DE10129314A1 - Motordrehzahlregelung - Google Patents

Abstract

Ein Leerlaufregelsystem für Verbrennungsmotoren sieht eine Lastzurückweisung und/oder Lastkompensation für eine gegebene Motordrehzahlreferenz und einen barometrischen Druck vor, wobei die vorliegende Erfindung sich ändernde Motordrehzahlreferenzen und sich ändernde barometrische Drücke, wie beispielsweise verschiedene Höhen, anpaßt. Das Regelsystem umfaßt einen Lastkompensator und eine Regelstruktur mit einer Vielzahl von Nebenregelblöcken. Der Lastkomparator erzeugt die erforderliche Luftströmung zur Kompensation des Drehmomentes von Motorlasten und arbeitet mit einer Feedforward-Regelung, um vorhergesagte Lasten zurückzuweisen. Das Kalibrierungsverfahren ist vollständig automatisiert.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lastkompensation für eine Dreh­ zahlregelung für Verbrennungsmotoren.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Herkömmliche Leerlaufdrehzahlregelsysteme für Verbrennungsmotoren machen Gebrauch von einem Proportional-Integral-Differential-Regler (PID-Regler) für Luft und einem Proportional-Regler für Zündfunken. Die Bandbreite eines PID-Reglers ist begrenzt, und um die erforderliche Ge­ nauigkeit zu erhalten, verlassen sich Leerlaufdrehzahlregelsysteme haupt­ sächlich auf eine Feedforward-Luftströmungskompensation. Die typische Feedforward-Regelung weist mehrere zehn Nachschlagetabellen auf.

Die Leerlaufregelsysteme, die in dem U.S. Patent mit der Nr. 5,463,993 von Livshits et al., in dem U.S. Patent mit der Nr. 5,421,302 von Livshits et al. und in dem U.S. Patent mit der Nr. 5,577,474 von Livshiz et al., be­ schrieben sind, von denen jedes dem Anmelder dieser Anmeldung über­ tragen und jede hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen ist, ermögli­ chen eine erhebliche Verbesserung von Leerlaufdrehzahlregelleistung.

Die in dem U.S. Patent Nr. 5,463,993 beschriebene Regelung kombiniert eine Lastzurückweisung (load rejection) und eine Festzustandsregelung, erfordert aber sehr qualifizierte Leute zur Kalibrierung, muß für alle Um­ weltbedingungen definiert werden und erfordert genaue Modelle auf phy­ sikalischer Grundlage. Bei der Ausführung der Leerlaufdrehzahlregelun­ gen, die in dem U.S. Patent Nr. 5,463,993 und dem U.S. Patent Nr. 5,421,302 beschrieben sind, wurden bei verschiedenen Höhen bei mehre­ ren Übergängen zwischen Parken und Fahren Schwingungen der Motor­ drehzahl (U/min) gefunden. Ferner besitzt die in dem U.S. Patent Nr. 5,463,993 beschriebene Regelung keine Trennung von Massenluftströ­ mungs- und Drosselstellungsregelung. Dies bedeutet, daß jede Änderung des Aktuators eine erneute Kalibrierung dieser Regelung für alle Höhen erfordert.

Die in dem U.S. Patent Nr. 5,577,474 beschriebene Regelung umfaßt die Wirkungen von sich langsam ändernden Parametern in dem Leerlaufdreh­ zahlregelsystem, berücksichtigt aber keinen anfänglichen Betrieb bei ver­ schiedenen Höhen, erfordert eine lange Zeit, um das Modell an sich lang­ sam ändernde Variablen, wie beispielsweise den barometrischen Druck, anzupassen, und umfaßt eine Vielzahl von Nachschlagetabellen.

Es besteht Bedarf nach einer robusten Leerlaufdrehzahlregelung, die eine Lastzurückweisung mit barometrischer Korrektur für verschiedene Höhen umfaßt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leerlaufregelsystem für Verbren­ nungsmotoren, das eine Lastzurückweisung und/oder Lastkompensation für eine gegebene Motordrehzahlreferenz und einen gegebenen barometri­ schen Druck vorsieht, wobei die vorliegende Erfindung sich ändernde Motrodrehzahlreferenzen und sich ändernde barometrische Drücke, wie beispielsweise bei verschiedenen Höhen, anpaßt. Die vorliegende Erfin­ dung besteht aus einem Regelsystem mit einem Lastkompensator, der ei­ ne Vielzahl von Nebenregelblöcken umfaßt, wie in Fig. 1 gezeigt und später beschrieben ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Leistungsfähig­ keit, Verbesserung der Wiederholbarkeit einer Kalibrierung und Verringe­ rung von Kalibrierungsaufwand an einem Regelsystem für die Leerlauf­ drehzahl. Es kann sowohl zur Motordrehzahlregelung als auch zur Aus­ rollregelung verwendet werden. Dies wird durch eine genaue Schätzung der Massenluftströmung (MAF) als einer Funktion der Motordrehzahl, des Drehmomentes und des barometrischen Druckes (B) durch eine Trennung von Lastzurückweisung und Festzustandsregelung und durch Erhöhung einer Motordämpfung als einer Funktion des Ansaugluftdruckes (MAP) und B erreicht.

Die vorliegende Erfindung kann dazu verwendet werden, die Drehmoment­ regelung, MAP-Regelung und die Zustandsschätzeinheit in dem Leerlauf­ regelsystem zu ersetzen, das in dem U.S.-Patent Nr. 5,463,993 beschrie­ ben ist, oder kann als eine unabhängige Einheit als Teil einer anderen Motordrehzahl- oder Ausrollregelung verwendet werden, die in einem Leerlaufregelsystem enthalten ist.

