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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Drehzahlreglers
eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie
einen Drehzahlregler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
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Im
Stand der Technik erfolgt eine rein momentenbasierte Drehzahlregelung
in einer Motorsteuerung eines Verbrennungsmotors beispielsweise zur
Geschwindigkeitsbegrenzung.
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In
herkömmlichen seriellen Hybridantrieben in Kraftfahrzeugen
verwendete Drehzahlregler haben nicht die Möglichkeit,
frei definierbar die Regeldynamik einzustellen.
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Die
DE 10 2007 032 214
A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen
einer Funktion einer Drehzahlregelung eines Verbrennungsmotors.
Dabei wird eine Drehzahlüberschreitung detektiert, wenn
eine Istdrehzahl des Verbrennungsmotors eine Solldrehzahl um mehr
als einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Wenn eine
Drehzahlüberschreitung detektiert wird, wird eine Stellgröße
der Drehzahlregelung auf eine zeitlich abfallende maximale Stellgröße
begrenzt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren
zum Betrieb eines Drehzahlreglers eines Verbrennungsmotors und einen verbesserten
Drehzahlregler anzugeben.
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Hinsichtlich
des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch
die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst, hinsichtlich
des Drehzahlreglers durch die im Anspruch 4 angegebenen Merkmale.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines
Drehzahlreglers eines Verbrennungsmotors, wobei der Drehzahlregler
als PI-Regler ausgebildet ist, wird die Regelabweichung des Drehzahlreglers
auf Null gesetzt, wenn die Istdrehzahl des Verbrennungsmotors einen
Wert innerhalb eines vorgebbaren Solldrehzahlbands aufweist.
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Beim
erfindungsgemäßen Drehzahlregler zum Betreiben
eines Verbrennungsmotors, wobei der Drehzahlregler als PI-Regler
ausgebildet ist, erzeugt eine Regelungseinheit eine Stellgröße,
welche die Istdrehzahl des Verbrennungsmotors innerhalb des vorgebbaren
Solldrehzahlbands mit einer Regelabweichung von Null einstellt.
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Durch
einen erfindungsgemäßen Drehzahlregler wird vorteilhafterweise
eine Regelzeit minimiert und eine Regelgenauigkeit erhöht.
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Diese
verkürzte Regelzeit und die erhöhte Regelgenauigkeit
ermöglichen eine genauere und schnellere Anpassung der
Drehzahl des Verbrennungsmotors in kritischen Bereichen einer Schaltung durch
gezielte Regelung des Verbrennungsmotors.
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Durch
diese gezielte motorische Unterstützung von Schaltungen
eines Automatikgetriebes wird besonders vorteilhafterweise ein Fahrkomfort
verbessert.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann bei
einem seriellen Hybridantrieb eines Fahrzeugs der Verbrennungsmotor
gezielt in Bereichen entlang einer verbrauchsoptimierten Bestkennlinie
betrieben werden. Somit wird der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors
minimiert und der Verbrennungsmotor wird nur in den Bereichen seines
größten Wirkungsgrades betrieben.
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Durch
die schnelle und genaue Drehzahlregelung wird eine Dynamik eines
Verbrennungsmotors und/oder einer Verbrennungsmotor-Generator-Einheit
eines Hybridantriebsstrangs verbessert. Dabei kann insbesondere
der Wechsel von Betriebspunkten des Verbrennungsmotors gezielt über
frei definierbare Drehzahl/Drehmomenttrajektorien geregelt werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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In
der einzigen 1 ist eine Blockdarstellung eines
erfindungsgemäßen Drehzahlreglers 1 und
eines damit verbundenen Verbrennungsmotors 2 dargestellt.
Der Verbrennungsmotor 2 ist beispielsweise mittels elektrischer
Verbindungsleitungen mit dem Drehzahlregler 1 verbunden.
Besonders bevorzugt findet ein Datenaustausch zwischen Verbrennungsmotor 2 und
Drehzahlregler 1 über ein Bussystem statt. Ein
solches Bussystem ist nicht näher dargestellt vorzugsweise
als herkömmlicher CAN-Bus ausgebildet.
