DE102012003581B3 - Compressor governor for a combustion engine for inserting into a motor vehicle, has an interface for combustion engine, through which a control action on the combustion engine is carried out - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leerlaufregler und ein Verfahren zum Betrieb von Brennkraftmaschinen für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug.The present invention relates to an idle speed controller and a method for operating internal combustion engines for use in a motor vehicle.
Stand der TechnikState of the art
Bei modernen Steuerungen und Regelungen für Brennkraftmaschinen wird für den Einsatz in herkömmlichen Kraftfahrzeugen eine Drehzahlregelung im Leerlaufzustand, also im unteren Last- und Drehzahlbereich, vorgenommen. Im Leerlaufzustand der Brennkraftmaschine wird die Drehzahl der Abtriebswelle beziehungsweise der Kurbelwelle geregelt, um Schadstoffemissionen zu vermindern und den Kraftstoffverbrauch gering zu halten. Die Hauptaufgabe der Regelung besteht darin, die Drehzahl der Kurbelwelle bei unterschiedlicher Leistungsanforderung von Verbrauchern, zum Beispiel von Klimaanlage oder Generator, konstant zu halten. Weitere Einflussgrößen sind dabei Umwelt- und Fahrzeugparameter, wie beispielsweise eine Temperatur der Brennkraftmaschine oder ein unterschiedlicher Batterieladezustand. Ziel ist daher die Einregelung der Leerlaufdrehzahl auf eine Solldrehzahl und deren Konstanthalten bei unterschiedlichen Lastmomenten. Unter Lastmomenten werden hierbei mittel- oder unmittelbar bremsend auf die Kurbelwelle einwirkende Momente verstanden, die beispielsweise vom Generator, der Klimaanlage, Unterstützungsaggregaten, wie Öl- oder Lenkhilfepumpe, verursacht werden.In modern controls and regulations for internal combustion engines, a speed control in the idle state, ie in the lower load and speed range, made for use in conventional vehicles. In the idling state of the internal combustion engine, the speed of the output shaft or the crankshaft is controlled in order to reduce pollutant emissions and to keep fuel consumption low. The main task of the control is to keep the speed of the crankshaft constant at different power requirements of consumers, for example, air conditioning or generator. Other factors influencing environmental and vehicle parameters, such as a temperature of the internal combustion engine or a different battery state of charge. The aim is therefore the adjustment of the idle speed to a target speed and their constant holding at different load torques. In this case, load moments are understood to mean moments acting on the crankshaft directly or indirectly braking, which are caused, for example, by the generator, the air conditioning system, support units such as oil or power steering pump.
Herkömmliche Leerlaufregler sind als geschlossener Regelkreis ausgeführt. Dabei wird eine aktuelle Drehzahl der Kurbelwelle mit einer Solldrehzahl verglichen und entsprechend der dadurch gebildeten Differenz eine Stellgröße für einen Eingriff auf ein Stellglied, mit dem sich die Drehzahl steuern lässt, durch einen Regler ausgeführt. Der Regler ist dabei dem Regelkreis mit seiner Regelstrecke und möglichen Störgrößen und Messeinrichtungen angepasst. Für die Erfassung der Drehzahl wird ein Kurbelwellengeberrad mit Zähnen verwendet. Als Stellglied zur Drehzahlregelung der Brennkraftmaschine kann ein Eingriff zum Beispiel auf eine Drosselklappe, einen Zündwinkel oder auch auf Einspritzparameter, wie Einspritzmenge und Einspritzzeitpunkt, vorgenommen werden.Conventional idle controllers are designed as a closed loop. In this case, a current rotational speed of the crankshaft is compared with a target rotational speed and, in accordance with the difference formed thereby, a manipulated variable for engagement with an actuator with which the rotational speed can be controlled is carried out by a regulator. The controller is adapted to the control loop with its controlled system and possible disturbances and measuring devices. For the detection of the speed, a Kurbelwellengeberrad is used with teeth. As an actuator for speed control of the internal combustion engine, an intervention can be made, for example, on a throttle valve, an ignition angle or on injection parameters, such as injection quantity and injection timing.
