DE102010044142A1

DE102010044142A1 - Verfahren zum Ausblenden einer Störung

Info

Publication number: DE102010044142A1
Application number: DE102010044142A
Authority: DE
Inventors: Claudius Bevot; Thomas Schulz; Thomas Steinert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2012-05-24
Also published as: CN102467146A; JP2012108914A; US20120126882A1; US9423792B2; JP5944146B2

Abstract

Bei einem Verfahren zum Ausblenden einer Störung einer Regelgröße in einem Regelkreis, bei dem die Stellgröße das Nutzsignal ist, wird die Regelgröße fortlaufend in jeweils zwei aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten erfasst, die Werte der Regelgröße subtrahiert und bei Abweichung des Betrags der Differenz um einen vorgegeben Sollwert wenigstens ein Regelparameter so verändert, dass die Reaktion der Stellgröße auf die Störung minimiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausblenden einer Störung einer Regelgröße in einem Regelkreis, bei dem die Stellgröße das Nutzsignal ist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet sind.
Stand der Technik
Derartige Regelkreise finden in den unterschiedlichsten Gebieten der Technik Verwendung. Sie werden insbesondere auch in der Automobiltechnik eingesetzt. So beruht beispielsweise die Beseitigung von Giftstoffen in Abgasen von Brennkraftmaschinen auf Regelkreisen, z. B. dem einer geregelten Lambdasonde, bei der die Stellgröße, der Pumpstrom, das Nutzsignal darstellt. Die Regelgröße ist dagegen die Nernstspannung, die auf einen vorgegebenen Wert (450 mV) eingeregelt wird. Wenn dieser Wert der Nernstspannung erreicht ist, weist das Abgas einen Wert von Lambda = 1 auf. Der Lambdawert wird über die Stellgröße, das heißt den Pumpstrom, auf an sich bekannte Weise bestimmt. Bei einem derartigen Regelkreis können nun Störungen auftreten, die die Regelung beeinflussen, wobei insbesondere auch die Regelgröße, im Falle einer Lambdasonde, also die Nernstspannung, nachteilig beeinflusst wird. So kann beispielsweise über die Anschlussleitung, z. B. in einem Kabelbaum, eine Störgröße, die nicht mit dem Nutzsignal oder der Regelgröße in Verbindung steht, eingekoppelt werden. Eine solche Einkopplung kann beispielsweise aufgrund von Störungen, die von Piezo-Injektoren bei Dieselbrennkraftmaschinen erzeugt werden, oder auf andere Weise oder einfach nur aufgrund von EMV-Störeinflüssen entstehen.
Eine derartige Störung zeichnet sich beispielsweise durch eine, verglichen mit der Regelgröße, schnellere Signal-Anstiegs- oder -Abfallzeit aus, die Störung ändert sich damit schneller pro Zeiteinheit als die Regelgröße selbst. In einem Regelkreis kann nun nicht ohne Weiteres eine solche Störung von einer Regelabweichung unterschieden werden. Als eine Folge davon kann eine Veränderung der Stellgröße und damit eine negative Beeinflussung, sprich Verfälschung des Nutzsignals resultieren. Um solche störenden Einflüsse zu beseitigen, sind aus dem Stand der Technik im Wesentlichen drei Maßnahmen bekannt. Zum einen wird das Nutzsignal gefiltert. Diese Filterung verringert den durch die eingekoppelte Störung verursachten Fehler des Nutzsignals. Eine zweite Maßnahme ist die Filterung der Regelgröße. Dies führt zu einer Verringerung der Amplitude der Störgröße. Schließlich kann der Regelkreis auch extrem verlangsamt werden, beispielsweise durch einen niedrigen P-Anteil der Regelcharakteristik. Nachteilig hierbei ist, dass mit diesen herkömmlichen Methoden eine Dämpfung der Störung immer mit einer Dämpfung oder einem Dynamikverlust des Nutzsignals einhergeht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ausblenden einer Störung einer Regelgröße der eingangs beschriebenen Art dahingehend weiterzubilden, dass eine Störung nicht nur identifiziert werden kann, sondern dass die Störung so ausgeblendet und minimiert wird, dass die Auswirkung auf das Nutzsignal möglichst klein sind, wobei die Dynamik des ungestörten Nutzsignals möglichst erhalten bleiben soll.