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Die vorliegende Erfindung betrifft jeweils ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Steuergerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6, ein Computerprogramm nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8 und ein Computerprogrammprodukt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
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Diese Gegenstände sind jeweils aus der
DE 43 04 779 A1 bekannt. Diese Schrift offenbart eine Steuerung eines Verbrennungsmotors, die auf einer Auswertung und Koordination von Drehmomentanforderungen basiert. Solche Steuerungen sind allgemein bekannt. Dabei wird zunächst ein Sollwert für ein vom Verbrennungsmotor zu erzeugendes Kupplungsmoment erzeugt. Dabei wird unter dem Kupplungsmoment das an der Abtriebsseite des Verbrennungsmotors bereitzustellende Drehmoment verstanden. Der Sollwert des Kupplungsmomentes wird in Abhängigkeit von Drehmomentforderungen bestimmt, die vom Fahrer oder von automatisch ablaufenden Funktionen zur Steuerung des Verbrennungsmotors und/oder des Antriebsstrangs gestellt werden. Beispiele solcher Funktionen sind die Leerlaufregelung, eine Fahrdynamikregelung oder Komfortfunktionen, die z.B. bei einem Schaltvorgang in einem Wechselgetriebe das Drehmoment des Verbrennungsmotors vorübergehend absenken. Der Fachmann erkennt, dass diese Liste nicht abschließend gemeint ist.
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Aus der
DE 197 08 243 C1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei mittels eines Sensors eine Messgröße erfasst wird, aus der ein Verlustdrehmoment abgeleitet wird.
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Des Weiteren beschreibt die
DE 196 12 455 A1 ein Verfahren, durch das ein verfügbarer Drehmomentbereich für jeden Betriebszustand der Brennkraftmaschine ermittelt wird und ein Solldrehmoment aus dem Drehmomentenbereich abgeleitet wird, damit ein stabiler Motorlauf gewährleistet ist.
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Zusätzlich wird bei den bekannten Gegenständen ein Istwert eines Verlustmomentes des Verbrennungsmotors bestimmt. In Abhängigkeit von dem Sollwert des Kupplungsmoments und dem Istwert des Verlustmoments werden Stellgrößen zur Steuerung des Verbrennungsmotors so bestimmt, dass ein inneres Drehmoment des Verbrennungsmotors den aus der Summe des Sollwerts des Kupplungsmoments und des Istwerts des Verlustmoments resultierenden Drehmomentbedarf abdeckt. Dabei wird unter dem inneren Drehmoment das aus der Verbrennung von Brennraumfüllungen des Verbrennungsmotors resultierende Drehmoment verstanden. Das innere Drehmoment deckt zunächst die Verlustmomente und dabei insbesondere das beim Betrieb des Verbrennungsmotors auftretende Reibungsmoment ab, das durch die Reibung der beweglichen Teile des Verbrennungsmotors wie Kurbeltrieb, Kolben und Ventiltrieb verursacht wird. Der die Verlustmomente übersteigende Teil steht als Kupplungsmoment am Antriebsstrang zur Verfügung.
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Der Wert des Kupplungsmoments wird von der Steuerung des Verbrennungsmotors aus erfassten Betriebskenngrößen und den von der Steuerung ausgegebenen Stellgrößen berechnet und in weiteren, mit dem Steuergerät des Verbrennungsmotors vernetzten Steuergeräten des Antriebsstrangs verarbeitet. Beispiele solcher mit dem Steuergerät des Verbrennungsmotors vernetzter Steuergeräte sind ein Getriebesteuergerät und ein Fahrdynamikregelungssteuergerät, ohne dass diese Liste als abschließend zu verstehen ist. Für eine einwandfreie Erfüllung der Aufgaben, die von diesen Steuergeräten zu erfüllen sind, sollte der berechnete Wert des Kupplungsmoments möglicht genau dem realen im Antriebsstrang wirksamen Kupplungsmoment entsprechen.
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Bei den aus der
DE 43 04 779 A1 bekannten Gegenständen sind Werte der Verlustmomente in Kennfeldern gespeichert. Um eine Änderung der Werte der Verlustmomente durch Alterungseffekte bei der Berechnung des Kupplungsmomentes berücksichtigen zu können, wird in der
DE 43 04 779 A1 eine Adaption der Kennfeldwerte mit Hilfe der vorhandenen Leerlaufdrehzahlregelung vorgeschlagen.
