DE102007031582A1

DE102007031582A1 - Drehzahlsteuerung eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102007031582A1
Application number: DE200710031582
Authority: DE
Inventors: Oliver Kirmess; Helmut Oswald; Thomas Schlotthauer; Uwe Steinmann
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2009-01-08

Abstract

Die Drehzahl eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug mit Servolenkung wird geregelt durch die Schritte:
a) Überwachen des Dehmomentbedarfs der Servolenkung (S1', S2');
b) wenn durch die Überwachung ein eventuell bevorstehender nichtverschwindender Drehmomentbedarf der Servolenkung festgestellt wird, Erhöhen (S2, S3') der dem Verbrennungsmotor (1) zugeführten Luftmenge,
c) mit der Erhöhung der Luftmenge Verschieben des Zündwinkels in Richtung einer Verringerung des Drehmoments des Verbrennungsmotors (S2, S3'), und
d) wenigstens teilweises Rückgängigmachen der Verschiebung (S6), wenn eine Abnahme der Drehzahl erfasst wird (S5).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug mit Servolenkung.
Bei Kraftfahrzeugen mit hydraulischer Servolenkung treibt in aller Regel der Verbrennungsmotor eine Pumpe der Servolenkung an. Wenn das Lenkrad gedreht wird, unterstützt diese Pumpe die Lenkbewegung und nimmt hierfür ein entsprechendes Drehmoment bzw. Leistung vom Motor ab. Die für die Servolenkung benötigte Leistung hängt von einer Vielzahl von Parametern ab, die mit dem Aufbau des Lenkmechanismus zusammenhängen, der eine Lenkkraft vom Lenkrad auf die Räder überträgt, aber auch von Eigenschaften der Räder selbst, wie etwa Profiltiefe und Luftdruck, vom Fahrbahnbelag, von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Geschwindigkeit der Lenkbewegung. Diese Leistung ist generell bei stehendem Fahrzeug, leer laufendem Motor und maximalem Lenkeinschlag am größten; gleichzeitig sind in diesem Zustand durch die Servolenkung verursachte Schwankungen der Motordrehzahl für den Fahrer am deutlichsten wahrnehmbar. Unter ungünstigen Umständen können die Drehzahlschwankungen so groß werden, dass der Motor ausgeht.
Um diesem Problem zu begegnen, wurde in EP 0 940 572 A2 ein Verfahren zum Regeln der Drehzahl eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen. Die Überwachung des Drehmomentbedarfs erfolgt mit Hilfe diverser Sensoren wie etwa einem Lenkrad-Winkelsensor, einem Lenkrad-Drehmomentsensor etc., und eines mathematischen Modells, das eine quantitative Berechnung eines Drehmoments ermöglicht, welches die Servolenkung benötigt, um die durch Messwerte der Sensoren charakterisierte Lenkbewegung auszuführen. Das zum Antreiben der Servolenkung benötigte Drehmoment wird bereitgestellt, indem durch Öffnen eines Bypass-Drosselventils im Bedarfsfall der Luftdurchsatz des Motors erhöht wird.
Die Anpassung der Stellung des Bypass-Drosselventils an den Drehmomentbedarf sollte vorteilhafterweise kurz vor dem tatsächlichen Eintreten des Drehmomentbedarfs erfolgen, da eine Änderung der Drosselventilstellung sich erst mit Verzögerung, wenn eine aufgrund der vergrößerten Öffnung des Ventils vergrößerte Gemischmenge in den Verbrennungsmotor eingesogen und verbrannt wird, auf die Drehzahl auswirken kann.
Das zur Berechnung des Drehmomentbedarfs verwendete mathematische Modell ist notwendigerweise spezifisch für einen Fahrzeugtyp, an welchem das bekannte Verfahren angewendet wird. Für jeden neuen Motortyp muss die Abstimmung des mathematischen Modells angepasst bzw. überprüft werden. Die Wirksamkeit des Verfahrens hängt kritisch von der Qualität des mathematischen Modells ab. Die quantitative Berechnung des Drehmomentbedarfs erfordert einen erheblichen Rechenaufwand.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zum Regeln der Drehzahl eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug mit Servolenkung anzugeben, das es erlaubt, die Drehzahl auch bei schwankenden Drehmomentanforderungen der Servolenkung in einem engen Toleranzbereich zu halten, ohne hierfür ein aufwändiges quantitatives mathematisches Modell zu benötigen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren mit den Schritten

a) Überwachen des Drehmomentbedarfs der Servolenkung
b) wenn durch die Überwachung ein eventuell bevorstehender nicht verschwindender Drehmomentbedarf der Servolenkung festgestellt wird, Erhöhen der dem Verbrennungsmotor zugeführten Luftmenge;
c) mit der Erhöhung der Luftmenge Verschieben des Zündwinkels des Verbrennungsmotors in Richtung einer Verringerung von dessen Drehmoment und
d) wenigstens teilweise Rückgängigmachen der Verschiebung, wenn eine Abnahme der Drehzahl erfasst wird.

