DE102006000260A1 - Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Komponente - Google Patents

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Abstract

In einer Steuerungsvorrichtung für eine Maschine wird ein erforderlicher Generatorstrom (RGC) in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen elektrischer Lasten (19a, 19b) und eines Ladezustands einer Batterie (21) berechnet. Das erforderliche Generatorantriebsdrehmoment (RADT) wird entsprechend dem erforderlichen Generatorstrom (RGC) geschätzt. Ein erforderliches Maschinendrehmoment wird durch Addieren des erforderlichen Generatorantriebsdrehmoments (RADT) und des erforderlichen Fahzeugantriebsdrehmoments (RVDT) berechnet. Das Maschinendrehmoment, das bei der nächsten Berechnungszeit verwirklicht wird, wird unter Berücksichtigung einer Ansprechverzögerung der Maschine (11) geschätzt. Das Differenzdrehmoment zwischen dem geschätzten Maschinendrehmoment und dem erforderlichen Fahrzeugantriebsdrehmoment (RVDT) wird als ein Erlaubnisdrehmoment berechnet. Der Befehlsstrom entsprechend dem Erlaubnisdrehmoment wird berechnet. Der Steuerungsstrom des Generators (17) ist in der Weise gesteuert, dass ein Strom erzeugt wird entsprechend dem Befehlsstrom zu der nächsten Berechnungszeit.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für eine Maschine mit zumindest einer Komponente. Die Steuerungsvorrichtung steuert das Drehmoment der Komponenten.
  • Ein Fahrzeug umfasst sowohl eine Maschine als auch durch die Maschine angetriebene Komponenten. Ein Generator (Wechselstromgenerator, Lichtmaschine) ist eine der mittels der Maschine angetriebenen Komponenten. Wird somit ein größerer Betrag an elektrischer Energie durch den Generator erzeugt, wird das durch den Generator aufgenommene Drehmoment ebenfalls ansteigen, so dass ein Brennstoffverbrauch der Maschine ebenfalls ansteigt.
  • Die Druckschrift JP-2004-260 908 A (US-2004/0 164 616 A1) zeigt ein System, bei dem die Elektrizitätserzeugungskosten berechnet werden zum hauptsächlichen Erzeugen elektrischer Energie zu einer Zeit, zu der die Elektrizitätserzeugungskosten niedrig sind, so dass der Brennstoffverbrauch vermindert werden kann.
  • Erzeugt der Generator in verstärktem Maß elektrische Energie während einer kurzen Zeitdauer, dann wird das Maschinendrehmoment zum Antreiben des Generators schnell vergrößert. Da das Maschinendrehmoment auf der Basis einer Drosselposition (Position eines Drosselventils bzw. einer Drosselklappe), einer Brennstoffeinspritzmenge und einer Brennstoffeinspritzzeit gesteuert wird, tritt eine Ansprechverzögerung der Steuerung der Maschine auf, so dass das Maschinendrehmoment verzögert ansteigen wird. In der Folge wird zeitweilig das Drehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs abfallen und es wird ebenfalls zeitweilig die Maschinengeschwindigkeit (Maschinendrehzahl) abfallen. Somit wird die Fahrbarkeit des Fahrzeugs verschlechtert und es kann eine erforderliche Elektrizitätserzeugung kaum bereitgestellt werden.
  • Das vorstehend angegebene Problem kann ebenfalls in Verbindung mit einem Kompressor für eine Klimaanlage auftreten, wobei die Klimaanlage ebenfalls eine der Komponenten sein kann. Wird der Kompressor gestartet, dann kann die Maschinendrehzahl zeitweilig abfallen.
    •
  • Die vorliegende Erfindung entstand im Hinblick auf die vorstehend angegebenen Sachverhalte, und es liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Änderung (Fluktuation) in der Maschinendrehzahl in Folge einer Vergrößerung bzw. Verminderung des Antriebsdrehmoments der Komponenten zu beschränken.