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Bei neuen Kraftfahrzeugen wird in der Regel ein sogenannter Bandende-Test durchgeführt, bei dem ein Vielzahl von Funktionen des Kraftfahrzeugs auf Fehlerfreiheit geprüft wird. Dabei kommt es immer wieder zu langen Standzeiten, die sich daraus ergeben, dass vor oder bei dem Bandende-Test noch Adaptionsvorgänge abgeschlossen werden müssen, um eine reguläre Funktionsprüfung durchführen zu können. Diese Standzeiten stören den Fertigungsrhythmus und sind daher unerwünscht.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Verfahrens, eines Steuergerätes, eines Computerprogramms und eines Computerprogrammprodukts der jeweils eingangs genannten Art, mit denen die adaptionsbedingten Verzögerungen verringert oder vermieden werden können.
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Diese Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Dabei ist den Verfahrensaspekten und Vorrichtungsaspekten gemeinsam, dass jeweils ein Maß für die Laufleistung des Verbrennungsmotors bestimmt wird und dass der Istwert des Verlustmomentes in Abhängigkeit von dem Maß für die Laufleistung ermittelt wird.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass Fehlanpassungen gespeicherter Verlustmomentwerte an die bei neuen Verbrennungsmotoren erhöhten Reibungsverluste zu der Auslösung zeitraubender Adaptionsvorgänge führen. Die Bestimmung der Laufleistung des Verbrennungsmotors und die Ermittlung des Istwerts des Verlustmoments in Abhängigkeit von der zuvor bestimmten Laufleistung erlaubt einen Verzicht auf eine Adaption des Wertes des Verlustmomentes am Bandende oder zumindest eine ganz wesentliche Verkürzung einer gegebenenfalls noch durchzuführenden Adaption einer noch verbleibenden, kleineren Fehlanpassung. Die Verkürzung ergibt sich dadurch, dass der bei einem neuen Verbrennungsmotor stark erhöhte Wert des Reibmomentbeitrages zu dem Verlustmoment durch einen Festwert oder berechenbaren Wert vorbestimmbar ist, der für diese verschwindendend geringe Laufleistung charakteristisch ist. Dadurch kann zumindest ein guter Näherungswert für den Istwert ohne einen zeitraubenden Adaptionsvorgang durch einen Zugriff auf einen Speicher oder durch einen Berechnungsvorgang praktisch verzögerungslos bereitgestellt werden.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass ein Signal eines Wegstreckenzählers als Maß für die Laufleistung ermittelt wird. Die Mehrfachnutzung dieses ohnehin vorhandenen Signals erlaubt eine unaufwändige und damit kostengünstige Bereitstellung eines mit der Laufleistung des Verbrennungsmotors korrelierenden Signals.
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Bevorzugt ist auch, dass der Istwert des Verlustmoments in Abhängigkeit von in Form einer Kennlinie oder eines Teiles eines Kennfeldes gespeicherten Verlustmomentwerten ermittelt wird, wobei die Kennlinie oder das Kennfeld durch das im Betrieb des Verbrennungsmotors ermittelte Maß adressiert wird, wobei ein aktueller Wert des Verlustmoments zusätzlich in Abhängigkeit von einem aktuellen Wert des Drehzahl des Verbrennungsmotors bestimmt wird.
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Es hat sich gezeigt, dass das Reibmoment eines Verbrennungsmotors ganz wesentlich von diesen beiden Einflussgrößen, nämlich von der Laufleistung und die Drehzahl abhängt, so dass eine Kombination dieser beiden Größen einen guten Kompromiss zwischen einer möglichst wenig aufwändigen und einer für den Bandende-Test ausreichend genauen Ermittlung des Reibmoments darstellt.
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Dieser Kompromiss wird in einer weiteren Ausgestaltung weiter verbessert, indem ein aktueller Wert des Verlustmoments zusätzlich in Abhängigkeit von einer Temperatur des Verbrennungsmotors bestimmt wird. Diese Ausgestaltung berücksichtigt das höhere Niveau des auftretenden Reibmomentes, das durch eine erhöhte innere Reibung des bei niedrigen Temperaturen noch vergleichsweise zähflüssigen Schmiermittels verursacht wird.