Die vorliegende Erfindung sieht sowohl eine Zündzeitpunktverstellung (S) als auch eine Drosselregelung basierend auf MAP und Motordrehzahl vor. Der Drosselregelabschnitt besteht aus einer Motordrehzahlregelung (RPM-Regelung), einem Lastkompensator, einer Feedforward-Regelung und ei­ nem Massenluftströmungs-/Leerlaufluftanweisungswandler (MAF/IAC-Wandler). Der Lastkompensator erzeugt die erforderliche Luftströmung zur Kompensation des Drehmomentes der Motorlast. Der Lastkompensa­ tor kompensiert unerwartete Lasten und arbeitet mit der Feedforward-Regelung, um zu erwartende Lasten zurückzuweisen.

Die Kalibrierungsmethode ist vollständig automatisiert und in den Fig. 3, 4 und 5A-5D gezeigt, die später beschrieben sind. Die Anzahl von Kali­ brierungsvariablen ist um einen Faktor von Vier verringert, und die An­ zahl von Nachschlagetabellen ist um einen Faktor Acht verringert. Die automatisierte Kalibrierung erhöht die Wiederholbarkeit des Regelsystems.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Leistungsfähigkeit, eine verbesserte Wiederholbarkeit der Kalibrierung und verringerten Kalibrierungsaufwand für ein Regelsystem für die Mo­ torleerlaufdrehzahl zu schaffen.

Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung offensichtlich.

ZEICHNUNGSKURZBESCHREIBUNG

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des Regelsystems, das gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfin­ dung vorgesehen ist.

Fig. 2 ist ein typisches Diagramm eines Druckverhältnisses gegen den MAP bei barometrischen Druck B von 70 KPa.

Fig. 3, 4 und 5A-5D sind Regelflußdiagramme, die die Schritte zeigen, die dazu verwendet werden, die vorliegende Erfindung ge­ mäß der bevorzugten Ausführungsform auszuführen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des Regelsystems 10, das gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist. Das Regelsystem 10 regelt den Motor 44 und besteht aus einer Regel­ struktur mit Regelblöcken 24 bis 42 und einem Lastkompensator 12 mit Regelblöcken 14 bis 22.

Der Lastkompensator 12 besteht aus fünf Einheiten: einem Block 14 für ein Druckverhältnismodell (PR-Modellblock), einem Drehmomentschätz­ block 16, einem Drehmomentbegrenzungsblock 18, einem Block 20 zur Schätzung der Massenluftströmung (MAF) und einem MAF-Begrenzungs­ block 22. Der Lastkompensator 12 kompensiert unerwartete Last und ar­ beitet mit einer Feedforward-Regelung 36 zusammen, um zu erwartende Lasten zurückzuweisen. Der Lastkompensator 12 erzeugt die erforderliche Luftströmung über Signalleitung 22', um das Drehmoment einer Motorlast durch das MAF-Modul 32 zu kompensieren. Eine mathematische Be­ schreibung des Lastkompensators 12 kann durch Parameter T_ss und MAF_{last ss} dargestellt werden, was beschrieben wird. Im Übergangsmodus, der später definiert wird, müssen die Änderungen der Luftströmung, die durch den Lastkompensator 12 erzeugt werden, relativ klein sein. Im normalen Modus, der später definiert wird, spielt der Lastkompensator 12 die Hauptrolle bei der Lastzurückweisung. Die Kalibrierung des Lastkom­ pensators 12 ist durch den Kalibrierungsprozeß, der in den Fig. 3, 4 und 5A bis 5D angegeben ist und später beschrieben wird, vollständig auto­ matisiert.

Das Druckverhältnismodell 14 wird entwickelt, um die Höhenwirkung auf das Drehmomentmodell zu kompensieren, das in dem U.S. Patent Nr. 5,421,302 beschrieben ist, und um die Dämpfung des Regelsystems für verschiedene Höhen zu steigern, wobei Motordrehzahlschwingungen bei Übergängen von Parken zu Fahren beseitigt werden. Das Druckverhält­ nismodell 14 definiert das Verhältnis zwischen dem MAP bei verschiede­ nen Höhen zu MAP, der unter normalen Bedingungen berechnet ist, als eine Funktion von MAP und B. Das Druckverhältnis ist definiert als:

PR = MAP₉₉/MAP_i = f (MAP, B) (1)

wobei MAP₉₉ und MAP_i Ansaugluftdrücke sind, die für eine gegebene Mo­ tordrehzahl und Last für einen barometrischen Druck B gleich 99 Kilo-Pascal (KPa) bzw. "i" berechnet sind.

Fig. 2 ist ein Beispiel eines typischen Diagramms eines Druckverhältnis­ ses in Abhängigkeit von MAP bei einem barometrischen Druck B von 70 KPa. In Fig. 2 zeigt die Linie 50 die empirischen Daten, während Linie 52 eine mathematisch am besten passende Entsprechung zu den empiri­ schen Daten darstellt. Die Einführung des Ansaugluftdrucks in dieses Modell ermöglicht, daß die Dämpfung des Regelsystems erhöht wird.