  • Gemäß einer Steuerungsvorrichtung (Controller) der vorliegenden Erfindung berechnet eine Komponentenantriebdrehmoment-Berechnungseinrichtung ein Komponentenantriebsdrehmoment, das erforderlich ist zum Erreichen einer Funktion der Komponente, passt eine Maschinensteuerungseinrichtung ein Maschinendrehmoment entsprechend dem Komponentenantriebsdrehmoment an, und steuert eine Komponentensteuerungseinrichtung die Komponente mit einer Verzögerung unter Berücksichtigung einer Verzögerung des Ansprechverhaltens des Maschinendrehmoments.
  • Die vorstehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Figuren deutlich, in denen gleichartige Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind.
    •
  • Es zeigen:
  • 1 ein schematisches Blockschaltbild zur Veranschaulichung eines Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
  • 2 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Steuerungsfunktion,
  • 3 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung von Abläufen eines Steuerungsprogramms, und
  • 4 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Steuerungsablaufs.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die bei einer kooperativen Steuerung einer Maschine und eines Generators verwendet wird, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
  • Die 1 und 2 zeigen schematische Aufbauten eines Systems, das nachstehend im Einzelnen beschrieben wird. Eine Maschine 11 umfasst elektrische Einrichtungen bezügliche eines Ansaugluftsystems, eines Brennstoffeinspritzsystems und eines Zündsystems. Eine Maschinensteuerungseinrichtung (Maschinencontroller) 13 in einer Steuerungsvorrichtung 12 steuert jede elektrische Einrichtung. Gemäß der Darstellung in 2 umfasst die Maschinensteuerungseinrichtung 13 eine Maschinensteuerungseinheit 13a sowie ein Maschinenmodell 13b zur Berechnung eines Erlaubnisdrehmoments. Die Maschinensteuerungseinheit 13a steuert eine Drosselposition (Drosselventilposition bzw. Drosselklappenposition), eine Brennstoffeinspritzmenge, eine Zündzeit und dergleichen. Die Steuerungsvorrichtung umfasst eine Fahrzeugsteuerungseinrichtung 14, eine Generatorsteuerungseinrichtung 15, eine Leistungsquellensteuerungseinrichtung 16, wobei jede dieser Einrichtungen miteinander über entsprechende Signalleitungen verbunden ist.
  • Die Fahrzeugsteuerungseinrichtung 14 berechnet ein Maschinendrehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs, und sendet dieses zu der Maschinensteuerungseinrichtung 13. Das Maschinendrehmoment wird in diesem Zusammenhang als ein erforderliches Maschinenantriebsdrehmoment (requiredvehicle-drive-torque, RVDT) bezeichnet.
  • Die Generatorsteuerungseinrichtung 15 steuert den Strom, der mittels eines Generators 17 (Lichtmaschine, Wechselstromgenerator, Alternator) erzeugt wird, auf der Basis des von der Maschinensteuerungseinrichtung 13 übertragenen Erlaubnisdrehmoments. Die Generatorsteuerungseinrichtung 15 umfasst eine Generatorsteuerungseinheit 15a, ein Generatormodell 15b sowie ein inverses Modell 15c zur Berechnung eines Generatorantriebsdrehmoments (alternator drive torque, ADT).
  • Die Leistungsquellensteuerungseinrichtung ist elektrisch mit der Generatorsteuerungseinrichtung 15 sowie mit Laststeuerungseinrichtungen 20a und 20b verbunden. Die Laststeuerungseinrichtungen 20a und 20b steuern elektrische Lasten 19a und 19b. Die Leistungsquellensteuerungseinrichtung 16 erfasst die Betriebsbedingungen der elektrischen Lasten 19a und 19b (den aufgenommenen Strom bzw. die Stromaufnahme) sowie eine Änderung der Bedingung einer Batterie 21, zur Berechnung eines erzeugten Stroms, der von dem Generator 17 verlangt wird. Dieser erzeugte Strom wird als erforderlicher Generatorstrom (required generate current, RGC) bezeichnet.