Weiterhin werden Regelverfahren verwendet, welche auf mathematischen dynamischen Modellen zur Bestimmung von Zustandsvariablen beruhen, um das dynamische Verhalten der Brennkraftmaschine darzustellen. Bei diesen Regelverfahren wird die Brennkraftmaschine als dynamisches System angesehen, dessen innere Zustände durch Zustandsvariablen beschrieben werden. Durch die geeigneten mathematischen dynamischen Modelle werden die weitere zeitliche Entwicklung sowie messbare Ausgangsgrößen des dynamischen Systems berechnet und die Ergebnisse als Rückkopplungsgrößen in die Berechnung der Steuerparameter für die Drehzahl zurückgeführt.Furthermore, control methods based on mathematical dynamic models for determining state variables are used to represent the dynamic behavior of the internal combustion engine. In these control methods, the internal combustion engine is regarded as a dynamic system whose internal states are described by state variables. By means of suitable mathematical dynamic models, the further development over time as well as measurable output variables of the dynamic system are calculated and the results are fed back as feedback variables into the calculation of the control parameters for the rotational speed.
Aus der Patentschrift
In der Offenlegungsschrift
Aus der deutschen Übersetzung einer Europäischen Patentschrift
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen verbesserten Leerlaufregler und ein Verfahren zum Betrieb von Brennkraftmaschinen für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug bereitzustellen.The present invention is based on the object to provide an improved idle speed controller and a method for operating internal combustion engines for use in a motor vehicle.
Lösung der AufgabeSolution of the task
Die Aufgabe wird durch einen Leerlaufregler nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 und ein Verfahren nach den Merkmalen des Patentanspruches 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel.The object is achieved by an idle controller according to the features of
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Die Erfindung stellt einen verbesserten Leerlaufregler und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb von Brennkraftmaschinen bereit, mit dem eine komfortable Drehzahlregelung im Leerlauf einer Brennkraftmaschine ermöglicht wird. Der Leerlauf einer Brennkraftmaschine definiert sich im Betrieb bei niedrigen Kurbelwellendrehzahlen entsprechend einem Einsatzbereich der Brennkraftmaschine zwischen 200 und 2500 Umdrehungen in der Minute, wobei von der Brennkraftmaschine gerade soviel Antriebsleistung abgegeben wird, wie zum Erhalten des Betriebs der Brennkraftmaschine und deren Nebenaggregate selbst notwendig ist. Für die Drehzahlregelung verwendet die Erfindung ein nichtlineares mathematisches Modell, welches die für die Leerlaufregelung relevanten Größen im Vergleich zu den bekannten Verfahren exakter berechnet. Es folgt eine mathematisch exaktere Beschreibung und dementsprechend eine höhere Robustheit gegenüber den bekannten Verfahren.The invention provides an improved idle speed controller and an improved method for operating internal combustion engines, with which a comfortable speed control at idle of an internal combustion engine is made possible. The idling of an internal combustion engine defines itself in operation at low crankshaft speeds corresponding to a range of application of the internal combustion engine between 200 and 2500 revolutions per minute, which just as much drive power is delivered by the internal combustion engine, as is necessary for maintaining the operation of the internal combustion engine and its ancillaries themselves. For the speed control, the invention uses a non-linear mathematical model, which calculates the variables relevant for the idling control more accurately compared to the known methods. This is followed by a mathematically exact description and accordingly a higher robustness compared to the known methods.