Die Drehmomentschätzeinheit 16 berechnet das erforderliche Motor­ drehmoment basierend auf dem MAP, der Zündzeitpunktverstellung (S), dem Druckverhältnis (PR) und der Motordrehzahl (RPM). Das Drehmo­ ment ist sowohl nach unten als auch nach oben über den Regelblock 18 auf Grundlage von Festzustandsdaten für eine gegebene Motordrehzahl­ referenz begrenzt. Die Drehzahlschätzeinheit 16 entspricht dem Modell, das in dem U.S.-Patent Nr. 5,421,302 und in dem U.S.-Patent Nr. 5,577,474 beschrieben ist, mit kleinen Änderungen. Der Ausdruck für das Festzustandsdrehmoment kann dargestellt werden in der Form:

T_ss = a_t1.RPM + a_t2.RPM² + a_t3.PR.MAP + a_t4.S + a_t5.S² + a_t6.S.RPM (2)

wobei die Koeffizienten a_t1 bis a_t6 durch den Kalibrierungsprozeß erhalten werden, der in den Fig. 3, 4 und 5A bis 5D angegeben ist und später be­ schrieben wird.

Die MAF-Schätzeinheit 20 berechnet die erforderliche Massenluftströmung als eine Funktion von Sollreferenzdrehzahl (Ref), erforderlichem Motor­ drehmoment und barometrischen Druck (B). Die geschätzte Massenluft­ strömung wird für jede Motordrehzahlreferenz über die MAF-Be­ grenzungseinheit 22 sowohl nach oben als auch nach unten begrenzt.

Die MAF-Schätzeinheit 20 ermöglicht eine Trennung von Lastzurückwei­ sung und Festzustandsregelung und macht das Regelsystem von dem Aktuator unabhängig. Die MAF-Schätzeinheit 20 berechnet, wieviel Luft­ strömung erforderlich ist, um das geschätzte Drehmoment zurückzuwei­ sen, wenn für einen gegebenen barometrischen Druck B die Referenz "Ref" ist, und kann mathematisch beschrieben werden als:

MAF_{last ss} = a_m1.Ref + a_m2.Ref² + a_m3.T + a_m4.T² + a_m5.T.Ref + a_m6.B + a_m7.B² + a_m8 (3)

wobei die Koeffizienten a_m1 bis a_m5 durch den Kalibrierungsprozeß erhal­ ten werden, der in den Fig. 3, 4 und 5A bis 5D angegeben ist und später beschrieben wird.

Die Beschreibung, der Betrieb und die mathematische Analyse für jeden einzelnen Regelblock 24 bis 42 der Regelstruktur sind in dem U. S.-Patent Nr. 5,421,302, dem U.S.-Patent Nr. 5,577,474 und dem U. S.-Patent Nr. 5,577,474 dargestellt und (wie oben beschrieben ist) hiermit durch Be­ zugnahme eingeschlossen. Nun folgt eine Beschreibung der Funktion der Regelblöcke 24 bis 42 im Kontext mit der vorliegenden Erfindung.

Der Regelblock 24 für die Sollreferenzberechnung nimmt die Grundrefe­ renzmotordrehzahl, die durch das Leerlaufnebensystem berechnet ist, und berechnet die Soll- und Ist-Motordrehzahlreferenzen. Die tatsächliche Re­ ferenz, auf die das System geregelt wird, ist die Ist-Referenz (gegenwärtige Referenz). Es ist wichtig, daß eine gefilterte Soll-Referenz (gewünschte Re­ ferenz) verwendet wird, um große Schritte in der Referenzmotordrehzahl zu vermeiden. Die Änderung der Ist-Referenz wird im normalen Modus nur aktiviert, wenn ein Fehler der Motordrehzahlnachführung klein ist. Die Ist-Referenz wird gleich der Ist-Motordrehzahl gesetzt, wenn die Mo­ tordrehzahlregelung begonnen wird. Die Ist-Referenz wird dann in Rich­ tung der Soll-Referenz basierend auf Grundlage der Referenzstufengrö­ ßentabellen für Normal- und Übergangsmoden aktualisiert.

Die Einstelleinheit 26 für dynamische Referenz erhöht die Referenzleer­ laufdrehzahl in dem Fall hoher Motordrehzahlschwingungen, einer Situa­ tion bei Vorhersage eines Abfalls in der Drosselung (throttle drop) und ei­ nem Fehlermodus. In dem Fall hoher Motordrehzahlschwingungen stellt die Einstelleinheit 26 für dynamische Referenz einen Offset für die dyna­ mische Referenz ein und ermöglicht eine Rückkehr zu der normalen Refe­ renz nur nach einer Zeitverzögerung, innerhalb der die Motordynamik stabil bleibt. Andere Offsets für die Soll-Referenz werden eingestellt, wenn der Flag für die Vorhersage eines Abfalls in der Drosselung (TD-Flag) oder Fehlermodusflag entsprechend eingestellt werden.