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Am
Verbrennungsmotor 2 wird eine aktuelle Istdrehzahl nist und ein aktuelles Istdrehmoment Mist ermittelt.
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Der
Drehzahlregler 1 ist beispielsweise als PI-Regler ausgeführt
und liefert abhängig von einer Drehzahldifferenz Δn
zwischen einem Solldrehzahlband nsoll und
einer Istdrehzahl nist des Verbrennungsmotors 2 eine
Stellgröße, z. B. in Form eines Solldrehmoments
Msoll bzw. einer einzuspritzenden Kraftstoffmenge.
Das Solldrehzahlband nsoll ist ein vorgebbarer
Drehzahlbereich, welcher durch eine minimale und eine maximale Drehzahl
nmin und nmax begrenzt wird.
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Der
Drehzahlregler 1 umfasst ein Differenzelement 3 zum
Berechnen einer Drehzahldifferenz Δn zwischen einem vorgebbaren
Solldrehzahlband nsoll und einer im Verbrennungsmotor 2 ermittelten
Istdrehzahl nist.
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Die
Drehzahldifferenz Δn wird einem P-Reglerteil 4,
auch als Proportionalglied bezeichnet, und einem I-Reglerteil 5,
auch als Integrationsglied bezeichnet, des Drehzahlreglers 1 zugeführt.
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Der
P-Reglerteil 4 sowie der I-Reglerteil 5 stellen
jeweils Teilstellgrößen S1 bzw.
S2 zur Verfügung, die einem Begrenzungsglied 8 zugeführt
werden.
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Dem
Begrenzungsglied 8 werden zusätzlich noch das
aktuelle Istdrehmoment Mist zugeführt
und ein Sollmomentenband MB. Das Sollmomentenband MB ist ein vorgebbarer Drehmomentbereich,
welcher durch ein minimales und ein maximales Drehmoment Mmin und Mmax begrenzt
wird.
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Die
dem Begrenzungsglied 8 zugeführten Teilstellgrößen
S1 und S2 werden
im Begrenzungsglied 8 in noch zu beschreibender Art und
Weise zu den Teilstellgrößen S'1 und
S'2 modifiziert und einem Summierglied 6 zugeführt.
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Die
Teilstellgrößen S'1 und
S'2 werden in dem Summierglied 6 addiert,
um die Stellgröße S zu erzeugen. Die Stellgröße
S ist beispielsweise ein Korrekturmoment Mkorrektur.
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Das
vom Drehzahlregler 1 ausgegebene Solldrehmoment Msoll ergibt sich aus dem in einem weiteren
Summierglied 7 addierten aktuellen Istdrehmoment Mist des Verbrennungsmotors 2 und
dem im Drehzahlregler 1 ermittelten Korrekturmoment Mkorrektur.
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Das
vom Drehzahlregler 1 ermittelte und ausgegebene Solldrehmoment
Msoll wird dem Verbrennungsmotor 2 zugeführt
und am Verbrennungsmotor 2 eingestellt, um das Solldrehzahlband
nsoll zu erreichen.
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Im
Betrieb des Verbrennungsmotors 2 stellt der Drehzahlregler 1 aufgrund
einer Drehzahldifferenz Δn zwischen der Istdrehzahl nist und dem Solldrehzahlband nsoll ein
Solldrehmoment Msoll ein, um dieses Solldrehzahlband
nsoll zu erreichen. Innerhalb des Solldrehzahlbandes
nsoll wird die Regelabweichung des Drehzahlreglers 1,
d. h. die Drehzahldifferenz Δn, auf Null gesetzt.