Die Verschiebung des Zündwinkels vor dem tatsächlichen Eintreten des Drehmomentbedarfs wirkt einer unerwünschten Drehzahlsteigerung entgegen. Die Verschiebung des Zündwinkels in Gegenrichtung, wenn das Drehmoment tatsächlich von der Servolenkung abgenommen wird – erkennbar an einem Abfall der Motordrehzahl z. B. unter die Solldrehzahl – erlaubt es, auf den Einfluss der Servolenkung praktisch verzögerungsfrei zu reagieren, denn die Zündwinkelverschiebung ermöglicht es, die aus einer gegebenen Zylinderfüllung gewonnene Arbeitsmenge zu variieren. Das heißt, es kann im Bedarfsfall die Leistung des Verbrennungsmotors extrem schnell erhöht werden, ohne die Luftmenge nachregeln zu müssen.
Um in Schritt c) das Drehmoment zu verringern, wird der Zündwinkel vorzugsweise gegenüber einem optimalen Zündzeitpunkt, bei dem aus einer gegebenen Zylinderfüllung die größtmögliche Arbeit gewonnen wird, verzögert, und in Schritt d) wird der Zündwinkel vorverlegt, um die aus einer Zylinderfüllung gewonnene Arbeit zu vergrößern.
Die Überwachung des Drehmomentbedarfs erfolgt einer einfachen Ausgestaltung zufolge durch Überwachen der Drehwinkelstellung und eventuell der Drehgeschwindigkeit des Lenkrades. Hierfür wird lediglich ein Lenkradwinkelsensor benötigt, wie er bei Fahrzeugen mit einem elektronischen Stabilisierungsprogramm (ESP) gebräuchlich ist. Die Erfindung ist daher bei einem solchen Fahrzeug mit minimalem Kostenaufwand realisierbar.
Die erfasste Drehwinkelstellung kann in unterschiedlicher Weise genutzt werden.
Zum einen kann allein aus der Tatsache, dass sich der Drehwinkel ändert, auf den erhöhten Drehmomentbedarf zum Nachführen der gelenkten Räder geschlossen werden. Hierfür genügt als Winkelsensor ein inkrementeller Geber, d. h. es reicht aus, wenn der Winkelsensor eine Änderung des Lenkwinkels anzeigt; eine absolute Erfassung der Drehstellung des Lenkrades ist nicht erforderlich.
Zum anderen kann erhöhter Drehmomentbedarf angenommen werden, wenn erfasst wird, dass sich das Lenkrad – und mit ihm die gelenkten Räder – einer Anschlagstellung nähert. Wenn die Räder eine Anschlagstellung erreichen, steigt der Drehmomentbedarf der Servolenkung stark an, da sie gegen ein unüberwindliches Hindernis anzuarbeiten hat. In dieser Situation ist es besonders wichtig, die Leistungsreserve des Verbrennungsmotors zu erhöhen, um ein Absacken der Drehzahl zu verhindern, die Kompensation ist aber auch besonders einfach, da der Drehmomentbedarf der Servolenkung in dieser Situation nur durch deren Bauart und nicht durch a priori unbekannte äußere Einflüsse wie Fahrerverhalten, Fahrbahneigenschaften etc. bestimmt ist.
Um die Annäherung des Lenkrades an die Anschlagstellung zu erkennen, kann ein Winkelsensor vorgesehen werden, der absolute Winkelwerte liefert. Diese müssen dann lediglich noch mit den bekannten, der Anschlagstellung des Lenkrades verglichen werden, um eine Annäherung an eine Anschlagstellung zu erkennen. Das gleiche Ergebnis ist aber auch mit einem inkrementellen Geber als Winkelsensor erreichbar: Ein Prozessor, der die je nach Drehrichtung positiven und negativen Inkrementwerte vom Winkelsensor empfängt, zu einem Winkelwert aufaddiert und die dabei auftretenden Extremwerte dieses Winkelwerts überwacht, kann immer dann, wenn der aktuelle Winkelwert sich einem der Extremwerte nähert, eine Annäherung an eine Anschlagstellung feststellen.