Die RPM-Regelung 30 nimmt den Motordrehzahlreferenzfehler von dem Regelblock 28 über Signalleitung 28' auf und erzeugt ein MAF-Signal über Signalleitung 30' und besitzt auch eine Lastzurückweisungsfähigkeit. Die RPM-Regelung 30 verwendet eine Kombination aus Proportional- und In­ tegral-Regelverfahren. Im normalen Modus korrigiert die Integral-Regelung Modellungenauigkeiten und hilft bei der Zurückweisung von Lasten. Je­ doch übernimmt der Lastkondensator 12 die Hauptlastzurückweisung im Normalmodus. Die Autorität der RPM-Regelung 30 ist im Normalmodus sehr begrenzt und sie reagiert auf Fehler sehr langsam, beispielsweise alle 400 Millisekunden. Im Übergangsmodus besitzt die Integral-Regelung eine große Autorität und reagiert auf Fehler sehr schnell, beispielsweise alle 25 Millisekunden. Die Integral-Regelung wird aktiviert, wenn der Flag für den Abfall in der Drosselung (TD-Flag) nicht eingestellt ist; der mittlere Inte­ gral-Fehler größer als ein kalibrierter Wert ist, der Normalmodus nicht aktiv ist und die Feedforward-Regelung 36 nicht aktiv ist. Der Wert des Integral-Regelschrittes ist für Übergangs- und Normalmoden verschieden. Der Wert des MAF-Signals auf Signalleitung 30' wird um den Wert eines variabel bezeichneten Schrittes erhöht, wenn der Absolutfehler größer als ein kalibrierter Wert ist. Die MAF basierend auf der Integral-Regelung kann geschrieben werden als:

MAF_int = MAF_int + Schritt. (4)

Die Proportional-Regelung erfolgt optional nur im Übergangsmodus und ihre Autorität muß aus Stabilitätsgründen sehr begrenzt sein. Die MAF basierend auf der Proportional-Regelung kann geschrieben werden als:

MAF_RPM = MAF_int + b.MAF_prop (5)

wobei der Wert von b im Übergangsmodus (wenn verwendet) 1 ist und der Wert von b im Normalmodus 0 ist. Die Proportional-Regelung wird im Übergangsmodus nur verwendet, wenn sie absolut erforderlich ist.

Um alle Motordrehzahlregelerfordernisse zu erfüllen, müssen genauer mehrere Lasten, die Lasten für Klimaanlage (AC) und Schalten des Getrie­ bes zwischen Parken und Fahrt (PD), vorhergesagt werden. Die Feedfor­ ward-Regelung 36 sagt das Motorverhalten vorher und trägt zusätzliche Luftströmung zur Kompensation von AC- und/oder PD-Lasten bei und er­ höht auch die Zündfunkenautorität (S), die verfügbar ist, bevor die Lasten angelegt werden.

Wenn eine Lastanforderung erfolgt, wird die MAF, die durch die Feedfor­ ward-Regelung 36 angewiesen wird, erhöht. Dies führt zu einem Anwach­ sen des Motordrehmoments. Zur Kompensation wird die Zündzeitpunkt­ verstellung (S) niedrig, wobei die Motordrehzahl gemäß der Referenz stabi­ lisiert wird. Dieses niedrigere Niveau der Zündung/des Funkens (spark), bevor die Last angelegt wird, ermöglicht eine größere Drehmomentände­ rung infolge der Zündung, wenn die Last tatsächlich angelegt wird. Wenn die Last angelegt ist, erhöht sich die Zündzeitpunktverstellung, der Motor weist die Last zurück und die Zündzeitpunktverstellung geht zurück. An­ schließend wird die MAF, die durch die Feedforward-Regelung 36 ange­ wiesen ist, langsam ausintegriert. Die Feedforward-MAF ist gleich der Summe der AC- und PD-Beiträge.

Die Vorspannungskorrektureinheit 38 trägt zusätzliche Luftströmung zur Kompensation für verlorene IAC-Schritte bei, die eine Instabilität des Re­ gelsystemes zur Folge haben können. Die Vorspannungskorrektureinheit 38 aktiviert auch den TD-Flag, wenn eine Situation eines Abfalls in der Droselung vorkommt, wenn dies durch den Logikregelblock 40 für einen Abfall in der Drosselung bestimmt wird. Die Differenz zwischen der ange­ wiesenen MAF und der gemessenen MAF wird gefiltert über die Zeit dazu verwendet, die Vorspannung zu berechnen. Wenn im Übergangsmodus der MAF-Fehler groß ist, wird die große Schrittgröße und ein kleiner Filter verwendet, ansonsten wird die kleine Schrittgröße und der große Filter verwendet. Die Bedingungen, bei denen die Vorspannung aktualisiert wird, sind, daß der Normalmodus aktiviert ist, der TD-Flag gelöscht ist und der Fehlermodusflag gelöscht ist.

Der Logikregelblock 40 für einen Abfall in der Drosselung analysiert die Anwesenheit einer potentiellen Situation eines Abfalles in der Drosselung (kleine Drosselklappenöffnung). Diese Analyse wird auf Grundlage von Drosselinformation und dem Fehler zwischen der angewiesenen und ge­ schätzten Luftströmung durchgeführt. Wenn der Logikregelblock 40 für den Abfall in der Drosselung den Flag setzt, friert das System die Vor­ spannungsaktualisierung und die Integral-Regelung der MAF durch die Drehzahl-Regelung 30 ein.

Der Block 32 für MAF-Regelung berechnet die angewiesene Massenluft­ strömung. Die gesamte angewiesene Massenluftströmung stellt die Kom­ bination aus Massenluftströmung, dar die durch die Drehzahl-Regelung 30, den Lastkompensator 12, die Feedforward-Regelung 36 und den Vor­ spannungskorrektor 38 erzeugt wird, und kann ausgedrückt werden als:

MAF_com = MAF_RPM + MAF_{last ss} + MAF_ff + a.MAF_vorspann (6)

wobei der Wert von a im Normalmodus 1 ist, und der Wert von a im Über­ gangsmodus Null ist.

Der MAF/IAC-Wandler 34 wandelt die angewiesene Luftströmung in eine angewiesene Drosselstellung und geschätzte Regel-Vorspannung um.

