DE102004005450B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mittels phasenvoreilender Signalpfade - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mittels wenigstens einer das Verbrennungsverhalten der Brennkraftmaschine bestimmenden Führungsgröße, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Führungsgröße der Brennkraftmaschine mittels abstrahierter Signalpfade bestimmt wird, wobei wenigstens drei Signalpfade vorgesehen sind, und zwar ein eine aktuell geforderte Führungsgröße repräsentierender erster Pfad, ein dynamische Anforderungen für die Erhöhung der Führungsgröße repräsentierender zweiter Pfad und ein dynamische Anforderungen für die Erniedrigung der Führungsgröße repräsentierender dritter Pfad, wobei die dynamischen Anforderungen durch Phasenanhebung wenigstens zweier der wenigstens drei Signalpfade erzeugt werden, wobei die Applikation der phasenangehobenen Signalpfade unter Berücksichtigung der dynamischen Momentenerzeugung der Brennkraftmaschine erfolgt.

Description

• Stand der Technik
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche.
• Aus der DE 101 41 003 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt. Eine das Verbrennungsverhalten der Brennkraftmaschine bestimmenden Führungsgröße ist beispielsweise das Fahrpedal, der Luftmassenstrom oder der Zündwinkel, der auf einer mit diesen Führungsgrößen unmittelbar korrelierten Größen basiert. Die Fahrpedalstellung wird als eine Modelldrehzahl nachgebildet und eine Drehzahlabweichung zwischen einer Istdrehzahl und der Modelldrehzahl wird aus dem Drehzahlmodell bestimmt, wobei in Abhängigkeit von der Drehzahlabweichung ein Zündwinkel oder eine Zylinderfüllung derart beeinflusst wird, dass die Drehzahlabweichung minimiert wird.
• Die DE 100 47 745 A1 zeigt ein Verfahren zur Signalvorhaltfilterung, bei dem ein Eingangswert für eine Regelstrecke erfasst und ein Ausgangswert der Regelstrecke mit einem Vorhaltfilter für ein erstes Vorhaltsignal beaufschlagt wird. Zu Generierung eines Vorhaltsignals, welches bei geringer Verrauschung eine gewünschte Phasenlage relativ zum Eingangssignal der Regelstrecke erreicht, wird vorgeschlagen, dass aus dem Eingangswert in einem parallelen Schritt ein Beimischwert bestimmt wird, mit dem das erste Vorhaltsignal zu einem Gesamtvorhaltsignal korrigiert wird.
• Aus der DE 197 53 997 C1 ist ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine zur Kompensation von Ruckelschwingungen bekannt. Bei diesem Verfahren ist dem Übertragungssystem aus Kraftstoffzufuhr Brennkraftmaschine und Antriebsstrang ein Übertragungsglied vorgeschaltet, dessen Übertragungsfunktion zur Übertragungsfunktion des Übertragungssystems invers ist. durch die Wahl der Zeitkonstanten des Übertragungsgliedes werden nicht nur die Ruckelschwingungen unterbunden sondern auch eine Lastschlagdämpfung erreicht.
• Ferner zeigt die DE 195 25 907 A1 eine selbst einstellbare Regeleinrichtung und ein Verfahren zur Selbsteinstellung dieses Reglers. Die Regeleinrichtung erfasst mindestens ein Proportional- und einen Integralanteil. Eine Führungsgröße und eine Regelgröße werden in einer Mischstelle zusammengeführt, die dem Regler vorgeschaltet ist. die Regeleinrichtung besteht aus einer Kettenschaltung, bestehend aus einem PI-Regler und einem Proportionalglied.
• Es ist bekannt, daß sowohl bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen (Ottomotoren) als auch bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen (Dieselmotoren) der hier betroffenen Art bei stöchiometrischem Betrieb mit einer Luftzahl λ = 1 oder im Betrieb mit Kraftstoffüberschuss (λ <= 1) eine wesentliche Momentenerhöhung nur durch eine Erhöhung des Luftmassenstroms erreicht werden kann. Größere Momentenerhöhungen lassen sich auch bei λ-Werten etwas größer als 1 nur unter den genannten Bedingungen erreichen.
• Die genannte Momentenerhöhung setzt sich bekanntlich aus mehreren Einzelmomenten zusammen, nämlich dem bei der Verbrennung gebildeten Verbrennungsmoment, dem bei der Kompression/Expansion des Luft-Kraftstoff-Gemisches auftretenden Kompressions/Expansionsmoment, dem Massenmoment aufgrund der Massenträgheit der bewegten Teile der Brennkraftmaschine sowie dem aufgrund von mechanischer Reibung an den genannten bewegten Teilen der Brennkraftmaschine. Die Luftzahl λ gibt nun an, wieweit das tatsächliche vorhandene Luft-Kraftstoff-Gemisch von dem Wert λ = 1 abweicht, der einem zur vollständigen Verbrennung theoretisch notwendigen Massenverhältnis von 14,7 kg Luft zu 1 kg Kraftstoff entspricht, d. h. λ ist der Quotient aus zugeführter Luftmasse und theoretischem Luftbedarf. Ebenso sind größere Momentenverringerungen unter Beibehaltung des Wertes λ nur durch Drosselung des Luftmassenstroms möglich.