Das Ausmaß der Rückverschiebung in Schritt d) wird vorzugsweise in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der erfassten Drehzahl und einem Sollwert gewählt, um die Solldrehzahl in einer möglichst kurzen, vom Drehmomentbedarf der Servolenkung im Wesentlichen unabhängigen Zeit wieder herzustellen.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Steuergerät für einen Verbrennungsmotor zur Durchführung des Verfahrens wie oben beschrieben.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs, an dem das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist;
2 ein Flussdiagramm einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 ein Flussdiagramm einer vereinfachten Variante des Verfahrens von 2; und
4 ein Flussdiagramm einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
5 ein Flussdiagramm einer dritten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor 1, der über ein der Übersichtlichkeit halber nicht dargestelltes Schaltgetriebe Räder 2 antreibt. Der Verbrennungsmotor 1 treibt ferner eine Pumpe 3 für ein Hydraulikfluid an. Ein Ventilblock 4 ist verbunden mit einem Druckausgang der Pumpe 3, mit einem an einen Saugeingang der Pumpe 3 angeschlossenen Reservoir 5 für das Hydraulikfluid sowie mit Kammern 6, 7 eines doppelt wirkenden Hydraulikzylinders 8. Eine Kolbenstange 9 des Hydraulikzylinders 8 wirkt unterstützend zu der von einem Fahrer über ein Lenkrad 10 ausgeübten Kraft auf eine Spurstange 11 ein, die den Einschlagwinkel der lenkbaren vorderen Räder 2 des Fahrzeugs bestimmt.
Der Ventilblock 4 ist gesteuert durch einen elektronischen Signalprozessor 12 in Abhängigkeit von Messsignalen diverser Sensoren. In der Figur dargestellt sind ein Drehmomentsensor 13 zur Erfassung des. auf das Lenkrad 10 ausgeübten Drehmoments, ein Winkelsensor 14 zur Erfassung der Drehstellung des Lenkrades 10 sowie ein Drehzahlsensor 15 an der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors 1. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, können je Ausgestaltung des von dem Signalprozessor 12 ausgeführten Steuerverfahrens einzelne dieser Sensoren entfallen.
Der Signalprozessor 12 ist ferner eingerichtet, die Frischluftzufuhr zum Verbrennungsmotor 1 über einen Verteiler 17 zu beeinflussen. Dies kann, wie in der Figur dargestellt, mit Hilfe einer einzelnen Drosselklappe 16 geschehen, deren Stellung im Wesentlichen durch das Fahrpedal steuerbar ist, oder es kann, wie in EP 0 940 572 A2 beschrieben, eine Umgehungs-Drosselklappe vorgesehen sein, die von dem Signalprozessor 12 gesteuert ist, während das Fahrpedal einer hierzu parallel geschaltete Haupt-Drosselklappe steuert.
Die 2 bis 5 zeigen verschiedene Ausgestaltungen eines Verfahrens, das der Signalprozessor 12 in einer Endlosschleife abarbeitet, wenn sich der Verbrennungsmotor 1 im Leerlauf befindet.