Die Erfindung beruht auf einer Regelung mit einem parallel zur tatsächlichen, realen Brennkraftmaschine laufenden nichtlinearen mathematischen Modell. Für die Regelung der Leerlaufdrehzahl, also der Kurbelwellendrehzahl im Leerlaufzustand der Brennkraftmaschine, wird die Abweichung zwischen einer realen Kurbelwellendrehzahl der realen Brennkraftmaschine und einer mittels des nichtlinearen mathematischen Modells modellierten Kurbelwellendrehzahl der modellierten Brennkraftmaschine zurückgeführt und zur Verschiebung beziehungsweise zur Korrektur einer Sollwertvorgabe für die Kurbelwellendrehzahl verwendet. Die korrigierte Sollwertvorgabe für die Kurbelwellendrehzahl wird zu einer ersten Steuergröße zur Beeinflussung der Verbrennung weiterverarbeitet. Die erste Stellgröße ist eine die Verbrennung unmittelbar beeinflussende Stellgröße z. B. der Zündwinkel, mit dem der Wirkungsgrad der Verbrennung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine variiert werden kann, um somit das aus der Verbrennung hervorgehende Drehmoment und somit die Kurbelwellendrehzahl zu steuern.The invention is based on a control with a parallel to the actual, real internal combustion engine non-linear mathematical model. For the control of the idling speed, that is the crankshaft speed in the idling state of the internal combustion engine, the deviation between a real crankshaft speed of the real engine and a modeled by the non-linear mathematical model crankshaft speed of the modeled internal combustion engine is returned and used to shift or to correct a setpoint input for the crankshaft speed. The corrected setpoint specification for the crankshaft speed is further processed to a first control variable for influencing the combustion. The first manipulated variable is a manipulated variable z directly influencing the combustion. For example, the ignition angle at which the efficiency of combustion in a combustion chamber of the internal combustion engine can be varied so as to control the combustion resulting torque and thus the crankshaft speed.
Weiterhin ist eine Sollwertvorgabe für eine Drehmomentreserve vorgesehen, welche zusammen mit der korrigierten Sollwertvorgabe für die Kurbelwellendrehzahl zu einer weiteren Stellgröße verarbeitet wird, um die Luftfüllung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine zu steuern. Die weitere Stellgröße kann dafür ein Drosselklappenwinkel sein, mit dem die Luftfüllung, also die Luftmasse in einem Brennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine, variiert werden kann, um somit ein aus der Verbrennung hervorgehendes, maximal erreichbares Drehmoment zu steuern. Ausgehend von einem aktuellen Drehmoment der Brennkraftmaschine soll eine Drehmomentreserve bereitgestellt werden, wobei sich das maximal erreichbare Drehmoment aus einem aktuellen Soll- oder Ist-Drehmoment und der Drehmomentreserve zusammensetzt. Beispielsweise wird durch eine Zündwinkelsteuerung eine Drehmomentreserve realisiert, indem eine Luftfüllung eingestellt wird, die ein über dem aktuell abgeforderten Ist-Drehmoment liegendes maximal erreichbares Drehmoment ermöglicht und durch einen Zündwinkelvorhalt hin zu einem nicht drehmomentoptimalen Zündwinkel eine Drehmomentreserve für die eingestellte Luftfüllung erzielt wird. Im Falle eines sprunghaft ansteigenden abgeforderten Drehmoments, zum Beispiel beim Zuschalten einer Klimaanlage, kann das zusätzlich abgeforderte Drehmoment über die schnell wirkende Zündwinkelsteuerung ausgeglichen werden. Der langsamer zu steuernde Pfad der Luftfüllung wird nachfolgend zum Wiederaufbau der Drehmomentreserve nachgeführt.Furthermore, a setpoint specification for a torque reserve is provided, which is processed together with the corrected setpoint input for the crankshaft speed to another manipulated variable to control the air charge in a combustion chamber of the internal combustion engine. The further manipulated variable can be a throttle valve angle with which the air charge, ie the air mass in a combustion chamber of a cylinder of the internal combustion engine, can be varied in order to control a maximum torque that can be achieved from the combustion. Based on a current torque of the internal combustion engine, a torque reserve is to be provided, wherein the maximum achievable torque is composed of a current setpoint or actual torque and the torque reserve. For example, a torque reserve is realized by a Zündwinkelsteuerung by an air charge is set, which allows a lying above the currently requested actual torque lying maximum achievable torque and Zündwinkelvorhalt out to a non-torque optimal ignition angle torque reserve for the set air filling is achieved. In the event of a sudden increase in demanded torque, for example, when switching on an air conditioner, the additionally requested torque can be compensated by the fast-acting ignition angle control. The slower to be controlled path of air filling is subsequently tracked to rebuild the torque reserve.