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Ausblenden einer Störung einer Regelgröße in einem Regelkreis der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass die Regelgröße fortlaufend in jeweils zwei aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten erfasst wird, die Werte der Regelgröße subtrahiert werden und bei Abweichung des Betrags der Differenz um einen vorgebbaren Sollwert wenigstens ein Regelparameter so verändert wird, dass die Reaktion der Stellgröße auf die Störung minimiert wird. Grundidee der Erfindung ist es also, die zeitliche Entwicklung der Regelgröße zu beobachten und die Veränderungen durch Vergleich mit einer vorgebbaren Sollgröße gewissermaßen zu beobachten und zu plausibilisieren. Die fortlaufende Überwachung der Regelgröße erfolgt fortlaufend in jeweils zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten. Wird eine Veränderung festgestellt, werden die Regelparameter verändert, sodass in darauffolgenden Beobachtungszeitpunkten eine Veränderung der Regelgröße eintritt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Regelkreis nicht auf die unerwünschte Störung reagiert.
In der vorliegenden Erfindung wird zwischen Regelgröße und Regelparameter unterschieden. Unter Regelgröße wird nachfolgend die einzuregelnde Größe, im Falle einer Lambdasonde also beispielsweise die Nernstspannung, verstanden, wohingegen unter dem Begriff Regelparameter Parameter des Reglers, also beispielsweise der P-Anteil, der I-Anteil oder der D-Anteil bei einem PID-Regler oder die Regelgeschwindigkeit oder dergleichen verstanden wird.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.
So sieht eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens vor, dass das Nutzsignal, also die Stellgröße, während der Veränderung des wenigstens einen Regelparameters nicht verwendet wird und/oder als nicht verwendbar gekennzeichnet wird. Dem liegt die Idee zugrunde, dass nachdem eine Störung erkannt wurde und infolgedessen auch die Stellgröße, das Nutzsignal verfälscht ist, diese nicht verwendet werden kann. Dies trifft auch zu während der Veränderung der Regelparameter.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht nun vor, alle Regelparameter auf ihre Anfangswerte zurückzusetzen.
Eine wiederum andere Ausgestaltung sieht vor, die Verstärkung im Regelkreis zu verringern. Selbstverständlich können auch die letztgenannten beiden Varianten miteinander kombiniert werden.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Vergleich der Regelgröße mit der externen Sollgröße in vorgebbaren zeitdiskreten Abständen erfolgt. Auf diese Weise muss keine kontinuierliche Überwachung vorgesehen sein, sondern der Vergleich erfolgt nur von Zeit zu Zeit. Hierdurch wird die Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöht, da die Rechenzeit verringert wird für den Fall, dass der Regler als Softwareprogramm realisiert ist.
Das Verfahren kann sehr vorteilhaft als Computerprogramm realisiert werden und auf einem Computer, beispielsweise einem Steuergerät einer Brennkraftmaschine, ablaufen. Dabei kann ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode vorgesehen sein, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist. Dies ermöglicht es, das Programm auch in bestehende Steuergeräte gewissermaßen „einzuspielen” und insoweit entsprechende Erweiterungen bei bestehenden Systemen vorzusehen.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Bei einem an sich bekannten Regelkreis, z. B. einer Lambdasonde, ist die Stellgröße oder das Nutzsignal der Pumpstrom. Die Regelgröße ist dagegen die abgegriffene Nernstspannung der Sonde, die in einem Komparator mit einem vorgegebenen Wert, zum Beispiel 450 mV, verglichen wird. Abhängig von diesem Vergleich wird der Pumpstrom geregelt, und zwar so, dass die Abweichung verschwindet. In diesem Falle weist das Abgas eine Luftzahl Lambda = 1 auf. Der Pumpstrom ist als Nutzsignal ein Maß für den Lambdawert des Abgases. Über Anschlussleitungen, z. B. über den Kabelbaum, können nun Störgrößen, die nicht mit dem Nutzsignal oder der Regelgröße in Verbindung stehen, z. B. aufgrund von elektromagnetischen Einkopplungen, beispielsweise verursacht durch einen Piezo-Injektor bei einer Dieselbrennkraftmaschine in die Regelgröße, aber auch in die Stellgröße eingekoppelt werden. Derartige Störungen sind gekennzeichnet durch eine schnellere Signal-Anstiegs- oder -Abfallzeit als die Regelgröße und ändern sich damit pro Zeiteinheit schneller als