In einem ersten Verfahrensschritt S1 des Verfahrens der 2 überprüft der Signalprozessor 12 anhand eines vom Winkelsensor 14 gelieferten absoluten Winkelwerts, ob sich das Lenkrad an einer Anschlagstellung befindet. Wenn ja, so ist davon auszugehen, dass in Kürze auch die lenkbaren Räder 2 eine entsprechende Anschlagstellung erreichen werden, in der sich die Kolbenstange 9 unter dem Druck des von der Pumpe 3 in die Kammer 6 oder 7 gepumpten Hydraulikfluids nicht weiter verschieben kann. Sobald dies geschieht, steigt der Widerstand, gegen den die Pumpe 3 anarbeitet, und dementsprechend auch ihr Drehmomentbedarf, abrupt auf einen durch die Konstruktion des Fahrzeugs festgelegten Maximalwert an. Rechtzeitig bevor dies geschieht, stellt der Signalprozessor 12 in Schritt S2 an der Drosselklappe 16 eine vorgegebene Luftmenge LM1 ein, die größer ist als eine Luftmenge LM0, die bei unbetätigtem Lenkrad eingestellt würde. Gleichzeitig stellt der Signalprozessor 12 am Motor 1 den Zündwinkel φ auf einen Wert φ1 ein, der in einem Bereich von 15 bis 10° vor dem oberen Totpunkt der Zylinder des Motors liegt, während der Zündwinkel φ0, der bei unbetätigtem Lenkrad eingestellt würde, in einem Bereich von 25 bis 20° vor dem oberen Totpunkt liegt. Die Zündwinkelverschiebung verschlechtert den Wirkungsgrad des Motors so weit, dass das Drehmoment des Motors das gleiche bleibt wie im Falle der Luftmenge LM0 und des Zündwinkels φ0. Auf diese Weise wird eine Drehmomentreserve geschaffen, die durch Optimieren des Zündwinkels bei Bedarf in kürzester Zeit mobilisierbar ist. Anschließend geht das Verfahren über zu Schritt S5.
Wenn hingegen in Schritt S1 festgestellt wird, dass das Lenkrad sich nicht in einer Anschlagstellung befindet, erfasst der Signalprozessor 12 in Schritt S3 das auf das Lenkrad 10 von einem Fahrer ausgeübte Drehmoment T mit Hilfe des Drehmomentsensors 13. Wenn das Lenkrad unbetätigt ist, das heißt, das erfasste Drehmoment T = 0 ist, wird in Schritt S4 die Luftmenge auf den bereits erwähnten Minimalwert LM0 und der Zündwinkel φ auf den Wert φ0 eingestellt. In diesem Fall fließt das Hydraulikfluid von der Pumpe 3 durch den Ventilblock 4 direkt in das Reservoir 5 zurück, ohne dass an dem Hydraulikzylinder 8 Arbeit verrichtet wird; folglich ist der Drehmomentbedarf der Pumpe 3 minimal.
Wenn hingegen ein nicht verschwindendes Drehmoment T erfasst wird, steuert der Signalprozessor 12 den Ventilblock 4 an, um einen zu dem Drehmoment proportionalen Strom an Hydraulikfluid in eine der Kammern 6 oder 7 zu lenken. In diesem Fall steigt der Drehmomentbedarf der Pumpe 3, bleibt aber kleiner als in dem oben betrachteten Fall, dass die lenkbaren Räder 2 ihre Anschlagstellung erreichen. In diesem Fall wird daher eine Luftmenge LM eingestellt, die um einen vom Drehmoment T abhängigen Zuschlagterm ΔLM(|T|) größer ist als die Mindestluftmenge LM0, und der Zündwinkel φ wird drehmomentabhängig auf ei nen solchen Wert φ0 + Δφ(|T|) verstellt, dass aus der Vergrößerung der. Luftmenge noch keine Vergrößerung des Drehmoments des Motors: resultiert.
Erst im darauf folgenden Schritt S5 prüft der Signalprozessor 12, ob die vom Drehzahlsensor 15 erfasste Drehzahl ω des Verbrennungsmotors einen Toleranzbereich um den Sollwert ω_soll verlassen hat. Wenn dies nicht der Fall ist obwohl zuvor das Lenkrad am Anschlag gefunden wurde oder ein nichtverschwindendes Drehmoment T gemessen wurde, so bedeutet dies, dass eine aufgrund der gemessenen Lenkradstellung oder des auf das Lenkrad wirkenden Drehmoments erwartete Belastung der Pumpe 3 noch nicht eingesetzt hat, und das Verfahren kehrt zu Schritt S1 zurück.