• Bei diesem sogenannten „luftgeführten” Betrieb kommt es insbesondere aufgrund der Luftmassenträgheiten und der im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zu bewegenden Luftvolumina zu einer verzögerten Momentenumsetzung.
• Um trotzdem schnelle Momenteneingriffe realisieren zu können, sind heute folgende Verfahren bekannt. Im Falle der Ottomotoren wird in bestimmten Betriebsbereichen ein Luftvorhalt geschaffen und bei festem λ der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine bzw. das Drehmoment über einen späten Zündzeitpunkt verringert. Dieser Eingriff über den Zündwinkel ist sehr schnell. Um die dynamischen Anforderungen bei Momentenanforderungen wie bspw. Leerlaufregelung, Getriebeingriffe, etc. erfüllen zu können, wird in der EP 0 937 886 A2 eine Steuerung anhand diskreter Dynamikzustände vorgeschlagen. Einen weiteren bekannten Ansatz stellen Steuerungen mittels Wert-Zeit-Vektoren dar, welche neben dem umzusetzenden Drehmomentwert auch den Zeitpunkt, zu dem das Moment vorzuliegen hat, berücksichtigen.
• Die vorbeschriebenen, im Stand der Technik bekannten Verfahren sind insoweit nachteilig, als Lösungen, welche als Führungsgrößen beim Betrieb der Brennkraftmaschine direkt auf dem Luftmassenstrom oder dem Zündwinkel oder auf einer mit diesen Führungsgrößen unmittelbar korrelierenden Größe basieren, nicht für Dieselmotoren geeignet sind. Eine Abweichung vom idealen Zündzeitpunkt führt nämlich bei Dieselmotoren zu einer Erhöhung der Schadstoffemissionen bzw. zu einer Beeinträchtigung des Verbrennungsgeräusches. Darüber hinaus kommt es bei einer Variation des Zündwinkels, beim Dieselmotor besser des Einspritzzeitpunktes, zu einer Beeinflussung der Abgastemperatur. Diese unterliegt im Hinblick auf eine Abgasnachbehandlung sowie den Komponentenschutz jedoch sehr engen Einschränkungen.
• Eine Momentenführung allein über die zugeführte Luftmasse ist überdies beim Dieselmotor gegenüber dem Ottomotor erschwert, und zwar aufgrund
• – größerer Massenträgheiten des Kurbeltriebs sowie des Antriebsstrangs,
• – eines trägeren Luftsystems aufgrund einer bei modernen Dieselmotoren häufig angeordneten Turboladung mit großem Luftvolumen (Ladedruck-Kühler),
• – einer vorgesehenen Abgasrückführung, sowie
• – eines höheren Luftbedarfs z. B. beim Übergang von einem Betriebspunkt mit λ = 1 nach λ > 1.
• Ferner kann es bei exklusiven Betriebspunkten wie bspw. bei einem Betriebszustand zur Regeneration eines Rußfilters oder bei einem Betriebszustand mit einer besonders hochfrequenten Momentenumsetzung zu einer Beeinträchtigung des Komforts und/oder einer Überschreitung der Abgasgrenzwerte kommen. Bei den genannten diskreten Verfahren zur Umsetzung von Dynamikanforderungen müssen daher Zustände identifiziert und Zustandsübergänge berücksichtigt werden. Die damit sich ebenfalls diskret ändernde Haptik (das aus der Psychophysik bekannte „Wohlfühlen” des Fahrers bzgl. des Klangdesigns der Brennkraftmaschine sowie die Spontaneität und der Komfort des Fahrzeugs) des Kraftfahrzeuges erschwert demzufolge seine Fahrbarkeit. Außerdem ist bei den genannten Wert-Zeit-Vektorlösungen die gleichzeitige Dynamikanforderung mehrerer Komponenten nicht zufriedenstellend gelöst.
• Es ist daher wünschenswert, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu haben, bei denen eine möglichst effektive Kompensation der vorbeschriebenen verzögerten Umsetzung wenigstens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine erreicht wird.
• Vorteile der Erfindung
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik bei einem Verfahren und einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zu vermeiden.
• Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
• Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die Steuerung einer eingangs genannten Brennkraftmaschine mittels abstrahierter Signalflüsse auszuführen. Im Besonderen wird vorgeschlagen, die Steuerung anhand von phasenangehobenen bzw. phasenvoreilenden Signalpfaden (sog. Vorhaltepfaden) wenigstens einer Betriebsgröße zur Steuerung der Brennkraftmaschine zu bewerkstelligen.
• Die genannten abstrahierten Signalflüsse weisen drei Signalpfade auf, und zwar einen die momentan geforderte Führungsgröße repräsentierenden ersten Pfad und einen zweiten und dritten Pfad, welche die dynamischen Anforderungen für die Erhöhung und die Erniedrigung der Führungsgröße repräsentieren. Da hiermit neben der jeweiligen aktuellen Führungsgröße immer auch die phasenangehobenen Signale zur Verfügung stehen, ist jede Komponente der Motorsteuerung in den Stand gesetzt selbst zu entscheiden, ob eine Phasenanhebung mit unter Umständen einhergehender Verschlechterung des Wirkungsgrads durchgeführt werden soll oder nicht.
• Zur Vereinfachung des Implementierungsaufwandes können die phasenvoreilenden Signalpfade auch als Differenz zu einem Sollwert realisiert werden. Die Signalpfade können z. B. der Sollwert eines Motormomentes sein. Die voreilenden Pfade sind jeweils von gleicher physikalischer Einheit.
• Ein Pfad (und zwar jener ohne Voreilung) gibt den Sollwert an, der sich aktuell einstellen soll. Er wirkt im weiteren Signalfluß auf einen Stellpfad, mittels dessen schnelle Eingriffe auf das Moment möglich sind, bspw. beim Ottomotor der Zündwinkel oder beim Dieselmotor die Einspritzung. Auf diesen Pfaden sind schnelle, jedoch im Betrag eingeschränkte Eingriffe möglich. In einer luftgestützten Brennkraftmaschine sind große, jedoch nur langsame Momenteneingriffe möglich. Die Aufgabe der voreilenden Pfade liegt demnach darin, das luftgestützte System rechtzeitig auf ein Moment zu bringen, von dem aus danach durch schnelle Eingriffe ein tatsächlich gefordertes Sollmonent (ohne Voreilung) gestellt werden kann.
• Aufgrund der vorgeschlagenen Phasenanhebung lassen sich die genannten dynamischen Anforderungen bei der Motorsteuerung bevorzugt mittels Polkompensation der Streckenzeitkonstanten anhand der jeweiligen Führungsgröße erfüllen. Das dynamische Verhalten eines linearen Systems läßt sich durch eine komplexe, rationale Funktion, bspw. der Funktion G_L(s) = 1/(1 + T₁·s) beschreiben. Gemäß einer solchen Funktion entsprechen Pole Nullstellen des Nenners und bestimmen im vorliegenden Beispiel die Nacheilung des Luftsystems. Wenn man nun in Reihenschaltung zu G_L(s) ein weiteres dynamisches System G_A vorsieht mit der Eigenschaft, daß eine oder mehrere Nullstellen des Zählers identisch sind den Polen von G_L(s), dann liegt die genannte Polkompensation vor. Im Falle des Zustandes der Polkompensation gilt somit G_A(s)·G_L(s) = 1. Der Vorteil der Polkompensation liegt mithin darin, daß dieser Zustand bei einem bekannt angenommenen Streckenverhalten leicht zu ermitteln ist und die genannte Bedingung G_A·G_L = 1 automatisch eine optimale Führungsgröße ergibt.
• In einer weiteren Ausgestaltung weisen alle Signalpfade die gleiche physikalische Einheit auf. Dadurch können die gleichen Operationen, bspw. eine Addition, eine Multiplikation oder ein Min-/Max-Eingriff, auf den aktuellen sowie phasenangehobenen Signalpfaden durchgeführt werden. Dies ermöglicht wiederum eine vereinfachte Verknüpfung von Signalen gegenüber den eingangs erwähnten bekannten Ansätzen basierend auf Wert-Zeit-Vektoren.
• Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird der jeweils aktuelle Wert der an sich bekannten wirksamen Motorzeitkonstanten T1_Mot bei der Ermittlung des genannten Luftvorhalts berücksichtigt. Durch die Berücksichtigung der Motorzeitkonstante T1_Mot ist die Auslegung und Applikation der phasenangehobenen Signalpfade drehzahl- und betriebspunktinvariant.
• Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht im Ergebnis zum Einen die Kompensation der vorgenannten verzögerten Umsetzung wenigstens einer Betriebsgröße (Führungsgröße) der Brennkraftmaschine. Darüber hinaus hängt das Steuerverhalten einzelner Fahrzeugkomponenten wie bspw. einer Getriebesteuerung zusammen mit deren Schnittstellen nicht mehr vom jeweils konkret vorliegenden Motortyp ab.
• Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung sind auf unterschiedlichste Führungsgrößen wie bspw. das an unterschiedlichen Stellen des Antriebsstrangs der Brennkraftmaschine vorliegende Drehmoment oder die Motorleistung anwendbar. Durch die ausschließliche Verarbeitung kontinuierlicher Signale werden die eingangs genannten nachteiligen diskreten Zustandsübergänge vollständig vermieden.
• Es ist ferner anzumerken, daß es sich bei der genannten „Betriebsgröße” (Führungsgröße) zwar bevorzugt um das Drehmoment handelt. Als Betriebsgröße kann allerdings, ebenfalls mit den genannten Vorteilen, alternativ oder zusätzlich eine andere Betriebsgröße wie bspw. die Einspritzmenge bei kraftstoffeinspritzenden Brennkraftmaschinen, die der Verbrennung zugeführte Luftmasse, die Motorleistung oder dgl. zugrundegelegt werden.
• Die Erfindung ist sowohl in einer fremdgezündeten als auch in einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mit den genannten Vorteilen einsetzbar. Mittels der vorgeschlagenen Signalverarbeitung lassen sich in einem entsprechenden Kraftfahrzeug die grundsätzlich geltenden Anforderungen an den Kraftstoffverbrauch, die Verbrennungsabgase und den Komfort noch leichter erfüllen.
• Zeichnung
• Die Erfindung wird nachfolgend, unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele noch eingehender erläutert, aus denen sich weitere Besonderheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben.
• Im Einzelnen zeigen
• 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Fahrpedalsteuerung einer Brennkraftmaschine mittels phasenangehobener Signalpfade;
• 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Phasenanhebung für niederfrequente Signale;
• 3 einen typischen Signalverlauf einer erfindungsgemäßen Phasenanhebung bei niederfrequenten Signalen;
• 4 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Phasenanhebung bei gesteuerten Momentenanforderungen;
• 5 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Phasenanhebung nach dem Prinzip eines abklingenden Schleppzeigers;
• 6 einen typischen Signalverlauf einer erfindungsgemäßen Phasenanhebung nah dem abklingenden Schleppzeigerprinzip;
• 7 ein Blockschaltbild zur Illustration einer erfindungsgemäßen Transformation der phasenangehobenen Signale bei Übertragungsgliedern im Signalpfad;
• 8a, b zwei Ausführungsbeispiele, bei denen die in den 1 und 2 gezeigten abstrahierten Signalpfade als Differenz zu einem Sollwert gebildet werden; und
• 9 ein Diagramm zur Illustration der erfindungsgemäßen Berechnung einer Totzeit T_tot aus der Motorzeitkonstanten T1_Mot sowie einer zulässigen Momentenabweichung beim Momentenabgriff.
• Beschreibung von Ausführungsbeispielen
• In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird als Führungsgröße bei der Motorsteuerung das Drehmoment zugrundegelegt, wobei entweder der erste und nur einer der beiden nachfolgenden Signalpfade oder alle drei der nachfolgend aufgeführten Signalpfade bereitgestellt werden:
• 1. ein seitens des Fahrzeugführers aktuell gefordertes Moment Trq (Abkürzung von „Torque”);
• 2. ein phasenangehobenes Moment TrqPreMax für Erhöhungen des aktuellen Moments; für dieses Signal gilt zu jeder Zeit TrqPreMax >= Trq;
• 3. ein phasenangehobenes Moment TrqPreMin für Verringerungen des aktuellen Moments; für dieses Signal gilt zu jeder Zeit TrqPreMin <= Trq.
• Die genannte Phasenanhebung wird nachfolgend anhand der 1 bis 7 noch im Detail beschrieben. In den meisten Fällen stellt jede Komponente einer Motorsteuerung, wie bspw. eine Pedalwertgeber-(PWG-)Aufbereitung (ein PWG stellt ein mit dem momentanen Fahrerwunsch korrelierendes Signal zur Verfügung) oder eine Getriebesteuerung, neben dein aktuellen Wert der jeweiligen Führungsgröße (in dem vorliegenden Beispiel Trq), auch korrespondierende, phasenangehobene Signale zur Verfügung.