Aufgrund der exakten, nichtlinearen Modellierung der Regelstrecke und der damit verbundenen Modellgenauigkeit verringert sich die Gefahr eines instabilen oder schwingenden Regelkreises, was zu einer Verbesserung der Robustheit der Regelung führt. Darüber hinaus ist eine explizite Berücksichtigung von Stellgrößenbeschränkungen als ein weiterer Vorteil problemlos möglich.Due to the exact, non-linear modeling of the controlled system and the associated model accuracy reduces the risk of an unstable or oscillating control loop, which leads to an improvement in the robustness of the scheme. In addition, an explicit consideration of manipulated variable restrictions as a further advantage is easily possible.
Zur Verbesserung der Regelung bei unterschiedlichen Last- beziehungsweise Bremsmomenten wird ein nichtlinearer Störgrößenbeobachter eingeführt. Dieser schätzt auf Basis eines exakten Modells der Kurbelwellendynamik ein wirkendes Lastbeziehungsweise Bremsmoment, welches eine gemessene Drehzahl der Kurbelwelle, eine gemessene füllungsbestimmende Größe, beispielsweise einen Saugrohrdruck oder einen Luftmassenstrom, sowie ein modelliertes antreibendes Drehmoment als Eingangsgrößen nutzt. Die Geschwindigkeit dieser Schätzung lässt sich ohne Rückwirkung auf die Dynamik der Führungsübertragung einstellen.To improve the control at different load or braking torques, a non-linear disturbance observer is introduced. Based on an exact model of the crankshaft dynamics, the latter estimates an effective load or braking torque which uses a measured rotational speed of the crankshaft, a measured fill-determining variable, for example an intake manifold pressure or an air mass flow, and a modeled driving torque as input variables. The speed of this estimation can be adjusted without affecting the dynamics of the transfer of leadership.
Die Regelung der Kurbelwellendrehzahl im Leerlaufbereich kann über einen Schwellenwert aktiviert werden, welcher mit einer Differenz zwischen der realen Drehzahl und einer Wunschdrehzahl verglichen wird. Das nichtlineare mathematische Modell wird dann mit aktuellen Messwerten für Kurbelwellendrehzahl, füllungsbestimmender Größe, Betriebstemperatur und Ansauglufttemperatur der Brennkraftmaschine initialisiert. Dafür benötigt das Verfahren neben der Identifikation des nichtlinearen mathematischen Modells nur zwei Parameter für die Vorgabe der gewünschten Dynamik der Führungsübertragung sowie nur einen Parameter zur Einstellung des nichtlinearen Störgrößenbeobachters. The control of the crankshaft speed in the idling range can be activated via a threshold, which is compared with a difference between the real speed and a desired speed. The nonlinear mathematical model is then initialized with current measurements of crankshaft speed, inflation determining magnitude, operating temperature, and engine intake air temperature. For this, in addition to the identification of the nonlinear mathematical model, the method requires only two parameters for specifying the desired dynamics of the guide transmission and only one parameter for setting the nonlinear disturbance observer.