Wird hingegen in Schritt S5 eine Unterschreitung des Drehzahl-Sollwertes festgestellt, so wird in Schritt S6 der Zündwinkel φ um einen Betrag δφ (ω–ω_soll) vorverlegt, um den Wirkungsgrad des Motors zu verbessern. Dieser Betrag ist als eine für den Motor spezifische, mit dem Ausmaß der Abweichung (ω–ω_soll) zunehmende Funktion so vorgegeben, dass der aus der Verschiebung des Zündwinkels resultierende Zuwachs an Drehmoment genau ausreichen sollte, um die Abweichung (ω–ω_soll) zu kompensieren. Die Verschiebung des Zündwinkels φ erlaubt es, die Ausbeute an Arbeit zu vergrößern, die aus der Menge an Gemisch gewonnen wird, die sich zu dem Zeitpunkt, an dem die Abweichung erfasst wird, bereits im Zylinder befindet. Wenn stattdessen zum Zeitpunkt der Erfassung einer Abweichung die die Drosselklappe nachgeführt würde, so würde es wenigstens eine Motorumdrehung lang dauern, bis sich die Drosselklappenkorrektur in einer vergrößerten Luftmenge im Zylinder und einer entsprechenden Vergrößerung des Motormoments widerspiegelt. Die Nachregelung des Zündwinkels erlaubt eine wesentlich flinkere Reaktion, der Motorlauf wird vom Fahrer als wesentlich ruhiger wahrgenommen.
Wenn die Pumpe aufhört, den Motor zu belasten, kann es zu einem Überschwingen der Drehzahl kommen, d. h. die Drehzahl verlässt den Sollbereich nach oben. Wenn dies in Schritt S5 festgestellt wird, erfolgt in analoger Weise wie oben beschrieben in Schritt 6 eine Verschiebung des Zündwinkels in entgegengesetzter Richtung.
Im Anschluss an Schritt S6 kehrt das Verfahren jeweils zu Schritt S1 zurück.
Das in 3 dargestellte vereinfachte Verfahren beschränkt sich darauf, in Schritt S1 qualitativ festzustellen, ob ein Drehmoment T oberhalb einer Nachweisschwelle des Drehmomentsensors 13 erfasst wird. Da die Anforderungen an den Drehmomentsensor niedriger sind als beim Verfahren nach 2, kann ein einfacherer und preiswerterer Sensor zum Einsatz kommen. Der Winkelsensor 14 kann entfallen.
Liegt ein nachweisbares Drehmoment vor, so werden Luftmenge LM1 und Zündwinkel φ1 in Schritt S2 eingestellt, wobei diese Werte genauso definiert sind wie im Fall von 2. Dadurch ist – unter Inkaufnahme eines gegenüber dem verfahren von 2 etwas erhöhten Kraftstoffverbrauchs – sichergestellt, dass unabhängig davon, wie groß das von der Pumpe in Anspruch genommene Drehmoment quantitativ wirklich ist, dieses durch eine Zündwinkelkorrektur kompensierbar ist. Die Erfassung einer Drehzahlabweichung in Schritt S5 und ggf. deren Korrektur in Schritt S6 erfolgen genauso wie mit Bezug auf 2 beschrieben.
4 zeigt ein Flussdiagramm einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese zweite Ausgestaltung kommt ohne den Drehmomentsensor 13 aus; sie benötigt lediglich den Winkelsensor 14. Da ein solcher Winkelsensor in Kraftfahrzeugen, die mit einem EPS-System ausgestattet sind, serienmäßig vorhanden ist, erfordert die Anwendung des Verfahrens gemäß dieser Ausgestaltung keine zusätzlichen Komponenten und ist daher besonders kostengünstig.
In Schritt S1' wird erfasst, ob sich der von dem Winkelsensor 14 erfasste Lenkwinkel LW. geändert hat. Wenn ja, wird in Schritt S2' geprüft, ob der Lenkwinkel so nahe an einem maximalen Lenkwinkel LW_max ist, dass damit gerechnet werden muss, dass das Lenkrad in Kürze an seinen Anschlag stößt.
Diese Prüfung kann darauf basieren, dass der Winkelsensor 14 wie im Verfahren der 2 absolute Winkelwerte liefert, die lediglich mit vorbekannten, einem rechten oder linken Anschlag des Lenkrades entsprechenden Winkelwerten verglichen werden müssen. Vorzugsweise liefert der Winkelsensor 14 jedoch lediglich Inkrementwerte, deren Vorzeichen die Drehrichtung und deren Anzahl den zurückgelegten Drehwinkel angibt. Wenn ein solcher inkrementeller Geber verwendet wird, hat der Signalprozessor 12 beim Starten des Fahrzeugs zunächst keine Möglichkeit, abzuschätzen, wie weit das Lenkrad vom linken oder rechten Anschlag entfernt ist. Durch fortlaufendes Addieren der Inkrementwerte verfolgt der Signalprozessor die Drehstellung des Lenkrades relativ zu der beim Starten innegehabten Stellung und speichert die seit dem Starten beobachteten Extremwerte der Winkelstellung. Diese Extremwerte geben die Grenzen eines Winkelbereichs an, von dem der Signalprozessor „weiß", dass er für das Lenkrad erreichbar ist. Sobald sich das Lenkrad einer dieser Grenzen nähert, nimmt der Signalprozessor eine Annäherung des Lenkrads an einen Anschlag an. Diese Annahme kann sich als falsch erweisen, wenn später eine Drehung des Lenkrades über die Grenze hinaus festgestellt wird; in diesem Fall wächst der dem Signalprozessor als erreichbar bekannte Winkelbereich. Im Laufe der Zeit konvergiert der als erreichbar bekannte gegen den tatsächlich erreichbaren Winkelbereich.
