeigt den Regler 24, dem, wie bereits in Fig. 1 dargestellt, die Regelabweichung Δ, über das Schaltelement 32 ein ausgewählter Parameter P1, P2 sowie das Umschaltsi­ gnal B_s zugeführt wird. Die mittels des Schaltelements 32 ausgewählte, in einem Ausführungsbeispiel betriebsgrößenab­ hängige (z. B. von der Drehzahl, der Regelabweichung, etc.) Proportionalkonstante (P1, P2) wird in der Multiplikations­ stelle 100 mit der Regelabweichung Δ zur Bildung eines Aus­ gangssignals dmllr1 multipliziert. Dieses Produkt zeigt beim Umschalten von dem einen auf den anderen Parameter ein sprungförmiges Verhalten. In der darauffolgenden Subtrakti­ onsstelle 102 wird der in der Multiplikationsstelle 100 ge­ bildete Wert mit dem aus dem vorhergehenden Rechnertakt stammenden Ausgangswert (dmllr1 (z^-1)) verglichen. Letzterer wird in einer Speicherzelle 104 zwischengespeichert. Die Ab­ weichung zwischen dem neuen und dem alten Ausgangswert wird dann einem Filter 106 zugeführt, insbesondere einem Tief­ passfilter. Dieses Filter wird bei Vorliegen eines Flanken­ wechsels auf der Zuleitung 108 initialisiert. Es weist als Eingangswert den Wert 0 auf. Die Initialisierung erfolgt bei einem in 110 erkannten Wechsel des Umschaltsignals B_s. Fin­ det also eine Umschaltung vom einen auf den anderen Parame­ ter oder umgekehrt statt, wird das Filter mit dem in der Subtraktionsstelle 102 gebildeten Wert initialisiert. Das in der Subtraktionsstelle 102 gebildete Signal entspricht der Höhe des Sprungs bei Umschaltung im Ausgangssignal dmllr1. Zum Umschaltzeitpunkt wird also das Filter initialisiert mit dem Wert der Höhe des Sprunges. Zwischen zwei Umschaltungen läuft dann das Ausgangssignal des Filters dmumfil exponenti­ ell vom initialisierten Wert gegen Null. Das Ausgangssignal des Filters wird dann in der Subtraktionsstelle 112 mit dem Ausgangssignal dmllr1 der Multiplikationsstufe 100 vergli­ chen, insbesondere von diesem subtrahiert. Dadurch entsteht ein Reglerausgangssignal dmllr, dessen Verlauf in der Um­ schaltphase stetig ist. Dieses Ausgangssignal wird gegebenen­ falls unter Berücksichtigung der Ausgangssignale von weite­ ren Reglerkomponenten als Ansteuersignal τ ausgegeben.

Die geschilderte Vorgehensweise wird in einem Ausführungs­ beispiel ergänzend oder alternativ auf den Differentialan­ teil des Reglers angewendet. Der Integralanteil ist mit der geschilderten Problematik nicht behaftet, da er aufgrund seiner Funktion generell einen stetigen Ausgangssignalver­ lauf aufweist.

Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform des Reglers ist in Fig. 3 anhand von Zeit­ diagrammen dargestellt. Fig. 3a zeigt dabei den zeitlichen Verlauf des Umschaltsignals B_s, Fig. 3b den des Ausgangs­ signals dmumfil des Filters, Fig. 3c den Zeitverlauf des Ausgangssignals dmllr1 der Multiplikationsstufe und Fig. 3d den Zeitverlauf des Ausgangssignals dmllr des Reglers bzw. Regleranteils.