Die Erfindung nutzt in vorteilhafter Weise die näherungsweise Unabhängigkeit der Verlustmomente der Brennkraftmaschine von der Kurbelwellendynamik im leerlaufnahen Bereich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt einen Leerlaufregler mit einer Regelstruktur bereit, welche zwei parallele Regelschleifen besitzt, wobei eine erste Regelschleife ein indiziertes Solldrehmoment mit hoher Dynamik und eine zweite Regelschleife ein bei Bedarf erreichbares, maximales Drehmoment zur Bereitstellung der Drehmomentreserve einstellt. Die zweite Regelschleife wird jedoch nur geschlossen, wenn die Drehmomentreserve der Brennkraftmaschine aufgebraucht ist. Andererseits wird das maximale verfügbare Drehmoment lediglich gesteuert. Das erreichbare Maximaldrehmoment lässt sich aus der aktuellen Füllungsinformation bestimmen. Beiden Regelschleifen ist der nichtlineare Störgrößenbeobachter zugeordnet, welcher ein Last- beziehungsweise Bremsmoment schätzt und zur Berechnung der Stellgrößen bereitstellt.The invention advantageously utilizes the approximate independence of the torques of the internal combustion engine from the crankshaft dynamics in the region close to the idling region. The device according to the invention provides an idle controller with a control structure having two parallel control loops, wherein a first control loop adjusts an indicated setpoint torque with high dynamics and a second control loop sets a maximum torque that can be achieved if necessary to provide the torque reserve. However, the second control loop is closed only when the torque reserve of the internal combustion engine is used up. On the other hand, the maximum available torque is only controlled. The achievable maximum torque can be determined from the current filling information. Both control loops are assigned the nonlinear disturbance observer, which estimates a load or braking torque and provides it for the calculation of the manipulated variables.
Dementsprechend stellt die Erfindung einen vorteilhaften Leerlaufregler einer Brennkraftmaschine für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug bereit, wobei der Leerlaufregler wenigstens eine Schnittstelle zur Brennkraftmaschine, über welche ein Stelleingriff auf die Brennkraftmaschine durchführbar ist, wenigstens eine weitere Schnittstelle, über welche aktuelle Messgrößen der Brennkraftmaschine erfassbar sind, wenigstens ein parallel zur Brennkraftmaschine betriebenes mathematisches Modell und wenigstens eine Recheneinheit zur Berechnung wenigstens einer Stellgröße umfasst, wobei die Struktur des Leerlaufreglers wenigstens zwei parallel wirkende, voneinander abhängige Regelschleifen umfasst, wobei in einer ersten Regelschleife eine die Verbrennung unmittelbar beeinflussende erste Stellgröße und in einer zweiten Regelschleife eine die Luftfüllung beeinflussende weitere Stellgröße berechenbar ist und wenigstens ein Störgrößenbeobachter mit den wenigstens zwei Regelschleifen verbunden ist, welcher ein Last- oder Bremsmoment schätzt und der wenigstens einen Recheneinheit zur Berechnung wenigstens einer Stellgröße zuführt.Accordingly, the invention provides an advantageous idling controller of an internal combustion engine for use in a motor vehicle, wherein the idle controller at least one interface to the internal combustion engine, via which a control intervention on the internal combustion engine is feasible, at least one further interface, via which current measured variables of the internal combustion engine can be detected, at least one operated parallel to the internal combustion engine mathematical model and at least one arithmetic unit for calculating at least one manipulated variable, wherein the structure of the idle controller comprises at least two mutually parallel, interdependent control loops, wherein in a first control loop, a combustion directly influencing first manipulated variable and in a second Control loop a the air filling influencing further control variable is calculated and at least one Störgrößenbeobachter with the at least two control loops ve is rbunden, which estimates a load or braking torque and the at least one computing unit for calculating at least one manipulated variable supplies.