  • Diese Steuerungseinrichtungen 13 bis 16 können jeweils mittels eines eigenen Mikrocomputers (elektronische Steuerungseinheit, ECU) oder mittels eines einzigen Mikrocomputers (elektronische Steuerungseinheit, ECU) gebildet werden.
  • Gemäß einem in 3 gezeigten Ablaufdiagramm werden mittels der Steuerungseinrichtungen 13 bis 16 zu verarbeitende bzw. mittels dieser Steuerungseinrichtungen 13 bis 16 durchzuführende Abläufe näher beschrieben. Ein in 3 gezeigtes Steuerprogramm wird entsprechend regelmäßiger Zeitintervalle (von beispielsweise 8 μsec) verarbeitet, während die Maschine 11 angetrieben bzw. betrieben wird. In Schritt 101 berechnet die Maschinensteuerungseinrichtung 13 ein Drehmoment, das verwendet werden kann zum Antreiben des Generators 17 durch Subtrahieren des erforderlichen Maschinenantriebsdrehmoments (RVDT) und eines vorbestimmten Spielraums (Sicherheitsreserve, Margin) von einem maximalen Maschinendrehmoment. Dieses berechnete Drehmoment wird als ein Zuführungsdrehmoment bezeichnet. Die Maschinensteuerungseinrichtung 13 sendet ein Signal zur Angabe des Zuführungsdrehmoments zu der Generatorsteuerungseinrichtung 15. Der vorbestimmte Spielraum ist ein Extradrehmoment, das einer plötzlichen Fahrzeugbeschleunigungsanforderung entspricht. Die Fahrzeugsteuerungseinrichtung 14 berechnet das erforderliche Fahrzeugantriebsdrehmoment (RVDT).
  • In einem Schritt 102 gibt die Generatorsteuerungseinrichtung 15 das Zuführungsdrehmoment in das inverse Modell 15c zur Berechnung des Stroms ein, den der Generator erzeugen kann. Dieser Strom wird als ein Generatorerzeugungsstrom (AG-Strom) bezeichnet. Die Generatorsteuerungseinrichtung 14 sendet ein Signal zur Angabe des AG-Stroms zu der Leistungsquellensteuerungseinrichtung 16. Das inverse Modell 15c ist ein inverses Modell des Generatormodells 15b, das einen erzeugten Strom unter Verwendung von Parametern, wie des Zuführungsdrehmoments, einer Drehzahl des Generators 17 (oder einen Maschinendrehzahl), und einer Busspannung der Leistungsversorgung berechnet.
  • Im Schritt 103 berechnet die Leistungsquellensteuerungseinrichtung 16 den erforderlichen Generatorstrom (RGC) der innerhalb des AG-Stroms liegt, auf der Basis der Stromaufnahme der elektrischen Lasten 19a und 19b und der Ladebedingung der Batterie 21. Die Leistungsquellensteuerungseinrichtung 16 sendet ein Signal zur Angabe des erforderlichen Generatorstroms (RGC) zu der Generatorsteuerungseinrichtung 15.
  • In einem Schritt 104 berechnet die Generatorsteuerungseinrichtung 15 das Generatorantriebsdrehmoment (ADT), das erforderlich ist zum Antreiben des Generators 17 entsprechend des erforderlichen Generatorstroms (RGC) unter Verwendung des Generatormodells 15b. Dieses berechnete Generatorantriebsdrehmoment (ADT) wird als ein erforderliches Generatorantriebsdrehmoment (RADT, required alternator drive torque) bezeichnet. Die Generatorsteuerungseinrichtung 15 sendet ein Signal zur Angabe des erforderlichen Generatorantriebsdrehmoments (RADT) zur Maschinensteuerungseinrichtung 13. Das Generatormodell 15 ist ein Modell, das das Generatorantriebsdrehmoment (ADT) unter Verwendung von Parametern berechnet, wie dem erforderlichen Generatorstrom (RGC), der Drehzahl des Generators 17 (oder einer Maschinendrehzahl), und der Busspannung der Leistungsversorgung.