• Der Betrag der erforderlichen Phasenanhebung ist abhängig von der Motorzeitkonstanten T1_Mot. Anhand eines Motormodells wird diese Zeitkonstante allen Motorsteuerungskomponenten zentral zur Verfügung gestellt. Dadurch ist die Applikation der Phasenanhebung nicht motorspezifisch. Ebenso kann jede dieser Komponenten selbst entscheiden, ob eine Phasenanhebung (ggf. mit einhergehender Wirkungsgradverschlechterung oder Beeinträchtigung anderer Funktionen) durchgeführt wird. Zur Koordination mehrerer Funktionen können ggf. auch weitere Meta-Informationen, z. B. eine Koordination zwischen einer Klimaanlagen-Steuerung und einer Ruckeldämpfung, ausgetauscht werden. Um keine zu großen Änderungen an dem Luftsystem durchführen zu müssen, kann während der Ruckeldämpfung das Schalten der Klimaanlage (zumindest für wenige Sekunden) verzögert werden. Dazu ist der Austausch der genannten weiteren Meta-Informationen zwischen den genannten Komponenten notwendig. Ebenso sind ähnliche Koordinationen zwischen anderen Komponenten wie bspw. einer Getriebesteuerung und einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) etc. möglich. Die Koordination kann dabei entweder direkt zwischen den einzelnen Komponenten oder mittels eines eigenen Koordinators erfolgen.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele der vorgeschlagenen Signalverarbeitung eingehender beschrieben. Das in den 1 bis 3 gezeigte erste Ausführungsbeispiel betrifft eine Phasenanhebung bei Komponenten mit relativ geringer Ansteuer- bzw. Eingrifffrequenz, wie bspw. der genannte PWG zur Berücksichtigung des Fahrerwunsches.
• Das Streckenverhalten aufgrund des Einflusses der genannten Motorzeitkonstante T1_Mot kann durch folgende von der Motorzeitkonstanten T1_Mot und der abhängige Übertragungsfunktion G(s) beschrieben werden: G(s) = 1/(1 + T1_Mot·s).
• Die Übertragungsfunktion G(s) betreffend ist zu erwähnen, daß dynamische Systeme bekanntermaßen entweder im Zeitraum oder nach einer Laplace-Transformation im Bildraum beschrieben werden können.
• Bei Ansteuerungen bzw. Eingriffen der jeweiligen Führungsgröße mit relativ geringer Frequenz (1/f >> T1_Mot) kann die erfindungsgemäße Phasenanhebung durch die vorbeschriebene Polkompensation erfolgen. Im praktisch relevanten Frequenzbereich kann das Streckenverhalten von der Betätigung eines Stellers (z. B. Drosselklappe oder Turboladersteuerung) bis zur Bereitstellung eines entsprechenden Motormoments in guter Näherung als eine Verzögerung erster Ordnung angenommen werden. Bei Kraftfahrzeug-Dieselmotoren mit Turboladung beträgt die wirksame Motorzeitkonstante T1_Mot etwa 50–300 ms.
• Wie aus der 1 zu ersehen, wird ein von dem PWG 100 geliefertes mit der jeweiligen Pedalstellung korrelierendes Signal, zusammen mit einem von einem Zeitgeber 105 gelieferten Zeitgebersignal dT, einem Kennfeld 110 zugeführt. Dem Kennfeld werden ggf. noch weitere Parameter 115 der Motorsteuerung zugeführt. Mittels des Kennfeldes 110 wird ein eigentliches Steuersignal berechnet, welches nachfolgend einem Meßpunkt 120 des Signalflusses zugeführt wird (welcher aus rein funktionaler Sicht auch entfallen kann), welches wiederum einen Parameter AccPed_trqDes liefert. Auch dieser Parameter stellt lediglich einen an einer bestimmten Stelle des Signalflusses auftretenden Wert vorliegend des physikalischen Drehmomentes dar und wird im Anschluß an zwei Funktionsblöcke AccPed_Max 125 und AccPed_Min 130 übergeben. Die erfindungsgemäße Phasenanhebung wird in diesen Blöcken AccPed_Max 125 und AccPed_Min 130 realisiert und ist für den AccPed_Max-Block 125 in 2 in größerem Detail dargestellt. Eine weitere Eingangsgröße der beiden Funktionsblöcke 125, 130 ist die genannte Motorzeitkonstante T1_Mot 122. Der Block 125 liefert als Ausgangssignal eine Größe AccPed_trqDesMax 135, wohingegen der Block 130 die reziproke Größe AccPed_trqDesMin 145 liefert. Das am Ausgang des Funktionsmoduls 120 anliegende Signal AccPed_trqDes wird unverändert durchgeschleust 140.