Erfindungsgemäß vorteilhaft arbeitet die erste Regelschleife mit im Vergleich höherer Dynamik als die zweite Regelschleife, da mittels der ersten Stellgröße eine direkte Beeinflussung der Verbrennung und somit ein deutlich schnellerer Eingriff auf die Brennkraftmaschine ermöglicht wird. Mittels der weiteren Stellgröße zur Beeinflussung der Luftfüllung ist nur ein durch die Trägheit des Luftpfades verzögerter Eingriff auf den Betrieb der Brennkraftmaschine möglich. Des Weiteren unterliegt die Bereitstellung der Drehmomentreserve einer geringeren Anforderung an eine Reglerdynamik.In accordance with the invention, the first control loop operates with comparatively higher dynamics than the second control loop, since a direct influencing of the combustion and thus a significantly faster intervention on the internal combustion engine are made possible by means of the first control variable. By means of the further manipulated variable for influencing the air filling only a delayed by the inertia of the air path intervention on the operation of the internal combustion engine is possible. Furthermore, the provision of the torque reserve is subject to a lower requirement for a controller dynamics.
Erfindungsgemäß vorteilhaft umfasst die erste Regelschleife eine erste Recheneinheit der Kurbelwellendrehzahl zur Berechnung eines Zündwinkels als Stellgröße und die zweite Regelschleife eine zweite Recheneinheit der Luftfüllung zur Berechnung eines Drosselklappenwinkels oder einer Hubkurvenverstellung von Gaswechselventilen als Stellgröße. Erfindungsgemäß vorteilhaft ist das parallel zur Brennkraftmaschine betriebene mathematische Modell als nichtlineares mathematisches Modell ausgeführt. Weiterhin ist der Störgrößenbeobachter als nichtlinearer Störgrößenbeobachter ausgeführt. Mit dem nichtlinearen Störgrößenbeobachter wird wenigstens eine aktuelle Messgröße zum Zustand der Brennkraftmaschine zu einem geschätzten Last- oder Bremsmoment verarbeitet. Als aktuelle Messgröße wird dabei eine füllungsbestimmende Größe, beispielsweise eine Saugrohrdruck oder ein Luftmassenstrom, und/oder eine Kurbelwellendrehzahl verwendet.According to the invention, the first control loop advantageously comprises a first arithmetic unit of the crankshaft speed for calculating an ignition angle as manipulated variable and the second control loop a second arithmetic unit of the air charge for calculating a throttle angle or a Hubkurvenverstellung of gas exchange valves as manipulated variable. According to the invention, the mathematical model operated parallel to the internal combustion engine is advantageously designed as a nonlinear mathematical model. Furthermore, the disturbance observer is designed as a nonlinear disturbance observer. With the nonlinear disturbance observer, at least one current measured variable relating to the state of the internal combustion engine is processed to an estimated load or braking torque. In this case, a fill-determining variable, for example an intake manifold pressure or an air mass flow, and / or a crankshaft rotational speed is used as the current measured variable.
Der erfindungsgemäße Leerlaufregler verarbeitet eine Sollwertvorgabe als Führungsgröße für eine Kurbelwellendrehzahl in der ersten Regelschleife und eine Sollwertvorgabe als Führungsgröße für eine Drehmomentreserve, welche für die komfortable Leerlaufregelung erforderlich ist, in der zweiten Regelschleife. Eine Regelung der Kurbelwellendrehzahl in der ersten Regelschleife verarbeitet die um die Differenz zwischen einer aktuellen Kurbelwellendrehzahl und einer mittels des nichtlinearen mathematischen Modells parallel berechneten Kurbelwellendrehzahl der Brennkraftmaschine korrigierten Sollwertvorgabe für die Kurbelwellendrehzahl zu einer Stellgröße, welche sowohl zur Steuerung der Brennkraftmaschine als auch als Eingang für das nichtlineare mathematische Modell dient. Eine Regelung der Luftfüllung in der zweiten Regelschleife verarbeitet die Sollwertvorgabe für die Drehmomentreserve und die korrigierte Sollwertvorgabe für die Kurbelwellendrehzahl zu einer Stellgröße, welche auch sowohl zur Steuerung der Brennkraftmaschine als auch als Eingang für das nichtlineare mathematische Modell dient.The idle controller according to the invention processes a setpoint input as a reference variable for a crankshaft speed in the first control loop and a setpoint input as a reference variable for a torque reserve, which is required for comfortable idling control, in the second control loop. A control of the crankshaft speed in the first control loop processes the setpoint input for the crankshaft speed corrected by the difference between a current crankshaft speed and a crankshaft speed of the internal combustion engine calculated in parallel using the non-linear mathematical model to a manipulated variable which is used both to control the internal combustion engine and as an input for the engine nonlinear mathematical model is used. A regulation of the air charge in the second control loop processes the setpoint specification for the torque reserve and the corrected setpoint input for the crankshaft speed to a manipulated variable, which also serves both to control the internal combustion engine and as an input for the non-linear mathematical model.