Der Zündregelblock 42 erzeugt einen Basisleerlauffunken für Neutral- und Fahrtzustand und eine Funkenkorrektur auf Grundlage des Motordreh­ zahlfehlers. Der Zündregelblock 42 kann proportional oder vorhersagend sein und berücksichtigt Kühlmitteloffsets, minimale und maximale Gren­ zen und andere erforderliche Parameter. Der Ausgang des Zündregelblockes 42 ist die Zündzeitpunktverstellung (S), die für Drehmomentberech­ nungen verwendet wird, um ein berechnetes Drehmoment und eine be­ rechnete Massenluftströmung zu regeln, und stellt auch den gelieferten Zündungswert an den Motor 44 dar.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht glatte und robuste Übergänge zu und von Leerlaufmoden ohne Gefahr eines Absterbens des Motors. Ein Eintritt in den Leerlauf kann von Schub-, Ausroll- oder Motorbremszu­ ständen (crank, coastdown or throttle follower modes) erfolgen. In jedem Fall wird der Eintritt durch einen Übergangsmodus erreicht, der die not­ wendige Robustheit vorsieht, um ein Absterben zu verhindern. Überdies handhabt die Drehzahl-Regelung 30 unter Verwendung der Integral- Regelung im Übergangsmodus die Differenz in der MAF. Ein Austritt von dem Leerlauf kann zu einer MAF-Diskontinuität zwischen der MAF, die durch den Leerlaufmodus angewiesen ist, und der MAF, die in dem aus­ getretenen Modus angewiesen ist, führen, was zu einer rauhen Funktion und zur Möglichkeit eines Absterbens führen könnte. Um zu verhindern, daß dies auftritt, wird die Differenz zwischen der MAF, die bei Austritt an­ gewiesen wird, zu der MAF addiert, die im ausgetretenen Modus angewie­ sen wird. Diese Differenz wird anschließend bezüglich der Zeit linear ram­ penartig verringert.

Der Übergang zu dem normalen Modus wird nur aktiviert, wenn die Zünd­ zeitpunktverstellung geschlossen oder gleich der Basiszündzeitpunktver­ stellung ist, der Flag für eine gültige Vorspannung gesetzt ist (der absolute MAF-Fehler ist kleiner als der kalibrierte Wert, und die Überprüfung der Gültigkeit der Vorspannung ist aktiviert), der Übergangs-MAF-Fehler klein ist, die Kühlmitteltemperatur größer als ein kalibrierter Wert ist und die Differenz zwischen der Ist- und der Soll-Referenzmotordrehzahl klein oder Null ist.

Ein automatisiertes Kalibrierungsverfahren, wie in den Fig. 5A bis 5D dar­ gelegt ist, ermöglicht eine vereinfachte Regelsystemkalibrierung. Der erste Schritt ist die Leerlauffestzustandszuweisung, die an einem Motordyna­ mometer durchgeführt wird, in dem Drehmomentdaten gesammelt wer­ den, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Das in den Fig. 5A bis 5D gezeigte Kalibrie­ rungsverfahren erzeugt automatisch die Koeffizienten für das Drehmo­ mentmodell. Die zweite Stufe ist die Leerlauffestzustandszuweisung von Daten in dem Fahrzeug bei den verschiedenen Höhen, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Das Kalibrierungsverfahren, das in den Fig. 5A bis 5D gezeigt ist, ba­ siert auf Daten, die an verschiedenen Orten bei verschiedenen Höhen, die sich ändernde barometrische Drücke zur Folge haben, gesammelt sind.

Das Verfahren zum Sammeln der Dynamometer-Drehmomentdaten des Leerlauffestzustands ist in Fig. 3 dargestellt. In Fig. 3 wird ein Dynamo­ meter im Block 100 gemäß in der Technik gut bekannten Verfahren einge­ richtet. Die RPM wird in Block 102 eingestellt, der MAP in Block 104 und die Zündung in Block 106. Anschließend werden Daten bei Block 108 ge­ sammelt. Wenn der letzte Zündwert eingestellt worden ist, übergibt ein Entscheidungsblock 110 die Regelung an Entscheidungsblock 112. An­ sonsten geht die Regelung zu Block 106. Wenn der letzte MAP eingestellt worden ist, überträgt der Entscheidungsblock 112 die Regelung an Block 114. Ansonsten wird die Regelung an Block 104 übertragen. Wenn die letzte RPM eingestellt worden ist, überträgt der Entscheidungsblock 14 die Regelung an Block 116. Ansonsten wird die Regelung an Block 102 über­ tragen. Die gesammelten Daten werden bei Block 116 gesichert.

Das Verfahren zum Sammeln der Fahrzeugdaten im Leerlauffestzustand ist in Fig. 4 dargestellt und in der Technik gut bekannt. Das Verfahren be­ ginnt bei Block 120 und verläuft zu Block 122. Bei Block 122 wird der ba­ rometrische Druck dadurch eingestellt, daß das Fahrzeug auf eine spezifi­ zierte Höhe gebracht wird, bei der das Fahrzeug bei Block 124 erwärmt wird und bei Block 124 neutral angeordnet wird. Bei Block 128 wird die Zündung (Funke) eingestellt, bei Block 130 wird RPM eingestellt, Block 132 stellt sicher, daß keine Zubehörlasten angeschaltet sind, und bei Block 134 werden Daten gesammelt. Bei Block 136 ist die Servolenkung (PS) gesperrt, und bei Block 138 werden Daten gesammelt. Bei Block 140 ist die PS gesperrt und die Klimaanlage (AC) angeschaltet, und bei Block 142 werden Daten gesammelt. Wenn der letzte RPM-Wert eingestellt wor­ den ist, überträgt der Entscheidungsblock 144 die Regelung an Block 146. Ansonsten wird die Regelung an Block 130 übertragen. Die Daten werden bei Block 148 gesichert. Wenn das Fahrzeug in Fahrt ist, überträgt der Entscheidungsblock 148 die Regelung an Block 152. Ansonsten wird die Regelung an Block 150 übertragen, wo das Fahrzeug in Fahrt gesetzt wird, wobei danach die Regelung zu Block 128 gelangt. Wenn der letzte baro­ metrische Druck eingestellt worden ist, endet das Verfahren bei Block 154. Ansonsten wird die Regelung an Block 122 übertragen.