Wenn in Schritt S2' eine Annäherung an LW_max festgestellt wird, wird in Schritt S2 wie oben beschrieben die Luftmenge LM auf den Maximalwert LM1 gesetzt und der Zündwinkel φ entsprechend auf φ1 angepasst. Wenn in Schritt S2' festgestellt wird, dass das Lenkrad noch weit vom Anschlag entfernt ist, wird hingegen eine Luftmenge LM2 eingestellt, die zwischen dem Ruhewert LM0 und dem Maximalwert LM1 liegt, und der Zündwinkel wird auf einen Wert φ2 angepasst, um das Motormoment unverändert zu halten (S3'). So wird eine Drehmomentreserve bereitgestellt, die im ersten Falle genügt, um einem Absacken der Drehzahl auch dann entgegenzuwirken, wenn die Räder 2 ihre Anschlagstellung erreichen und das von der Pumpe 3 in Anspruch genommene Drehmoment maximal ist, während in letzterem Falle eine etwas kleinere, zum Antreiben einer normalen Einschlagbewegung der Räder 2 ohne Drehzahlverlust ausreichende Drehmomentreserve vorgehalten wird.
Wird in Schritt S1' keine Änderung des Lenkwinkels festgestellt, so geht das Verfahren über zu Schritt S4', in welchem geprüft wird, ob der Lenkwinkel schon länger als eine vorgegebene Zeitspanne unverändert ist. Wenn ja, so wird in Schritt S5' der Ruhewert LM0 der Luftmenge eingestellt, sofern er nicht bereits eingestellt ist.
Die sich anschließenden Schritte S5, S6 sind die gleichen wie bei den Verfahren der 2, 3.
Bei einer nicht durch ein eigenes Flussdiagramm dargestellten Weiterentwicklung des Verfahrens von 4 ist der Schritt S3' ersetzt durch einen Schritt S3'' des Berechnens der Drehgeschwindigkeit ν des Lenkrades aus nacheinander vom Drehwinkelsensor 14 gelieferten Winkelwerten und einen Schritt s3''', in dem in zu Schritt S4 der 2 analoger Weise die Luftmenge LM um einen zur Drehgeschwindigkeit ν proportionalen oder zumindest mit der Drehgeschwindigkeit zunehmenden Term ΔLM (|ν|) auf LM0 + ΔLM (|ν|) heraufgesetzt und der Zündwinkel φ auf φ0 + Δφ(|ν|) eingestellt wird. So kann die Drehmomentreserve im Falle einer Lenkraddrehung stets an den voraussichtlichen, von der Drehgeschwindigkeit ν abhängigen Bedarf angepasst werden, und eine unnötig große, unnötig Kraftstoff verbrauchende Drehmomentreserve wird vermieden.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines weiterentwickelten Verfahrens zur Drehmomentsteuerung des Verbrennungsmotors 1. Während die anhand der 2 bis 4 beschriebenen Verfahren in ihrer Anwendbarkeit auf den Fall des stehenden Fahrzeugs beschränkt waren, ist das Verfahren von 5 sowohl bei stehendem als auch bei bewegtem Fahrzeug anwendbar.
In einem Initialisierungsschritt, wie etwa beim Starten des Fahrzeugs, werden der vom Signalprozessor 12 überwachte aktuelle Lenkwinkel des Lenkrades LW, ein minimaler elastischer Lenkwinkel LW_el,min, ein maximaler elastischer Lenkwinkel LW_el,max und ein Neutralwinkel LW_neutr auf Null initialisiert. Während der Ausführung des Verfahrens steht LW_neutr für einen „neutralen" Lenkwinkel, den das Lenkrad im losgelassenen Zustand einnehmen würde, und LW_el,min bzw. LW_el,mas stehen für einen minimalen bzw. maximalen elastischen Lenkwinkel, zwischen denen das Lenkrad elastisch, entgegen einer zum neutralen Lenkwinkel hinführenden Rückstellkraft, drehbar ist, ohne das dies in eine Drehung der Räder umgesetzt wird.