Der nichtlineare Störgrößenbeobachter verarbeitet die Stellgrößen für Kurbelwellendrehzahl und Luftfüllung sowie aktuelle Messgrößen aus dem Betrieb der Brennkraftmaschine, um eine Schätzung der Störung durchzuführen und um eine Aufschaltung in die Steuerung für Kurbelwellendrehzahl und Luftfüllung zur Verbesserung der Störunterdrückung vorzunehmen. Die Eingangswerte werden im nichtlinearen Störgrößenbeobachter zu einem geschätzten Last- oder Bremsmoment verarbeitet und zur Regelung innerhalb der beiden Regelschleifen eingebunden. Bei den aktuellen Messgrößen handelt es sich in erfindungsgemäß vorteilhafter Weise um eine aktuelle Kurbelwellendrehzahl und eine aktuelle Füllungsinformation. Als Füllungsinformation ist eine Messgröße zu verstehen, über welche eine direkte oder indirekte Bestimmung der Luftmasse im jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine möglich ist.The nonlinear disturbance observer processes the manipulated variables for crankshaft speed and Air filling and current measurements from the operation of the internal combustion engine to make an estimate of the fault and to make a connection to the controller for crankshaft speed and air filling to improve the noise suppression. The input values are processed in the nonlinear disturbance observer to an estimated load or braking torque and integrated for control within the two control loops. According to the invention, the current measured variables are advantageously a current crankshaft speed and a current charge information. The filling information is to be understood as a measured variable via which a direct or indirect determination of the air mass in the respective cylinder of the internal combustion engine is possible.
Dementsprechend ergibt sich ein erfindungsgemäß vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug, wobei sich die Brennkraftmaschine im Leerlaufzustand befindet und die Kurbelwellendrehzahl der Brennkraftmaschine unter Verwendung eines Leerlaufreglers geregelt wird. Der Leerlaufregler umfasst wenigstens eine Schnittstelle zur Brennkraftmaschine, über welche ein Stelleingriff auf die Brennkraftmaschine durchführbar ist, wenigstens eine weitere Schnittstelle, über welche aktuelle Messgrößen der Brennkraftmaschine erfassbar sind, wenigstens ein parallel zur Brennkraftmaschine betriebenes mathematisches Modell und wenigstens eine Recheneinheit zur Berechnung wenigstens einer Stellgröße. Basierend auf einer Sollwertvorgabe für eine Kurbelwellendrehzahl in einer ersten Regelschleife wird eine erste Stellgröße für die Beeinflussung der Verbrennung berechnet und zum Eingriff auf die Brennkraftmaschine und als Eingangsgröße in ein parallel zur Brennkraftmaschine betriebenes nichtlineares mathematisches Modell verwendet. Basierend auf einer Sollwertvorgabe für eine Drehmomentreserve in einer zweiten Regelschleife wird eine weitere Stellgröße für die Beeinflussung der Luftfüllung berechnet und zum Eingriff auf die Brennkraftmaschine und als Eingangsgröße in ein parallel zur Brennkraftmaschine betriebenes nichtlineares mathematisches Modell verwendet. Eine Drehzahldifferenz einer mittels des nichtlinearen mathematischen Modells modellierten, also berechneten Kurbelwellendrehzahl und einer aktuellen realen Kurbelwellendrehzahl der Brennkraftmaschine wird zur Korrektur der Sollwertvorgabe für die Kurbelwellendrehzahl verwendet. Diese korrigierte Sollwertvorgabe für die Kurbelwellendrehzahl zur Berechnung neuer Stellgrößen zur Beeinflussung der Verbrennung und der Luftfüllung wird in der jeweiligen Regelschleife weiterverwendet. Ein Störgrößenbeobachter schätzt basierend auf den Informationen zu den aktuellen Stellgrößen und aktuellen Messgrößen zum Zustand der Brennkraftmaschine ein Last- oder Bremsmoment und stellt dieses der Berechnung der