Das automatisierte Kalibrierungsverfahren für die Daten, die aus den Verfahren der Fig. 3 und 4 erhalten werden, ist in den Fig. 5A bis 5D dar­ gestellt, wobei danach die Ergebnisse in dem Antriebsstrangregelmodul in dem Fahrzeug ausgeführt werden. In Fig. 5A werden die Druckverhältnis­ dateien bei Block 200 geöffnet. Neutraldaten für einen barometrischen Druck von 99 KPa werden bei Block 202 geladen, während Fahrdaten für einen barometrischen Druck von 99 KPa bei Block 204 geladen werden. Neutraldaten für einen barometrischen Druck werden anschließend bei Block 206 geladen, während Fahrdaten für einen barometrischen Druck dann bei Block 208 geladen werden. Druckverhältnisberechnungen wer­ den bei Block 210 ausgeführt und bei Block 212 verifiziert. Vier Druck­ verhältnispunkte werden auf Diagrammen ähnlich zu Fig. 2 bei Block 214 ausgewählt und es werden Druckverhältnisdateien bei Block 216 erzeugt. Wenn der letzte barometrische Druck nicht verwendet worden ist, über­ trägt der Entscheidungsblock 218 die Regelung an Block 206. Ansonsten endet das Verfahren bei Block 220.

In Fig. 5B werden die Drehmomentdateien bei Block 250 geöffnet, wobei danach die Drehmomentdaten bei Block 252 geladen und bei Block 254 gelöscht werden. Die Daten werden bei Block 256 einer quadratischen Re­ gression unterzogen, die in Block 258 verifiziert wird. Ein Diagramm der berechneten Regressionsfehler wird bei Block 260 erzeugt und bei Block 262 verifiziert. Die Drehmomentkalibrierungsdateien werden dann bei Block 264 erzeugt.

Die MAF-Kalibrierungen werden in Fig. 5C ausgeführt. Die Drehmoment­ kalibrierungsdateien werden bei Block 300 geöffnet und die Werte der Drehmomentkoeffizienten werden bei Block 302 verifiziert. Ein barometri­ scher Druck wird in Block 304 ausgewählt. Die entsprechenden Druck­ verhältnisdaten werden bei Block 306 geladen. Die Neutraldaten werden bei Block 308 geladen, die Fahrdaten werden bei Block 310 geladen und die Korrektheit der Daten wird bei Block 312 verifiziert. Eine Regression wird für die Neutraldaten im Block 314 ausgeführt, ein Diagramm wird bei Block 316 erzeugt und die Regressionsergebnisse werden bei Block 318 verifiziert. Eine Regression wird für die Fahrdaten in Block 320 ausge­ führt, ein Diagramm wird bei Block 322 erzeugt und die Regressionser­ gebnisse werden bei Block 324 verifiziert. Bei Block 326 wird der berech­ nete Ausgang der Q-Matrix verifiziert und MAF-Kalibrierungen werden bei Block 328 erzeugt. Wenn der letzte barometrische Druck verwendet wor­ den ist, endet das Verfahren bei Block 330. Ansonsten wird die Regelung zu Block 304 übertragen.

In Fig. 5D werden die Kalibrierungsdateien bei Block 350 geöffnet. MAF- und Drehmomentdaten werden bei Block 352 erzeugt, bei Block 354 ein­ gegeben und die Korrektur der Kalibrierungskoeffizienten wird bei Block 356 verifiziert. Eine Regression wird für die Neutraldaten bei Block 358 durchgeführt und die Regressionsergebnisse werden bei Block 360 verifi­ ziert. Eine Regression wird für die Fahrdaten in Block 362 ausgeführt, und die Regressionsergebnisse werden bei Block 364 verifiziert. Bei Block 368 werden die maximalen und minimalen Grenzen für MAF und Drehmoment berechnet. Die Druckverhältnisberechnungen werden bei Block 368 ausgeführt und bei Block 370 verifiziert. Die Feedforward-MAF-Ka­ librierungsberechnungen werden bei Block 372 ausgeführt und die kor­ rekte Skalenmatrix wird bei Block 374 verifiziert. Bei Block 376 werden die Drehmomentmodell-, MAF-Modell-, Druckverhältnismodell-, Über­ gangsfiltermodell- und MAF- und Drehmomentbegrenzungen verifiziert und es wird eine Ausgangsdatei erzeugt. Diese Datei kann dann in dem Antriebsstrangregelmodul in dem Fahrzeug ausgeführt werden.