• Die 2 zeigt ein detaillierteres Blockschaltbild der Phasenanhebung für das vorliegend niederfrequente Fahrpedalsignal für den TrqPreMax-Pfad (siehe Bezugszeichen ,135'). Der PWG 100 liefert vorliegend x-Werte für ein Kennfeld 205 (entspricht in den meisten Fällen dem vorbeschriebenen Kennfeld 110) beginnend mit 0.0. Entsprechend wie in der 1 liefert ein Zeitgeber 210 ein Zeitgebersignal dT an das Kennfeld 205. Die in der 1 gezeigten ebenfalls dem Kennfeld 205 zugeführten weiteren Parameter 115 umfassen in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel konkret einen Ansteuerdauergeber 215, welcher einen Parameterwert ASDdc_T1_Max an ein aus der Regelungstechnik an sich bekanntes PT1-Glied 220 liefert. Das genannte PT1-Glied stellt regelungstechnisch ein Verzögerungsglied dar, welches ein Eingangssignal (vorliegend das Signal ASDdc_T1_Max) nach einer e-Funktion mit einer einstellbaren Zeitkonstanten und einem einstellbaren Übertragungsbeiwert verzögert. Das PT1-Glied 220 berechnet aus diesem Parameterwert ASDdc_T1_Max anhand einer vorgegebenen Zeitkonstante t1 einen Parameter PT1Struct_ASD_Max und übergibt diesen Parameter an das Kennfeld 205.
• Der von dem Kennfeld 205 gelieferte Wert des der Ansteuerdauer ASD entsprechenden Moments wird, gleichzeitig mit dem Eingangssignal 230 der Momentenanforderung, einem das Maximum berechnenden Funktionsblock (MX) 225 zugeführt. Am Ausgang 245 der Schaltung liegt mithin der Maximalwert ASDdc_trqMax 235 an. Dieser wird über die Leitung 240 als Eingangsparameter ix zurückgeführt. Es ist anzumerken, daß es sich bei der Rückführung des Maximalwertes ASDdc_trqMax 235 ausschließlich um eine spezielle Form der Initialisierung, nicht jedoch um eine Regelschleife oder dgl. handelt.
• Für den TrqPreMin-Signalpfad kommt eine der in 2 gezeigten Schaltung analoge Schaltung zum Einsatz; dabei hat lediglich das Max-Glied durch ein Min-Glied ersetzt zu werden. In Sonderfällen kann auf den Pfad TrqPreMin sogar gänzlich verzichtet werden.
• Wenn bspw. eine schnelle Momentenverringerung bis auf den Wert 0 jederzeit möglich ist, kann auf diesen zweiten Vorhaltepfad verzichtet werden. Es ist weiter anzumerken, daß anstelle des in den 1 und 2 gezeigten PDT1-Glieds 220 auch ein anderes phasenanhebendes Übertragungsglied wie bspw. ein Übertragungsglied höherer Ordnung oder ein inverses Streckenverhalten der Form 1/G_L(s) verwendet werden kann. Im Grenzfall eines verzögerungsfreien Momentenaufbaus T1_Mot = 0 ist die Übertragungsfunktion G(s) = 1. Ferner ist zu erwähnen, daß bei Bedarf unterschiedliche Motorzeitkonstanten T1_Mot für die Berechnung des Momentenaufbaus bzw. des Momentenabbaus verwendet werden können.
• In der 3 ist ein typischer Signalverlauf bei der erfindungsgemäßen Phasenanhebung bei niederfrequenten Signalen (Führungsgrößen) gezeigt. Zu ersehen ist ein Sollverlauf sowie zugeordnete voreilende und verzögerte Pfade.
• Es ist anzumerken, daß die in den 1 und 2 gezeigten abstrahierten Signalpfade auch als Differenz zu einem Sollwert gebildet werden können. Zwei entsprechende Ausführungsformen sind aus den 8a und 8b zu ersehen. In der 8a ist eine Ausführungsform gezeigt, bei welcher das phasenangehobene Signal ‚1' den statischen Wert ,2' mit beinhaltet. In dem Beispiel ist gezeigt, wie ein Sprung am Eingang der Schaltung sich bei dem Signal ,2' ebenfalls als Sprung darstellt. An dem Signal ‚1' stellt sich stationär, d. h. eine gewisse Zeit nach dem Aufschalten des Sprungs, ebenfalls der Wert des Eingangssignals ein. Nur unmittelbar nach dem Sprung stellt sich ein erhöhter Wert ein.
• Im Gegensatz dazu weist das in der 8b gezeigte voreilende Signal ,3' stationär den Wert ,0' auf. Unmittelbar nach dem Sprung kommt es zu einer Erhöhung. Die Signalhöhen der Signale ,1' und ,3' stehen in einer festen Beziehung zueinander, denn es gilt: Sig1 = Sig4 + Sig3 = Sig4 + Sig2.
• Bei Motorsteuerungskomponenten mit relativ hoher Ansteuerungs- bzw. Eingriffsfrequenz, d. h. bei Eingriffen der Führungsgröße mit hoher Frequenz, d. h. 1/f << T1_Mol, kann aufgrund begrenzter Stelleingriffe die Phasenanhebung nicht durch Polkompensation erfolgen. Differenzierende Übertragungsglieder wie bspw. ein Hochpaßfilter erzeugen bekanntermaßen bei hohen Frequenzen große Ausgangswerte. Durch Erreichen der Stellgrößen (z. B. Drosselklappenwinkel oder Drosselklappenbeschleunigung) geht das Kraftststoffzumessystem in einen nicht-linearen Zustand über, in dem eine Polkompensation nicht mehr vollständig möglich ist.