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Bevorzugt ist auch, dass die gespeicherten Verlustmomentwerte durch eine überlagerte Regelung adaptierbar sind. Diese Ausgestaltung kombiniert die hohe Genauigkeit der Verlustmomentbestimmung im späteren Betrieb des Kraftfahrzeugs, die sich durch die überlagerte Adaption ergibt, mit der wesentlichen Verkürzung der Bandende-Testzeit, die sich durch die Ermittlung des Istwerts des Verlustmoments in Abhängigkeit von der zuvor bestimmten Laufleistung ergibt.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
- 1 eine Funktionsblockdarstellung eines Steuergerätes eines Verbrennungsmotors;
- 2 eine Funktionsblockdarstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung; und
- 3 Verläufe des Reibmoments eines Verbrennungsmotors über seiner Laufleistung für verschiedene Drehzahlwerte.
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Im Einzelnen zeigt die 1 ein Steuergerät 10 mit einem Funktionsrechner 12, einem Programmspeicher 14, einem Datenspeicher 16, einer Eingangs- und Ausgangs-Signalverarbeitung 18, einer Endstufenanordnung 20 und einem Bussystem 22. Die Eingangs- und Ausgangs-Signalverarbeitung 18 empfängt Eingangssignale von verschiedenen Sensoren oder Gebern über Betriebsparameter des Verbrennungsmotors und/oder eines Antriebsstrangs in einem Kraftfahrzeug. Ein Fahrerwunschgeber 24 liefert ein Signal FW, das eine Drehmomentanforderung durch den Fahrer repräsentiert. Ein Drosselklappensensor 26 liefert ein Signal D_DK, das einen Öffnungswinkel einer Drosselklappe repräsentiert. Mit dem Öffnungswinkel ⌷ wird die in Brennräume des Verbrennungsmotors strömende Luftmasse variiert. Ein Luftmassenmesser 28 misst die tatsächlich in die Summe der Brennräume strömende Luftmasse mL. Ein Kurbelwellenwinkelsensor 30 erfasst die Winkelstellung °KW einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und ein Nockenwellenwinkelsensor 32 erfasst die Winkelstellung °NW einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors. Ein Fahrgeschwindigkeitsgeber 34 stellt ein Signal über die Fahrgeschwindigkeit v des Kraftfahrzeugs bereit und ein CAN-Bus 36 (CAN = Controller Area Network) dient zur bidirektionalen Kommunikation des Steuergerätes 10 mit anderen Steuergeräten des Kraftfahrzeugs, beispielsweise mit einem Getriebesteuergerät und/oder einem Steuergerät für eine Antischlupfregelung und/oder eine Fahrdynamikregelung. Ein Wegstreckenzähler 37 liefert ein Maß s für die Laufleistung des Verbrennungsmotors.
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Es versteht sich, dass diese Aufzählung nicht abschließend gemeint ist und dass dem Steuergerät 10 auch mehr, weniger und/oder andere als die genannten Eingangssignale zugeführt werden können, aus denen das Steuergerät 10 insbesondere ein Maß für ein tatsächlich vom Verbrennungsmotor erzeugtes Drehmoment, also einen Drehmoment-Ist-Wert M_ist ermitteln kann. Die Ziffer 38 bezeichnet stellvertretend solche alternativen oder ergänzenden Eingangssignalgeber.
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Nach einer Aufbereitung der Eingangssignale und einer gegebenenfalls erforderlichen Analog-Digital-Wandlung in der Eingangssignalverarbeitung 18 bildet der Funktionsrechner 12 Stellgrößen S_Z, S_K und S_L zur Ansteuerung eines Zündwinkelpfades 40, eines Kraftstoffpfades 42 und eines Luftpfades 44. Der Zündwinkelpfad 40 weist eine oder mehrere Zündendstufen 46 und zugeordnete Zündkerzen 48 auf. Der Kraftstoffpfad 42 weist eine oder mehrere Endstufen 50 zur Ansteuerung von Einspritzventilen 52 auf und der Luftpfad 44 weist eine oder mehrere Endstufen 54 zur Ansteuerung von zugeordneten Luftmassenstellgliedern 56 auf. Ein Beispiel eines Luftmassenstellglieds ist ein Drosselklappensteller, mit dem ein Öffnungswinkel D_DK einer Drosselklappe 58 eingestellt wird. Alternativ oder ergänzend kann im Luftpfad auch ein Ladedruck eines Abgasturboladers und/oder eine Stellung eines Abgasrückführventils und/oder eine Ventilerhebungskurve eines oder mehrerer Gaswechselventile eines Brennraums des Verbrennungsmotors variiert werden.