  • In einem Schritt 105 berechnet die Maschinensteuerungseinrichtung 13 die Summe des erforderlichen Generatorantriebsdrehmoments (RADT) und des erforderlichen Fahrzeugantriebsdrehmoments (RVDT) zum Erhalten des erforderlichen Maschinendrehmoments (required engine torque, RET).
  • In Schritt 106 berechnet die Maschinensteuerungseinrichtung 13 Steuerungswerte, wie die Drosselposition, die Brennstoffeinspritzmenge und die Zündzeit. Die Maschine 11 wird auf der Basis der Steuerungswerte zur Erzeugung des erforderlichen Maschinendrehmoments gesteuert.
  • In einem Schritt 107 gibt die Maschinensteuerungseinrichtung 13 das erforderliche Maschinendrehmoment in das Maschinenmodell 13b ein zum Schätzen eines Maschinendrehmoments, das nach einer vorbestimmten Berechnungszeit realisierbar ist. Die Maschinensteuerungseinrichtung 13 berechnet das Erlaubnisdrehmoment, das ein Differenzdrehmoment ist, zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem erforderlichen Fahrzeugantriebsdrehmoment (RVDT). In einem Schritt 108 sendet die Maschinensteuerungseinrichtung 13 ein Signal zur Angabe des Erlaubnisdrehmoments zu der Generatorsteuerungseinrichtung 15.
  • In einem Schritt 109 berechnet die Generatorsteuerungseinrichtung 15 einen Befehlsstrom entsprechend des Erlaubnisdrehmoments unter Verwendung des inversen Generatormodells. In einem Schritt 110 wird ein Steuerungsstrom (Feldstrom) in der Weise gesteuert, dass der Generator 17 den Befehlsstrom nach einer vorbestimmten Berechnungszeit erzeugt.
  • Unter Bezugnahme auf ein Zeitdiagramm gemäß der Darstellung in 4 werden die Arbeitsweise und die Wirkung des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben. Gemäß 4 wird der erforderliche Generatorstrom (RGC) schrittweise bei einer Zeit t0 vergrößert.
  • Wird in einem bekannten System der erforderliche Generatorstrom (RGC) schrittweise bei einer Zeit t0 vergrößert, dann wird ein tatsächlicher Generatorstrom (Ausgangsstrom des Generators 17) ohne jegliche Verzögerung schnell vergrößert. Das Maschinendrehmoment wird jedoch mit einiger Verzögerung ebenfalls vergrößert. Wird somit das Generatorantriebsdrehmoment (ADT) schnell vergrößert, dann weist das Maschinendrehmoment eine Verzögerung auf. Das Fahrzeugantriebsdrehmoment und die Maschinendrehzahl (Maschinengeschwindigkeit) Ne werden zeitweilig abfallen, wobei der erforderliche Generatorstrom (RGC) kaum erhalten werden kann.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der erforderliche Generatorstrom (RGC) in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der elektrischen Lasten 19a und 19b sowie einer Aufladebedingung der Batterie 21 berechnet. Das erforderliche Generatorantriebsdrehmoment (RADT) wird zum Antreiben des Generators 17 in Abhängigkeit von dem erforderlichen Generatorstrom (RGC) geschätzt. Das erforderliche Maschinendrehmoment wird durch Addieren des erforderlichen Generatorantriebsdrehmoments (RADT) und des erforderlichen Fahrzeugantriebsdrehmoments (RVDT) berechnet. Die Maschine 11 wird auf der Basis des erforderlichen Maschinendrehmoments angetrieben. Das Maschinendrehmoment, das zur nächsten Berechnungszeit verwirklicht wird, wird auf der Basis der Ansprechverzögerung der Maschine 11 geschätzt. Das Differenzdrehmoment zwischen dem geschätzten Maschinendrehmoment und dem erforderlichen Fahrzeugantriebsdrehmoment (RVDT) wird als das Erlaubnisdrehmoment berechnet. Der dem Erlaubnisdrehmoment entsprechende Befehlsstrom wird berechnet. Der Steuerungsstrom (Feldstrom) des Generators 17 wird in der Weise gesteuert, dass ein Strom entsprechend dem Befehlsstrom bei der nächsten Berechnungszeit erzeugt bzw. generiert wird. Auf diese Weise sind Änderungen des tatsächlichen Generatorantriebsdrehmoments und Änderungen des tatsächlichen Maschinendrehmoments miteinander synchronisiert, so dass die Fluktuation des Fahrzeugantriebsdrehmoments (die Fluktuation der Maschinendrehzahl) beschränkt ist.