Nach der Initialisierung werden die in 5 gezeigten Verfahrensschritte in einer Endlosschleife ausgeführt.
Die Schleife beginnt in Schritt S11 mit der Entscheidung, ob der aktuelle Lenkwinkel LW größer als der maximale elastische Lenkwinkel LW_el,max ist, d. h., ob eine Lenkraddrehung in einer ersten Richtung, z. B. in Uhrzeigersinn, vorliegt, die in eine entsprechende Drehung der Räder umgesetzt werden muss. Wenn ja, wird in Schritt S12 der aktuelle Wert des Lenkwinkels LW als neuer maximaler elastischer Lenkwinkel LW_el,max gesetzt. In Schritt S13 wird geprüft, ob dieser neue maximale elastische Lenkwinkel LW_el,max um wenigstens einen positiven Hystereseterm Hyst größer als der minimale elastische Lenkwinkel LW_el,min ist. Wie durch einen Graphen rechts oben in der 5 dargestellt, ist dieser Hystereseterm eine Funktion der seit der unmittelbar vorhergehenden Lenkwinkelerfassung zurückgelegte Wegstrecke Δs, die bei kleinen Wegstrecken sehr große Werte annimmt und für große Wegstrecken gegen Null geht. Bei einem stehenden Fahrzeug wird in Schritt S13 demzufolge festgestellt, dass die Bewegung nicht erfüllt ist, und das Verfahren geht unmittelbar über zu Schritt S19. Bei bewegtem Fahrzeug kann es hingegen vorkommen, dass LW_el,max den minimalen elastischen Lenkwinkel LW_el,min um mehr als den Hystereseterm überschreitet; in diesem Fall werden in Schritt S14 der neutrale und der minimale elastische Lenkwinkel nachgeführt, indem sie gleich LW_el,max-Hyst gesetzt werden.
Wenn in Schritt S11 festgestellt wird, dass der aktuelle Lenkwinkel LW kleiner als der maximal elastische Lenkwinkel LW_el,max ist, folgt in Schritt S15 eine entsprechende Prüfung, ob LW kleiner als der minimale elastische Lenkwinkel LW_el,min ist. Wird auch dies verneint, springt das Verfahren unmittelbar zu Schritt S19; anderenfalls folgen zu den Schritten S12 bis S14 analoge Verfahrensschritte S16 bis S18: in Schritt S16 wird der minimale elastische Lenkwinkel LW_el,min durch den aktuellen Lenkwinkel LW aktualisiert, in S17 wird geprüft, ob der neue minimale elastische Lenkwinkel LW_el,min um mehr als den Hysteresewert vom maximalen elastischen Lenkwinkel LW_el,max abweicht, und gegebenenfalls werden in Schritt S18 der neutrale und der maximale elastische Lenkwinkel nachgeführt.
In Schritten S19 bis S22 wird der Betrag ΔLW der Abweichung zwischen dem aktuellen und dem neutralen Lenkwinkel ermittelt. Anhand des Betrages der Lenkwinkelabweichung ΔLW und einer vorgegebenen Funktion f₁, die z. B. anhand der Eigenschaften des Verbrennungsmotors empirisch ermittelt und als Kennlinie im Signalprozessor 12 abgelegt sein kann, wird in Schritt S23 ein von der Lenkbewegung abhängiger Drehmoment-Mehrbedarf Δm₁ abgeschätzt. Die Funktion f₁ ist ebenfalls in einem Graphen auf der rechten Seite von 5 schematisch dargestellt; sie verschwindet für ΔLW = 0, ist bei kleinen Abweichungen der Lenkrichtung etwa linear proportional zu dieser und konvergiert für große Werte der Lenkwinkelabweichung gegen einen festen Wert.