Zusammengefaßt sieht ein Leerlaufregelsystem für Verbrennungsmotoren eine Lastzurückweisung und/oder Lastkompensation für eine gegebene Motordrehzahlreferenz und einen barometrischen Druck vor, wobei die vorliegende Erfindung sich ändernde Motordrehzahlreferenzen und sich ändernde barometrische Drücke, wie beispielsweise verschiedene Höhen, anpaßt. Das Regelsystem umfaßt einen Lastkompensator und eine Regel­ struktur mit einer Vielzahl von Nebenregelblöcken. Der Lastkompensator erzeugt die erforderliche Luftströmung zur Kompensation des Drehmo­ mentes von Motorlasten und arbeitet mit einer Feedforward-Regelung, um vorhergesagte Lasten zurückzuweisen. Das Kalibrierungsverfahren ist vollständig automatisiert.

Claims (12)

1. Lastkompensator für ein Drehzahlregelsystem für einen Verbren­ nungsmotor mit einem vorbestimmten Drehmomentmodell, wobei der Lastkompensator umfaßt:
ein Druckverhältnismodellmittel zur Definition von Druckverhält­ nissen zur Kompensation von Höhenwirkungen auf ein vorbestimm­ tes Drehmomentmodell eines Verbrennungsmotors;
eine Drehmomentschätzeinheit, die mit dem Druckverhältnismo­ dellmittel verbunden ist, um das benötigte Drehmoment des Ver­ brennungsmotors in Ansprechen auf einen gewählten Ansaugluft­ druck, eine gewählte Zündzeitpunktverstellung, ein gewähltes Druck­ verhältnis und eine gewählte Motordrehzahl zu bestimmen; und
eine Schätzeinheit für die Massenluftströmung, die mit der Drehmomentschätzeinheit verbunden ist, um eine Massenluftströ­ mung, die von dem Verbrennungsmotor benötigt wird, in Ansprechen auf eine gewählte Referenzmotordrehzahl, einen Wert für das erfor­ derliche Drehmoment und einen gewählten barometrischen Druck zu bestimmen.

2. Lastkompensator nach Anspruch 1, ferner mit:
einer Drehzahlbegrenzungseinheit, die mit der Drehzahlschätz­ einheit verbunden ist, um vorbestimmte obere und untere Drehmo­ mentgrenzen an der Drehmomentschätzeinheit einzustellen; und
einer Begrenzungseinheit für die Massenluftströmung, die mit der Schätzeinheit für die Massenluftströmung verbunden ist, um vorbe­ stimmte obere und untere Massenluftströmungsgrenzen an der Schätzeinheit für die Massenluftströmung einzustellen.

3. Lastkompensator nach Anspruch 2, wobei das Druckverhältnismo­ dellmittel Verhältnisse zwischen Ansaugluftdruck bei gewählten Luft­ drücken und Ansaugluftdruck, der unter vorbestimmten Bedingun­ gen abgeleitet ist, als eine Funktion von Ansaugluftdruck und baro­ metrischem Druck definiert;
wobei das Druckverhältnismodellmittel das Drehzahlregelsystem des Verbrennungsmotors für verschiedene Höhen dämpft und ferner Drehzahlschwingungen des Verbrennungsmotors bei Übergängen von Parken zu Fahrt im wesentlichen vermeidet.

4. Lastkompensator nach Anspruch 3, wobei die Schätzeinheit für die Massenluftströmung eine Trennung von Lastzurückweisung und Festzustandsregelung vorsieht.

5. Drehzahlregelsystem für einen Verbrennungsmotor mit einem vorbe­ stimmten Drehmomentmodell, wobei das Drehzahlregelsystem um­ faßt:
einen Lastkompensator mit:
einem Druckverhältnismodellmittel zur Definition von Druckver­ hältnissen zur Kompensation von Höhenwirkungen auf ein vorbe­ stimmtes Drehmomentmodell eines Verbrennungsmotors;
einer Drehmomentschätzeinheit, die mit dem Druckverhältnismo­ dellmittel verbunden ist, um das benötigte Drehmoment des Ver­ brennungsmotors in Ansprechen auf einen gewählten Ansaugluft­ druck, eine gewählte Zündzeitpunktverstellung, ein gewähltes Druck­ verhältnis und eine gewählte Motordrehzahl zu bestimmen; und
einer Schätzeinheit für die Massenluftströmung, die mit der Drehmomentschätzeinheit verbunden ist, um eine Massenluftströ­ mung, die von dem Verbrennungsmotor benötigt wird, in Ansprechen auf eine gewählte Referenzmotordrehzahl, einen Wert für erforderli­ ches Drehmoment und einen gewählten barometrischen Druck zu bestimmen, wobei die Schätzeinheit für die Massenluftströmung ein erstes Luftströmungssignal erzeugt; und einer Regelstruktur mit:
einer Motordrehzahlregelung zur Erzeugung eines zweiten Luftströmungssignales, und
einer Massenluftströmungsregelung zur Erzeugung eines an­ gewiesenen Massenluftströmungssignales in Ansprechen auf zumindest die ersten und zweiten Luftströmungssignale.

6. Drehzahlregelsystem nach Anspruch 5, wobei der Lastkompensator ferner umfaßt:
eine Drehzahlbegrenzungseinheit, die mit der Drehzahlschätzein­ heit verbunden ist, um vorbestimmte obere und untere Drehmoment­ grenzen an der Drehmomentschätzeinheit einzustellen; und
eine Begrenzungseinheit für die Massenluftströmung, die mit der Schätzeinheit für die Massenluftströmung verbunden ist, um vorbe­ stimmte obere und untere Massenluftströmungsgrenzen an der Schätzeinheit für die Massenluftströmung einzustellen.