Stellgrößen in der jeweiligen Regelschleife zur Verfügung.Accordingly, an advantageous according to the invention method for operating an internal combustion engine for use in a motor vehicle, wherein the internal combustion engine is in the idle state and the crankshaft speed of the internal combustion engine is controlled using an idle controller. The idle controller comprises at least one interface to the internal combustion engine, via which a control intervention on the internal combustion engine can be performed, at least one further interface via which current parameters of the internal combustion engine can be detected, at least one parallel to the internal combustion engine operated mathematical model and at least one arithmetic unit for calculating at least one manipulated variable , Based on a setpoint input for a crankshaft speed in a first control loop, a first control variable for influencing the combustion is calculated and used for engagement with the internal combustion engine and as an input in a parallel to the internal combustion engine operated non-linear mathematical model. Based on a setpoint specification for a torque reserve in a second control loop, a further manipulated variable for influencing the air charge is calculated and used for engagement with the internal combustion engine and as an input variable in a parallel to the internal combustion engine operated nonlinear mathematical model. A speed difference of a modeled by the non-linear mathematical model, ie calculated crankshaft speed and a current real crankshaft speed of the internal combustion engine is used to correct the setpoint input for the crankshaft speed. This corrected setpoint specification for the crankshaft speed for the calculation of new manipulated variables for influencing the combustion and the air filling is used in the respective control loop. A disturbance observer estimates a load or braking torque based on the information about the current manipulated variables and current measured variables for the state of the internal combustion engine and makes this available to the calculation of the manipulated variables in the respective control loop.
Ausführungsbeispielembodiment
Beispielhaft wird hier eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. In der dazugehörigen Figur ist eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Leerlaufreglers gezeigt.By way of example, an embodiment of the device according to the invention is shown here. In the accompanying figure, a schematic representation of the idle controller according to the invention is shown.
Der Leerlaufregler umfasst mehrere Schnittstellen mit einer Brennkraftmaschine (
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- BrennkraftmaschineInternal combustion engine
- 22
- nichtlineares mathematisches Modellnonlinear mathematical model
- 33
- erste Stellgrößefirst manipulated variable
- 44
- weitere Stellgrößeadditional manipulated variable
- 55
- reale Kurbelwellendrehzahlreal crankshaft speed
- 66
- modellierte Kurbelwellendrehzahlmodeled crankshaft speed
- 77
- DrehzahldifferenzSpeed difference
- 88th
- Recheneinheit der KurbelwellendrehzahlCalculation unit of the crankshaft speed
- 99
- Recheneinheit der LuftfüllungArithmetic unit of the air filling
- 1010
- Sollwertvorgabe für eine KurbelwellendrehzahlSetpoint specification for a crankshaft speed
- 1111
- korrigierte Sollwertvorgabe für die Kurbelwellendrehzahlcorrected setpoint specification for the crankshaft speed
- 1212
- Sollwertvorgabe für eine DrehmomentreserveSetpoint specification for a torque reserve
- 1313
- Störgrößenbeobachterdisturbance observer
- 1414
- Last- oder BremsmomentLoad or braking torque
- 1515
- aktuelle Messgrößencurrent measurements
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