  • Die Maschinensteuerungseinrichtung 13 berechnet das Drehmoment, das zum Antreiben des Generators 17 verwendet werden kann, durch Subtrahieren des erforderlichen Maschinenantriebsdrehmoments (RVDT) und eines vorbestimmten Spielraums von einem maximalen Maschinendrehmoment. Der durch den Generator zu erzeugende Strom wird auf der Basis des Drehmoments berechnet, das für den Antrieb des Generators 17 verwendet werden kann. Die Leistungsquellensteuerungs-einrichtung 16 berechnet den erforderlichen Generator-strom (RGC), der innerhalb des Stroms liegt, den der Generator erzeugen kann. Daher ist die Fluktuation des Fahrzeugantriebsdrehmoments (der Maschinendrehzahl) in Folge der Fluktuation des Generatorantriebsdrehmoments (ADT) ohne Verschlechterung der Beschleunigungsansprech-fähigkeit des Fahrzeugs beschränkt.
  • Das vorstehend beschriebene System kann in gleicher Weise bei einem Kompressor für eine Klimaanlage verwendet werden.
  • Ein erforderlicher Generatorstrom (RGC) wird in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen elektrischer Lasten (19a, 19b) und eines Ladezustands einer Batterie (21) berechnet. Das erforderliche Generatorantriebsdrehmoment (RADT) wird entsprechend dem erforderlichen Generatorstrom (RGC) geschätzt. Ein erforderliches Maschinendrehmoment wird durch Addieren des erforderlichen Generatorantriebsdrehmoments (RADT) und des erforderlichen Fahrzeugantriebsdrehmoments (RVDT) berechnet. Das Maschinendrehmoment, das bei der nächsten Berechnungszeit verwirklicht wird, wird unter Berücksichtigung einer Ansprechverzögerung der Maschine (11) geschätzt. Das Differenzdrehmoment zwischen dem geschätzten Maschinendrehmoment und dem erforderlichen Fahrzeugantriebsdrehmoments (RVDT) wird als ein Erlaubnisdrehmoment berechnet. Der Befehlsstrom entsprechend dem Erlaubnisdrehmoment wird berechnet. Der Steuerungsstrom des Generators (17) ist in der Weise gesteuert, dass ein Strom erzeugt wird entsprechend dem Befehlsstrom zu der nächsten Berechnungszeit.