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Während
beim Erreichen des Solldrehzahlbandes nsoll die
Teilstellgröße S1 des
P-Reglerteils 4 wie bei einem herkömmlichen PI-Regler
einen Wert von Null annimmt, bleibt die Teilstellgröße
S2 des I-Reglerteils 5 beim Erreichen
des Solldrehzahlbandes nsoll auf ihrem letzten
Wert stehen. Dies würde dazu führen, dass die
Istdrehzahl nist aufgrund des Wertes der
Teilstellgröße S2 das
Solldrehzahlband nsoll wieder über-
oder unterschreitet. Daher muss der Wert der Teilstellgröße
S2 des I-Reglerteils 5 zeitlich verzögert
abgebaut bzw. auf Null reduziert werden. Diese Reduzierung des Werts
der Teilstellgröße S2 des
I-Reglerteils 5 muss zumindest beim Erreichen der Grenzen
des Solldrehzahlbandes nsoll abgeschlossen
sein, damit die Istdrehzahl nist das Solldrehzahlband
nsoll nicht verlässt.
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Ein
schlagartiges Eliminieren der Teilstellgröße S2 des I-Reglerteils 5 (I = 0) beim
Erreichen des Solldrehzahlbandes nsoll hätte
in Verbindung mit der Regelabweichung von Null Momentensprünge
des Istdrehmoments Mist des Verbrennungsmotors 2 und dadurch
eine deutliche Einbuße des Komforts zur Folge.
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Der
reduzierte Wert der Teilstellgröße S2 des I-Reglerteils 5 wird
im I-Reglerteil 5 nach folgender Formel berechnet: S2neu = S2start × [(nmax – nist)/(nmax – nmin)].
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Diese
Berechnung wird nur durchgeführt, wenn die Drehzahldifferenz Δn
und somit die Regelabweichung als Eingangswert des I-Reglerteils 5 einen
Wert von Null angenommen hat und sich die Istdrehzahl nist im
Solldrehzahlband nsoll befindet.
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Im
Begrenzungsglied 8 werden die Teilstellgrößen
S1 und S2 so zu
den Teilstellgrößen S'1 und
S'2 modifiziert, dass das Solldrehmoment
Msoll innerhalb der Begrenzungen des Sollmomentenbands
MB gehalten wird.
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Das
maximale Korrekturmoment Mkorrekturmax des
Drehzahlreglers 1 berechnet sich nach folgender Formel: Mkorrekturmax = Mmax – Mist
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Das
minimale Korrekturmoment Mkorrekturmin des
Drehzahlreglers 1 berechnet sich nach folgender Formel: Mkorrekturmin = Mmin – Mist
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In
einer möglichen Ausführungsform kann der Anteil
der Teilstellgröße S1 des
P-Reglerteils 4 derart beeinflusst werden, dass nach folgender
Formel: S1max = Mkorrekturmax – S2
der
Wert der Teilstellgröße S1 des
P-Reglerteils 4 bei gleich bleibendem Wert der Teilstellgröße
S2 des I-Reglerteils 5 maximiert
ist oder das nach folgender Formel: S1min = Mkorrekturmin – S2
der Wert der Teilstellgröße
S1 des P-Reglerteils 4 bei gleich
bleibendem Wert der Teilstellgröße S2 des I-Reglerteils 5 minimiert
ist.
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In
einer weiteren möglichen Ausführungsform kann
der Anteil der Teilstellgröße S2 des
I-Reglerteils 5 derart beeinflusst werden, dass nach folgender
Formel: S2max = Mkorrekturmax – S1
der
Wert der Teilstellgröße S2 des
I-Reglerteils 5 bei gleich bleibendem Wert der Teilstellgröße
S1 des P-Reglerteils 4 maximiert
ist oder das nach folgender Formel: S2min = Mkorrekturmin – S1
der Wert der Teilstellgröße
S2 des I-Reglerteils 5 bei gleich
bleibendem Wert der Teilstellgröße S1 des P-Reglerteils 4 minimiert
ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann mit dem
erfindungsgemäßen Drehzahlregler 1 eine
dynamische Leistungsanpassung des Verbrennungsmotors 2 in
einem Blockheizkraftwerk schnell und effizient geregelt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007032214
A1 [0004]