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Der Funktionsrechner 12 bildet die Stellsignale S_Z, S_K und S_L unter Zugriff auf im Programmspeicher 14 gespeicherte Programme und Daten so, dass der Verbrennungsmotor ein durch den Fahrer oder eine Steuerfunktion des Antriebsstrangs gefordertes Kupplungsmoment erzeugt. Steuerfunktionen des Antriebsstrangs, die Drehmomente anfordern, sind insbesondere Funktionen zur Maximaldrehzahlbegrenzung, Antischlupfregelung oder Fahrdynamikregelung, Funktionen, die einen Schaltvorgang im Wechselgetriebe oder die Wechselwirkung des Schaltvorgangs mit dem Antriebsstrang beeinflussen sollen, sowie Lastwechselschlag-Dämpfungsfunktionen. Auch hier gilt, dass diese Aufzählung nicht abschließend gemeint ist.
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Im Übrigen ist das Steuergerät 10 dazu eingerichtet, insbesondere dazu programmiert, das erfindungsgemäße Verfahren oder eine seine Ausgestaltungen durchzuführen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt die Einrichtung des Steuergeräts 10 durch Laden eines Computerprogramms mit den Merkmalen des unabhängigen Computerprogramm-Anspruchs von einem Computerprogramm-Produkt mit den Merkmalen des unabhängigen Computerprogramm-Produktanspruchs. Unter einem Computer-Programm-Produkt wird insofern jede Datei oder Sammlung von Dateien verstanden, die das Computerprogramm in gespeicherter Form enthält, sowie jeder Träger, der eine solche Datei oder Sammlung von Dateien enthält.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Funktionsblockdarstellung der für die Erfindung relevanten Funktionen des Steuergeräts 10. 2 verdeutlicht insofern sowohl Verfahrensaspekte als auch Vorrichtungsaspekte einer Ausgestaltung der Erfindung.
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Für die Bildung der Stellsignale bildet das Steuergerät 10 im Block 60 zunächst einen Sollwert MK_soll für das Kupplungsmoment MK. Diese Bildung erfolgt in Abhängigkeit von den oben genannten oder auch noch weiteren Drehmomentanforderungen. Darüber hinaus berechnet das Steuergerät 10 einen Istwert der Verlustmomente des Verbrennungsmotors. Dabei berechnet es insbesondere einen Istwert MR_ist des Reibungsmomentes MR. In der dargestellten Ausgestaltung erfolgt dies im Block 62.
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Im Block 64 wird der Istwert MR_ist des Reibungsmoments zu dem Sollwert MK_soll für das Kupplungsmoment addiert. Das Ergebnis der Addition ist ein Sollwert MI_soll für das innere Drehmoment des Verbrennungsmotors, das erforderlich ist, um ein Kupplungsmoment in der Höhe des genannten Sollwertes MK_soll für das Kupplungsmoment bereitzustellen. Es versteht sich, dass weitere Verlustmomente, wie sie aus der Gaswechselarbeit und/oder dem Antrieb von Nebenaggregaten resultieren, analog berücksichtigt werden können. Im Block 66 werden die Stellgrößen S_Z für den Zündpfad 40, S_K für den Kraftstoffpfad 42 und S_L für den Luftpfad 44 so gebildet, dass der Verbrennungsmotor das zur Bereitstellung des geforderten Kupplungsmoments MK_soll erforderliche innere Moment erzeugt.
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Die Bildung des Istwerts MR_ist für das Reibungsmoment erfolgt erfindungsgemäß so, dass zunächst ein Maß LL für die Laufleistung des Verbrennungsmotors bestimmt wird und dass der Istwert MR_ist des Verlustmomentes in Abhängigkeit von dem Maß LL für die Laufleistung ermittelt wird.
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In der dargestellten Ausgestaltung erfolgt die Bestimmung des Maßes LL für die Laufleistung dadurch, dass das Signal des Wegstreckenzählers 37 als Maß für die Laufleistung LL ermittelt wird. Alternativ oder ergänzend wird das Maß LL für die Laufleistung in anderen Ausgestaltungen als Integral eines Fahrgeschwindigkeitssignals oder als Integral der Drehzahl n des Verbrennungsmotors seit einem ersten Start des Verbrennungsmotors ermittelt.