• In der 4 ist nun ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Phasenanhebung bei gesteuerten Momentenanforderungen gezeigt, d. h. für Ereignisse, deren exakter Zeitpunkt durch die Motor-/Getriebesteuerung bestimmt werden kann wie bspw. die Aufschaltung eines Klimakompressors oder ein Schaltvorgang bei einem Automatikgetriebe. In solchen Fällen bietet sich eine Motorsteuerung gemäß dem in der 4 gezeigten Blockschaltbild an.
• Ein den Momentenverlust im Betrieb eines angenommenen Klimakompressors angebender Parameter ACC_trqLoss 305 (ACC = Automatic Clima Control) sowie ein vorgegebener Wert ,0.0' 300 werden mittels eines Schalters 310 wechselseitig an einen ersten Momentengeber 320 gegeben. Der Schalter 310 wird mit einem von einem ACC-Steuersignalgeber 315 gelieferten Schaltsignal ACC-swt beaufschlagt. Das Signal ACC_swt 315 sowie ein entsprechender Übertragungsbeiwert ACC_swtK1 325 werden über einen eine Ungleichprüfung durchführenden Funktionsblock 330 einem weiteren Funktionsblock ,IF' 335 zugeführt, wobei letzterer einem einfachen Entscheidungsblock(-baum) entspricht. Der ,IF'-Block 335 schaltet in Abhängigkeit von einer am Eingang anliegenden ,TRUE'- oder ,FALSE'-Bedingung jeweils einen der beiden Ausgangspfade, je nachdem ob die Eingangsbedingung ,TRUE' oder ,FALSE' ist.
• Das fahrerseitig geforderte Moment wird auf die phasenangehobenen Signalpfade aufgeschaltet. Der Momentenabgriff sowie die Anforderung im aktuellen Signalpfad Trq jedoch um eine Totzeit T_tot verzögert. Die Totzeit kann dabei unmittelbar aus der Motorzeitkonstanten T1_Mot, und zwar bspw. gemäß der Beziehung T_tot = 5·T1_Mot berechnet werden. Alternativ ist eine Berechnung der Totzeit T_tot auch aus der Motorzeitkonstanten T1_Mot sowie einer zulässigen Momentenabweichung beim Momentenabgriff möglich. Diese zulezt genannte Ausführungsform ist in der 9 illustriert. Dort gezeigt ist der zeitliche Verlauf einer ,ERROR'-Funktion, wobei bei einer Vergrößerung der zulässigen Momentenabweichung x das Ereignis der Sollwertanhebung zeitlich näher an dem Ereignis der Einschaltung der Klimaanlage zu liegen kommt.
• Die 5 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Phasenanhebung im Falle von nicht steuerbaren Ereignissen wie bspw. einer Ruckeldämpfung, d. h. im Falle von Ereignissen, deren exakter Zeitpunkt durch die Motor-/Getriebesteuerung nicht vorherbestimmt werden kann. In solchen Fällen bietet sich eine Motorsteuerung gemäß dem in der 5 gezeigten Blockschaltbild einer Phasenanhebung nach einem abklingenden Schleppzeigerprinzip an. Nach dem Schleppzeigerprinzip wird aufgrund einer Trägheit immer nur ein jeweiliger Maximalwert einer Motorsteuergröße angezeigt oder generiert.
• Bei einer Erhöhung auf dem Signalpfad Trq wird das Signal TrqPreMax ebenfalls angehoben, klingt dann aber langsamer ab. Damit wird der Vorhalt für die nächste Schwingung auf dem Trq-Pfad geleistet. Die Zeitkonstante für das Abklingen der Phasenanhebung richtet sich nach der zu erwartenden Regelgüte der Ruckeldämpfung.
• Alternativ zu dem gezeigten PT1-Glied kann der abklingende Schleppzeiger auch durch Verzögerungsglieder höherer Ordnung oder eine Rampe realisiert werden. Äquivalent zu der in der 5 gezeigten Anordnung wird der TrqPreMin-Pfad wieder durch ein Min-Glied erzeugt. Ein entsprechender Signalverlauf ist in der 6 gezeigt. Aus der 6 sind das hochfrequente Sollsignal sowie die Vorhaltepfade, welche die Hüllkurven für den hochfrequenten Signalverlauf darstellen, zu ersehen.