Claims (6)

  1. Steuerungsvorrichtung für eine Maschine (11) zum Antreiben eines Fahrzeugs und mit zumindest einer Komponente (17), wobei die Komponente (17) mittels eines Ausgangsdrehmoments der Maschine (11) angetrieben wird, mit: einer Komponentenantriebsdrehmoment-Berechnungseinrichtung (15) zur Berechnung eines Komponentenantriebdrehmoments, das erforderlich ist zum Erzielen der Funktion der Komponente (17), einer Maschinensteuerungseinrichtung (13) zum Anpassen eines Maschinendrehmoments, das das Ausgangsdrehmoment der Maschine (11) bezeichnet, in Abhängigkeit von den Komponentenantriebsdrehmoment, und einer Komponentensteuerungseinrichtung (15) zur Steuerung der Komponente mit einer Verzögerung unter Berücksichtigung einer Ansprechverzögerung des Maschinendrehmoments.
  2. Steuerungsvorrichtung für eine Maschine nach Anspruch 1, wobei die Komponente (17) ein Generator (17) ist, der mittels des Maschinendrehmoments angetrieben wird, und wobei die Komponentensteuerungseinrichtung (15) eine Generatorsteuerungseinrichtung (15) zum Steuern eines mittels des Generators (17) erzeugten Stroms ist.
  3. Steuerungsvorrichtung für eine Maschine nach Anspruch 2, ferner mit: einer Generatorstromberechnungseinrichtung (16) zur Berechnung eines erforderlichen Generatorstroms, der von dem Generator (17) gefordert wird, auf der Basis einer Betriebsbedingung einer elektrischen Last (19a, 19b) und eines Ladezustands einer Batterie (21), wobei die Komponentenantriebsdrehmoment-Berechnungseinrichtung (15) eine Einrichtung ist zum Schätzen eines Generatorantriebsdrehmoments, das erforderlich ist zum Antreiben des Generators (17) entsprechend des erforderlichen Generatorstroms.
  4. Steuerungsvorrichtung für eine Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Maschinensteuerungseinrichtung (13) ein Zuführungsdrehmoment berechnet, das verwendet werden kann zum Antreiben der Komponente (17), durch Subtrahieren eines Fahrzeugantriebsdrehmoments und eines Spielraums von einem maximalen Maschinendrehmoment, und die Komponentenantriebsdrehmoment-Berechnungseinrichtung (15) das Komponentenantriebsdrehmoment innerhalb eines Bereichs des Drehmoments berechnet, das zum Antreiben der Komponente (17) verwendet werden kann.
  5. Steuerungsvorrichtung für eine Maschine nach Anspruch 3, wobei die Maschinensteuerungseinrichtung (13) ein Zuführungsdrehmoment berechnet, das zum Antreiben der Komponente (17) verwendet werden kann, durch Subtrahieren eines Fahrzeugantriebsdrehmoments und eines Spielraums von einem maximalen Maschinendrehmoment, die Generatorsteuerungseinrichtung (15) einen Strom berechnet, den der Generator (17) erzeugen kann, auf der Basis eines Zuführungsdrehmoments, das zum Antreiben der Komponente (17) verwendet werden kann, und die Generatorstromberechnungseinrichtung (15) den erforderlichen Generatorstrom innerhalb eines Bereichs des Stroms berechnet, den der Generator (17) erzeugen kann.
  6. Steuerungsvorrichtung für eine Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Maschinensteuerungseinrichtung (13) die Maschine (11) auf der Basis eines erforderlichen Maschinendrehmoments steuert, das eine Summe aus dem Komponentenantriebsdrehmoment und einem zum Antreiben des Fahrzeugs erforderlichen Fahrzeugantriebsdrehmoment ist, die Maschinensteuerungseinrichtung (13) das Maschinendrehmoment, das nach einer vorbestimmten Berechnungszeit verwirklicht werden kann, unter Berücksichtigung einer Verzögerung des Ansprechens der Maschine (11) schätzt, die Maschinensteuerungseinrichtung (13) ein Differenzdrehmoment zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem Fahrzeugantriebsdrehmoment zum Erhalten eines Erlaubnisdrehmoments berechnet, und die Komponentensteuerungseinrichtung (15) ein Antriebsdrehmoment der Komponente auf der Basis des Erlaubnisdrehmoments berechnet.
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