die Regelgröße. Ein Regelkreis, wie er beispielsweise bei der Lambdasonde eingesetzt wird und an sich bekannt ist, kann in diesem Falle nicht zwischen der Störung und einer Regelabweichung unterscheiden. Als Reaktion auf die Störung erfolgt damit eine Veränderung der Stellgröße und damit des Nutzsignals und hieraus resultiert eine negative Beeinflussung, das heißt eine Verfälschung des Nutzsignals. Um derartige Verfälschungen auszuschließen, ist nun erfindungsgemäß ein insbesondere digitaler Regelkreis für den Betrieb des Sensors, z. B. einer Breitbandlambdasonde, in einem Motorsteuergerät vorgesehen, der beispielsweise aus einem Rechenwerk besteht, und der die Regelgröße fortlaufend in jeweils aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten abtastet, erfasst, die Differenz der beiden erfassten Regelgrößen bildet und den Betrag der Differenz mit einer gespeicherten und vorgegebenen Sollgröße vergleicht. Die Sollgröße wird dabei so vorgegeben, dass sie eine Veränderung der Regelgröße in einem ungestörten Regelkreislauf widerspiegelt. Die Sollgröße wird beispielsweise anhand eines ungestörten vergleichbaren Regelkreises ermittelt oder sie wird rechnerisch simuliert. Der Vergleich erfolgt dabei in zeitdiskreten Abständen, also von Zeit zu Zeit. Wenn sich zwischen zwei Zeitpunkten die Regelgröße um einen Betrag ändert, der größer als ein festgelegter Grenzwert ist, wird eine Störung erkannt und es werden beispielsweise die Regelparameter des Reglers zurückgesetzt. Alternativ kann auch beispielsweise die Verstärkung im Regelkreis durch Anpassung der Regelparameter verringert werden oder es erfolgt eine Kombination aus beiden Maßnahmen. Der Vergleich mit dem Grenzwert, der einstellbar ist oder auch von vornherein festgelegt ist, kann durch einen Zahlenvergleich erfolgen oder es kann auch eine rechenwerksinterne Überlaufanzeige genutzt werden. Das Auslösen dieser Reaktion kann entweder regelschaltungsintern geschehen oder durch Auswerten eines Triggersignals, z. B. eines Digitalflags, oder indem eine analoge Spannung durch die Regelschaltung erzeugt wird. Das Auswerten des Triggersignals kann beispielsweise durch einen externen Mikrocomputer erfolgen, der dann die Auswerteschaltung entsprechend zurücksetzt oder konfiguriert. Der Mikrocomputer kann allerdings auch Teil des Steuergeräts sein. Durch diese Maßnahmen wird die Stellgröße, also das Nutzsignal, für eine möglichst kleine Zeit ungültig, im Idealfall für die Dauer der Störung. Ein bis zwei Rechenzyklen nach Abklingen der Störung kann das Nutzsignal wieder unverfälscht ermittelt werden. Die ungültigen Nutzsignalwerte können z. B. durch ein Flag gekennzeichnet werden, sie werden in der weiteren Auswertung nicht berücksichtigt.
Das vorstehend beschriebene Verfahren kann als Computerprogramm implementiert werden und insoweit auch bei bestehenden Steuergeräten nachgerüstet werden. Es ist im Prinzip auch möglich, das Verfahren durch einen analogen Regelkreis zu realisieren.

Claims

Verfahren zum Ausblenden einer Störung einer Regelgröße in einem Regelkreis, bei dem die Stellgröße das Nutzsignal ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgröße fortlaufend in jeweils zwei aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten erfasst wird, die Werte der Regelgröße subtrahiert werden und bei Abweichung des Betrags der Differenz um einen vorgegeben Sollwert wenigstens ein Regelparameter so verändert wird, dass die Reaktion der Stellgröße auf die Störung minimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nutzsignal während der Veränderung des wenigstens einen Regelparameters nicht verwendet wird und/oder als nicht verwendbar gekennzeichnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Regelparameter auf ihre Anfangswerte zurückgesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung im Regelkreis durch Veränderung der Regelparameter verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich in vorgebbaren zeitdiskreten Abständen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße der Pumpstrom einer geregelten Lambdasonde ist.
Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wenn das Programm auf einem Computer oder einem Steuergerät ausgeführt wird.