Bis zum Zeitpunkt t0 wird der Regler mit einem ersten Para­ meter P1 betrieben. Zum Zeitpunkt t0 erfolgt die Parameter­ umschaltung, beispielsweise infolge eines Wechsels der Be­ triebsarten. Entsprechend wird das Umschaltsignal B_s gemäß Fig. 3a auf den Wert true gesetzt. Dies hat zur Folge, dass zum Zeitpunkt t0 gemäß Fig. 3c ein sprungförmiger Verlauf im Ausgangssignal dmllr1 auftritt. Zu dessen Kompensation wird gemäß Fig. 3b zum Zeitpunkt t0 das Filter mit einem Wert initialisiert, welcher der Höhe des Sprungs im Aus­ gangssignal der Multiplikationsstufe entspricht. Entspre­ chend der Filterfunktion führt das Filterausgangssignal vom Zeitpunkt t0 von diesem Wert exponentiell gegen Null (Fig. 3b). Da das Filterausgangssignal vom Ausgangssignal der Mul­ tiplikationsstufe abgezogen wird zur Bildung des Ausgangs­ signals dmllr, so ergibt sich gemäß Fig. 3d ein stetiger Verlauf dieses Ausgangssignals in der Umschaltphase.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 stellt eine bevorzugte Aus­ führung der allgemeinen Lösung dar, durch Einsatz eines Fil­ ters, welches mit dem Wert der Höhe eines Sprunges im einem Reglerausgangssignal bei einer Parameterumschaltung initia­ lisiert wird, den entstehenden Sprung im Umschaltzeitpunkt zu glätten. Andere spezielle Ausführungsformen in Bezug auf den konkreten Einbau der Filterfunktion sind im Rahmen die­ ser allgemeinen Lösung ebenfalls denkbar, insbesondere Lö­ sungen, bei denen das Filter mit dem Ausgangswert unmittel­ bar vor der Umschaltung bei der Umschaltung initialisiert wird und das Regelausgangssignal selbst exponentiell auf den neuen Wert heranführt, wobei das Filter im Normalbetrieb au­ ßerhalb des Umschaltens nicht aktiv ist.

Claims (12)

1. Verfahren zur Regelung einer Betriebsgröße einer An­ triebseinheit, wobei ein Regler vorgesehen ist, welcher we­ nigstens einen veränderlichen Parameter aufweist, wobei ab­ hängig von einer Regelabweichung der Regler unter Berück­ sichtigung des veränderlichen Parameters ein Ausgangssignal erzeugt, wobei bei Vorliegen eines Umschaltsignals von einem ersten auf einen zweiten Parameterwert umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filter vorgesehen ist, wel­ ches beim Umschalten vom einen auf den anderen Parameterwert aktiviert wird und mit einem Wert initialisiert wird, wel­ cher einen stetigen Verlauf des Ausgangssignals im Umschalt­ zeitpunkt bewirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltsignal dann gebildet wird, wenn eine Änderung der Regelstrecke auftritt, insbesondere wenn eine Betriebs­ artenumschaltung bei einem Motor mit Benzindirekteinsprit­ zung, das Ein- oder Auslegen eines Ganges, das Betätigen ei­ ner Kupplung, das Zuschalten eines leistungsstarken Verbrau­ chers, vorliegt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Parameter ein Verstärkungsfaktor eines Proportionalreglers und/oder eine Konstante eines Differentialreglers ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass beim Proportionalregler der we­ nigstens eine veränderliche Parameter mit der Regelabwei­ chung zur Bildung eines Ausgangssignals multipliziert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass eine Größe gebildet wird, welche der Höhe des Sprunges beim Umschalten vom ersten auf den zweiten Parameterwert im Ausgangssignal des Reglers ent­ spricht.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen des Umschaltsignals ein Filter initiali­ siert wird, welches mit dem die Größe des Sprunges repräsen­ tierenden Signal initialisiert wird und dessen Ausgangs­ signal ab diesem Zeitpunkt exponentiell gegen Null geht.

7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, dass das Filterausgangssignal vom Ausgangssignal zur Bildung eines geglätteten Ausgangssignals abgezogen wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der Regler ein Leerlaufdrehzahl­ regler ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal das Ausgangs­ signal eines Anteils des Reglers oder das Gesamtausgangs­ signal des Reglers darstellt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Regler ei­ nem Sollwert zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, insbe­ sondere einem Solldrehmoment, aufgeschaltet wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass bei einem Differentialregler die zeitliche Ableitung des Drehzahlsignals und/oder der Rege­ labweichung mit der umschaltbaren Konstante gebildet wird.

12. Vorrichtung zur Regelung einer Betriebsgröße einer An­ triebseinheit, mit einer Steuereinheit, welche wenigstens einen Regler umfasst, der ein Ausgangssignal zur Beeinflus­ sung der Betriebsgröße erzeugt, wobei der Regler wenigstens einen umschaltbaren Parameter aufweist, mit Umschaltmitteln, welche bei Vorliegen wenigstens eines Umschaltsignals von einem ersten auf einen zweiten Parameterwert umschalten, da­ durch gekennzeichnet, dass der Regler ein Filter umfasst, welches bei Vorliegen des Umschaltsignals initialisiert wird mit einem Wert, welcher der Änderung des Ausgangssignals beim Umschalten des Parameters entspricht und der einen ste­ tigen Verlauf des Ausgangssignals des Reglers über den Um­ schaltzeitpunkt bewirkt.