• Eine Verknüpfung von in der vorbeschriebenen Weise phasenangehobenen Signalpfaden, wie bspw. eine Addition oder Multiplikation, kann auf die gleiche Weise geschehen wie die des aktuellen Signals. Wenn z. B. eine Komponente mit ihrer aktuellen Momentenanforderung additiv in den Signalpfad eingreift, dann werden auch die phasenangehobenen Signale additiv auf die korrespondierenden Pfade aufgeschaltet. Wirkt der Eingriff einer Komponente als Begrenzung, dann gilt das auch für die phasenangehobenen Eingriffe.
• Unterliegt die aktuelle Momentenanforderung einer Filterung, bspw. im Falle eines aktiven Ruckeldämpfers, oder einer Abschaltung, bspw. einer Schubabschaltung mit einer Rampenfiunktion, so kann für das phasenangehobene Signal TrqPreMax eine Berechnung entsprechend dem in der 7 gezeigten Blockschaltbild erfolgen.
• Das phasenangehobene Ausgangssignal 805 wird aus dem Übertragungsverhalten des aktuellen Signalpfades ermittelt. Damit ist das Verfahren für allgemeine Übertragungsglieder anwendbar. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 wird das Minimum einer Offset-Berechnung und eines Quotienten aus Ausgang und Eingang des aktuellen Signals verwendet. Dadurch werden Singularitäten (Nenner = 0) vermieden und gleichzeitig eine Skalierung des Vorhalts auf die aktuelle Größe erzeugt. Im Besonderen werden damit bei einer Abschaltung des aktuellen Pfades auch die Vorhaltepfade null.
• Die Berechnung des Signals TrqPreMin erfolgt entsprechend.
• Im Falle von auf den aktuellen Signalpfad eingreifenden motorspezifischen Begrenzungen wie bspw. eine Rauchbegrenzung, verschiedener Begrenzungen aufgrund der Einhaltung eines λ-Wertes oder einer Brennbegrenzung bleiben die Vorhaltepfade davon unberührt. Die Vorhaltepfade dienen dazu, den Motor für andere Momentenanforderungen vorzubereiten, z. B. die Rauchgrenze rechtzeitig anzuheben.
• Das vorbeschriebene Verfahren sowie die in den Figuren gezeigten Blockschaltbilder können entweder in Form einer Schaltung in einem eigens dafür vorgesehenen Steuergerät oder in Form eines Steuercodes im Motorsteuergerät selbst implementiert werden. Eine solche Vorrichtung weist Steuer- oder Rechenmittel auf, mittels derer die vorbeschriebenen Steuerfunktionen und entsprechenden Verfahrensschritte durchgeführt werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mittels wenigstens einer das Verbrennungsverhalten der Brennkraftmaschine bestimmenden Führungsgröße, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Führungsgröße der Brennkraftmaschine mittels abstrahierter Signalpfade bestimmt wird, wobei wenigstens drei Signalpfade vorgesehen sind, und zwar ein eine aktuell geforderte Führungsgröße repräsentierender erster Pfad, ein dynamische Anforderungen für die Erhöhung der Führungsgröße repräsentierender zweiter Pfad und ein dynamische Anforderungen für die Erniedrigung der Führungsgröße repräsentierender dritter Pfad, wobei die dynamischen Anforderungen durch Phasenanhebung wenigstens zweier der wenigstens drei Signalpfade erzeugt werden, wobei die Applikation der phasenangehobenen Signalpfade unter Berücksichtigung der dynamischen Momentenerzeugung der Brennkraftmaschine erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abstrahierten Signalpfade als Differenz zu einem Sollwert gebildet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abstrahierten Signalpfade die gleiche physikalische Einheit aufweisen.
4. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeuges mittels wenigstens einer das Verbrennungsverhalten der Brennkraftmaschine bestimmenden Führungsgröße, mit abstrahierten Signalpfaden zur Bestimmung der wenigstens einen Führungsgröße der Brennkraftmaschine mit wenigstens drei Signalpfaden, und zwar ein eine aktuell geforderte Führungsgröße repräsentierender erster Pfad, ein dynamische Anforderungen für die Erhöhung der Führungsgröße repräsentierender zweiter Pfad und ein dynamische Anforderungen für die Erniedrigung der Führungsgröße repräsentierender dritter Pfad, wobei die dynamischen Anforderungen durch Phasenanhebung wenigstens zweier der wenigstens drei Signalpfade erzeugt werden, wobei die Applikation der phasenangehobenen Signalpfade unter Berücksichtigung der dynamischen Momentenerzeugung der Brennkraftmaschine erfolgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Mittel zur Phasenanhebung von Signalen mit relativ niedriger Frequenz.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch Mittel zur Durchführung einer Polkompensation von sich im wesentlichen sprunghaft ändernden Einzelereignissen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch Mittel zur Bereitstellung von Hüllkurven bei Signalen mit relativ hoher Frequenz.

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