In Schritt S24 wird ein weiterer Korrekturterm Δm₂ als Produkt einer vom Lenkwinkel LW abhängigen Kennlinie f_2a und einer temperaturabhängigen Kennlinie f_2b berechnet. Die Kennlinie f_2a hat kleine Werte bei niedrigen Beträgen des Lenkwinkels LW und steigt abrupt an, wenn sich der Lenkwinkel LW einem Anschlag nähert. Die temperaturabhängige Kennlinie f_2b berücksichtigt, dass die Auswirkung des Drehmoment-Mehrbedarfs auf die Motordrehzahl bei Erreichen des Anschlags umso stärker sind, je kälter der Verbrennungsmotor ist, indem sie zu höheren Temperaturen hin kontinuierlich abnimmt.
Ein dritter Korrekturterm Δm₃ wird in Abhängigkeit von der Zeitableitung des Lenkwinkels dLW/dt, d. h. von der Drehgeschwindigkeit des Lenkrads, in Schritt S25 berechnet. Dieser Korrekturterm nimmt bei kleinen Drehgeschwindigkeiten linear mit der Drehgeschwindigkeit zu und konvergiert für hohe Drehgeschwindigkeiten gegen einen konstanten Wert.
In Schritt S26 werden die erhaltenen Korrekturterme Δm₁, Δm₂, Δm₃ addiert, um eine Vorhersage des gesamten Drehmoment-Mehrbedarfs Δm zu erhalten, und es werden ein Zündwinkel und eine Luftmenge am Verbrennungsmotor eingestellt, die es erlauben, nur durch Rückstellung des Zündwinkels das Zusatzdrehmoment Δm im Bedarfsfalle, wenn ein Abfall der Motordrehzahl unter den Sollwert beobachtet wird, praktisch verzögerungsfrei abzurufen.

1: Verbrennungsmotor
2: Rad
3: Pumpe
4: Ventilblock
5: Reservoir
6, 7: Kammern
8: Hydraulikzylinder
9: Kolbenstange
10: Lenkrad
11: Spurstange
12: Signalprozessor
13: Drehmomentsensor
14: Winkelsensor
15: Drehzahlsensor
16: Drosselklappe
17: Verteiler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0940572 A2 [0003, 0025]

Claims

Verfahren zum Regeln der Drehzahl eines Verbrennungsmotors (1) in einem Kraftfahrzeug mit Servolenkung (3–9), mit den Schritten: a) Überwachen des Drehmomentbedarfs der Servolenkung (S1, S3; S1'; S11–S25); b) wenn durch die Überwachung ein eventuell bevorstehender nichtverschwindender Drehmomentbedarf der Servolenkung festgestellt wird, Erhöhen (S2, S4, S3') der dem Verbrennungsmotor (1) zugeführten Luftmenge, dadurch gekennzeichnet, dass c) mit der Erhöhung der Luftmenge der Zündwinkel in Richtung einer Verringerung des Drehmoments des Verbrennungsmotors verschoben wird (S2, S4, S3'), und d) die Verschiebung wenigstens teilweise rückgängig gemacht wird (S6), wenn eine Abnahme der Drehzahl erfasst wird (S5).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausmaß der. Verschiebung (S6) in Schritt c) so gewählt wird, dass sie einen durch die Erhöhung der Luftmenge (S2, S4, S3') verursachten Drehmomentzuwachs kompensiert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündwinkel in Schritt c) (S2, S4, S3') verzögert und in Schritt d) (S6) vorgezogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Überwachen des Drehmomentbedarfs der Servolenkung (3–9) ein auf ein Lenkrad (10) des Kraftfahrzeugs ausgeübtes Drehmoment erfasst wird (S1, S3).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Überwachen des Drehmomentbedarfs der Servolenkung (3–9) eine Änderung des Drehwinkels des Lenkrades (10) erfasst wird (S1'; S11–S21).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Überwachen des Drehmomentbedarfs der Servolenkung (3–9) erfasst wird, ob ein Lenkrad (10) des Kraftfahrzeugs sich in oder nahe an einer Anschlagstellung befindet oder nicht (S3, S2'; S24).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentbedarf bei Annäherung des Lenkrads (10) an die Anschlagstellung in Abhängigkeit von der Temperatur abgeschätzt wird (S24).
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 und Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) die Luftmenge stärker erhöht wird (S2, S4), wenn erfasst wird, dass sich das Lenkrad in oder nahe an Anschlagstellung befindet (S1), als wenn das Lenkrad von der Anschlagstellung entfernt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausmaß der Rückverschiebung (S6) in Schritt d) in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der erfassten Drehzahl und einem Sollwert gewählt wird.
Steuergerät (12) für einen Verbrennungsmotor zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.