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Weiter alternativ oder ergänzend erfolgt die Ermittlung des Maßes für die Laufleistung jeweils mit einer ergänzenden Gewichtung der Last des Verbrennungsmotors, die sich in dem Soll- und/oder Ist-Drehmoment des Verbrennungsmotors und/oder seinen Ansaugluftmassenstromwerten und/oder Kraftstoffeinspritzmengen abbildet. Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der ein Maß für die Laufleistung als Integral des seit einem ersten Start des Verbrennungsmotors aufsummierten oder integrierten Drehmomentes des Verbrennungsmotors gebildet wird, wie es zum Beispiel als Reibmoment durch den Block 62 bereitgestellt wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Istwert des Verlustmoments, insbesondere also der Istwert MR_ist des Reibmoments, in Abhängigkeit von Verlustmomentwerten ermittelt, die in Form einer Kennlinie oder in Form von Teilen eines Kennfeldes gespeichert sind. Für die Ermittlung wird die Kennlinie oder das Kennfeld durch das im Betrieb des Verbrennungsmotors ermittelte Maß LL für die Laufleistung adressiert. Dabei ist bevorzugt, dass ein aktueller Wert des Verlustmoments zusätzlich in Abhängigkeit von einem aktuellen Wert der Drehzahl n des Verbrennungsmotors bestimmt wird.
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3 zeigt ein solches Kennfeld, in dem Reibmoment-Laufleistungskennlinien 70, 72, 74, 76 für verschiedene Werte der Drehzahl n des Verbrennungsmotors aufgetragen sind. Diese Werte sind für einen bestimmten Verbrennungsmotortyp auf einem Prüfstand ermittelt worden. Auf der Abszisse sind Wegstrecken in Km als Maß für die Laufleistungen LL aufgetragen. Auf der Ordinate sind die zugehörigen Reibmomentwerte in Nm aufgetragen. Man erkennt insbesondere, dass die bei kleinen Werten der Laufleistung hohen Werte des Reibmomentes mit zunehmender Laufleistung stark abnehmen. Am Verlauf der Kurve 76 erkennt man insbesondere, dass das Reibmoment bei einer hohen Drehzahl und einer kleinen Laufleistung um mehr als zehnmal so groß sein kann, wie beim gleichen Drehzahlwert, aber größerer Laufleistung. Es ist dieser große Unterscheid, der beim Stand der Technik für die zeitraubenden Adaptionen verantwortlich ist und der bei der Erfindung eliminiert oder zumindest verringert wird.
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Ein weitere Ausgestaltung sieht vor, dass ein aktueller Wert des Verlustmoments, insbesondere des Reibmoments, zusätzlich in Abhängigkeit von einer Temperatur des Verbrennungsmotors bestimmt wird. Dabei wird das Reibmoment mit zunehmender Temperatur stark abnehmen, weil die Viskosität des Schmiermittels mit zunehmender Temperatur stark absinkt.
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Bevorzugt ist auch, dass die gespeicherten Verlustmomentwerte durch eine überlagerte Regelung adaptierbar sind. Eine Ausgestaltung einer solchen Adaption nutzt das Verhalten eines Regelkreises zur Regelung der Leerlaufdrehzahl aus. Angenommen, der für die aktuelle Leerlaufdrehzahl und Laufleistung gespeicherte Reibmomentwert ist zu klein. Dann wird der Stellgrößenbildung auch ein zu kleiner Wert für das innere Moment zugrundegelegt, was in einem zu kleinen Kupplungsmoment und einer fallenden oder zu niedrigen Leerlaufdrehzahl resultiert. Die Stellgröße der Leerlaufdrehzahlregelung wird dann im zeitlichen Mittel von ihrem neutralen Wert abweichen, weil sie ein zusätzliches Moment anfordert, das den durch die Fehlanpassung des gespeicherten Reibmomentwertes hervorgerufenen Fehlbetrag kompensiert. Bei einem multiplikativen Eingriff ist der neutrale Wert gleich 1.
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Bei zu klein gewähltem Basiswert oder Vorsteuerwert in Form eines zu kleinen Reibmomentwerts wird der Eingriff dann im zeitlichen Mittel größer als 1 sein. Angenommen, der Wert des Eingriffs ist im zeitlichen Mittel gleich 1,1, weil der gespeicherte Reibmomentwert um einen Faktor 1/1,1 zu klein ist. Durch einen Adaptionsschritt wird der gespeicherte Wert durch das 1,1-fache seines Wertes überschrieben. Ein solche Adaption steigert die Genauigkeit, mit der die Verlustmomentwerte bereitgestellt werden, wobei die Bereitstellung der Basiswerte die Dauer der Adaption zumindest verringert.