7. Drehzahlregelsystem nach Anspruch 6, wobei das Druckverhältnis­ modellmittel Verhältnisse zwischen Ansaugluftdruck bei gewählten Luftdrücken und Ansaugluftdruck, der unter vorbestimmten Bedin­ gungen abgeleitet ist, als eine Funktion von Ansaugluftdruck und ba­ rometrischem Luftdruck definiert;
wobei das Druckverhältnismodellmittel das Regelsystem des Ver­ brennungsmotors für verschiedene Höhen dämpft und ferner Dreh­ zahlschwingungen des Verbrennungsmotors bei Übergängen von Parken zu Fahrt im wesentlichen vermeidet.

8. Drehzahlregelsystem nach Anspruch 7, wobei die Ansaugluftströ­ mungsschätzeinheit eine Trennung von Lastzurückweisung und Fest­ zustandsregelung vorsieht.

9. Drehzahlregelsystem nach Anspruch 7, wobei die Regelstruktur fer­ ner umfaßt:
ein Sollreferenzberechnungsmittel zur Lieferung vorbestimmter Solldrehzahlreferenzen und Ist-Motordrehzahlreferenzen;
eine Einstelleinheit für dynamische Referenz, die mit dem Sollre­ ferenzberechnungsmittel und der Motordrehzahlregelung verbunden ist, um eine Referenzleerlaufdrehzahl des Motors in Ansprechen auf zumindest eines aus vorbestimmten Motordrehzahlschwingungen, ei­ nem vorbestimmten Abfall in der Drosselung und einem vorbe­ stimmten Fehlermodus zu erhöhen;
eine Feedforward-Regelung zur Vorhersage vorbestimmte Be­ triebsbedingungen des Motors in Ansprechen auf vorbestimmte La­ sten, wobei die Feedforward-Regelung ein drittes Luftströmungssignal erzeugt;
eine Vorspannungskorrektureinheit zur Lieferung eines vierten Luftströmungssignales in Ansprechen auf eine Massenluftströ­ mungsdifferenz zwischen der angewiesenen Massenluftströmung und einer gemessenen Massenluftströmung;
ein Logikmittel für einen Abfall in der Drosselung, das mit der Vorspannungskorrektureinheit verbunden ist, um ein Signal bezüg­ lich eines Abfalls in der Drosselung in Ansprechen auf Drosselinfor­ mation und die Massenluftströmungsdifferenz zu erzeugen;
einen Wandler, der mit der Massenluftströmungsregelung ver­ bunden ist, um das angewiesene Massenluftströmungssignal in eine angewiesene Drosselstellung und eine geschätzte Vorspannung der Regelung umzuwandeln; und
eine Zündregelung zur Erzeugung eines Basisleerlauffunkens für Getriebebetriebsbedingungen im Neutral- und Fahrtzustand und zur Funkenkorrektur in Ansprechen auf einen Motordrehzahlfehler;
wobei das angewiesene Luftströmungssignal auf die ersten, zwei­ ten, dritten und vierten Luftströmungssignale anspricht.

10. Verfahren zur Bildung einer lastkompensierten Drehzahlregelung ei­ nes Verbrennungsmotors, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt, daß:
ein vorbestimmtes Drehmomentmodell für den Verbrennungs­ motor über auf Dynamometern basierenden Kalibrierungen gebildet wird;
Druckverhältnisse zur Kompensation von Höhenwirkungen auf das vorbestimmte Drehmomentmodell erzeugt werden;
das benötigte Drehmoment des Verbrennungsmotors innerhalb vorbestimmter oberer und unterer Drehmomentgrenzen in Anspre­ chen auf einen gewählten Ansaugluftdruck, eine gewählte Zündzeit­ punktverstellung, ein gewähltes Druckverhältnis und eine gewählte Motordrehzahl bestimmt wird;
eine Massenluftströmung, die von dem Verbrennungsmotor be­ nötigt wird, innerhalb vorbestimmter oberer und unterer Massenluft­ strömungsgrenzen in Ansprechen auf eine gewählte Referenzmotor­ drehzahl, einen erforderlichen Drehmomentwert und einen gewählten barometrischen Druck bestimmt wird;
ein erstes Luftströmungssignal in Ansprechen auf den Schritt zur Bestimmung der Massenluftströmung erzeugt wird;
ein zweites Luftströmungssignal in Ansprechen auf vorbestimmte Motordrehzahldaten erzeugt wird; und
ein angewiesenes Massenluftströmungssignal in Ansprechen auf zumindest die ersten und zweiten Luftströmungssignale erzeugt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, ferner mit den Schritten, daß
ein drittes Luftströmungssignal in Ansprechen auf eine Vorhersa­ ge vorbestimmter Betriebsbedingungen des Motors unter vorbe­ stimmten Lasten erzeugt wird; und
ein viertes Luftströmungssignal in Ansprechen auf eine Massen­ luftströmungsdifferenz zwischen der angewiesenen Massenluftströ­ mung und einer gemessenen Massenluftströmung erzeugt wird;
wobei der Schritt zur Erzeugung eines angewiesenen Luftströ­ mungssignales auf die ersten, zweiten, dritten und vierten Luftströ­ mungssignale anspricht.

12. Verfahren nach Anspruch 11, ferner mit dem Schritt zur Erzeugung eines Basisleerlauffunkens für Getriebebetriebsbedingungen im Neu­ tral- und Fahrtzustand und zur Funkenkorrektur in Ansprechen auf einen Motordrehzahlfehler.