DE102017219785A1 - Method for controlling a speed of an internal combustion engine with compensation of a dead time - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Drehzahl (NM) eines Verbrennungsmotors mittels eines Reglers (1), wobei bei der Regelung ein Streckenmodell (4) und ein Signalverarbeitungsmodell (5) zur Kompensation zumindest einer Totzeit (ttot) vorgesehen sind.

Figure DE102017219785A1_0000
The invention relates to a method for controlling a rotational speed (N M ) of an internal combustion engine by means of a controller (1), wherein a system model (4) and a signal processing model (5) are provided for the compensation of at least one dead time (t tot ).
Figure DE102017219785A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Drehzahl eines Verbrennungsmotors, bei der zumindest eine Totzeit mittels eines Streckenmodells und eines Signalverarbeitungsmodells kompensiert wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.The present invention relates to a method for controlling a rotational speed of an internal combustion engine, in which at least one dead time is compensated by means of a distance model and a signal processing model. Furthermore, the invention relates to a computer program that performs each step of the method when it runs on a computing device, and a machine-readable storage medium that stores the computer program. Finally, the invention relates to an electronic control device which is set up to carry out the method according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Heutzutage ist in Kraftfahrzeugen eine Regelung der Drehzahl eines Verbrennungsmotors üblich. In diesem geregelten Betrieb wird die Drehzahl mittels eines Drehzahlreglers (im Folgenden kurz als „Regler“ bezeichnet) auf einen vorgebbaren Wert eingestellt. Hierfür wird z.B. bei Dieselmotoren die in den Verbrennungsmotor eingespritzte Kraftstoffmenge entsprechend angepasst. Wie bei einer Regelung üblich, wird die Drehzahl ständig erfasst und mit einer Soll-Drehzahl verglichen. Dadurch werden auftretende Störgrößen automatisch ausgeregelt. Der Regler ist meist als modifizierter PI(Proportional-Integral)-Regler oder als PID(Proportional-lntegral-Differenzial)-Regler ausgebildet. Zur Regelung werden Reglerparameter für ein Nominalsystem verwendet, die je nach Fahrsituation, Umgebungsbedingungen und Gangstufe gesondert ausgelegt werden und oftmals in entsprechenden Kennfeldern abgelegt sind. Außerdem sind zusätzliche Maßnahmen, wie z. B. eine Sollwertnachführung, vorgesehen.Nowadays in motor vehicles regulating the speed of an internal combustion engine is common. In this controlled operation, the speed is set by means of a speed controller (hereinafter referred to as "controller") to a predetermined value. For this purpose e.g. in diesel engines, the amount of fuel injected into the internal combustion engine is adjusted accordingly. As is usual with a control, the speed is constantly detected and compared with a target speed. As a result, occurring disturbances are automatically corrected. The controller is usually designed as a modified PI (proportional-integral) controller or as a PID (proportional-integral-differential) controller. To control controller parameters are used for a nominal system, which are designed separately depending on the driving situation, environmental conditions and gear and are often stored in corresponding maps. In addition, additional measures, such. B. a setpoint tracking, provided.

Bei der Regelung entstehen häufig Totzeiten, also Zeitdauern zwischen einer Änderung eines Eingangssignals und der zugehörigen Signalantwort, d.h. einer Änderung des Ausgangssignals. Folglich beeinflussen die Totzeiten die Regelung. Besonders bei niedrigen Drehzahlen des Verbrennungsmotors wird der Einfluss der Totzeiten bei der Signalverarbeitung größer. Beispiele für solche Totzeiten sind eine Totzeit bei der Signalerfassung der Drehzahl, bei der ein Ausgangssignal der Signalerfassung zeitlich später ausgegebenen wird als die Drehzahl erfasst bzw. gemessen wurde, und eine Verbrennungstotzeit, die die bei veränderten Motorbedingungen variable Zeitdauer der Verbrennung beschreibt.In the scheme often occur dead times, ie periods between a change of an input signal and the associated signal response, i. a change of the output signal. Consequently, the dead times affect the regulation. Especially at low speeds of the internal combustion engine, the influence of dead times in the signal processing is greater. Examples of such dead times are a dead time in the signal detection of the rotational speed, at which an output signal of the signal detection is output later than the rotational speed was detected or measured, and a combustion dead time, which describes the variable duration of the combustion under changed engine conditions.

Bei geringer Zylinderanzahl, besonders bei weniger als vier Zylindern, führt der größer werdende Zündabstand zwischen den Zylindern zu entsprechend größeren Totzeiten.With a small number of cylinders, especially with less than four cylinders, the increasing ignition interval between the cylinders leads to correspondingly greater dead times.

Zudem treten Totzeiten an Kommunikationsschnittstellen auf, an denen eine Zeitdauer vergeht, bis das Signal übermittelt wurde. Es gibt Bestrebungen Softwarefunktionen zu zentralisieren und hierfür die Regelung der Drehzahl auf einem Zentralrechner des Kraftfahrzeugs zu implementieren. Hierfür sind zusätzliche Kommunikationsschnittstellen notwendig, die zu weiteren Totzeiten führen.In addition, dead times occur at communication interfaces where a period of time passes until the signal has been transmitted. There are efforts to centralize software functions and to implement the speed control on a central computer of the motor vehicle for this purpose. For this purpose, additional communication interfaces are necessary, which lead to further dead times.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird ein Verfahren zur Regelung einer Drehzahl eines Verbrennungsmotors mittels eines Reglers vorgeschlagen, bei der zumindest eine Totzeit mittels eines Streckenmodells und eines Signalverarbeitungsmodells kompensiert wird. Die Totzeit beschreibt eine Zeitdauer zwischen einer Änderung eines Eingangssignals und der zugehörigen Signalantwort, d.h. einer Änderung des Ausgangssignals. Dadurch entsteht eine zeitliche Verzögerung innerhalb der Regelung, wodurch die Güte der Regelung vermindert wird. Sofern die Totzeit im System bekannt ist, lassen sich die Einflüsse aus dieser Totzeit entsprechend korrigieren. Damit ist es möglich, die Regelung der Drehzahl so auszulegen, als wenn es keine Totzeit gäbe. Es ist anzumerken, dass durch die Kompensation die Totzeiten zwischen Eingangssignal und Ausgangssignal nicht tatsächlich entfallen. Durch die Kompensation der Totzeit wird deren negativer Effekt auf die Regelung verringert oder sogar komplett beseitigt, wodurch die Performance der Regelung gesteigert wird.A method is proposed for controlling a rotational speed of an internal combustion engine by means of a regulator, in which at least one dead time is compensated by means of a distance model and a signal processing model. The dead time describes a period of time between a change of an input signal and the associated signal response, i. a change of the output signal. This creates a time delay within the control, which reduces the quality of the control. If the dead time in the system is known, the influences from this dead time can be corrected accordingly. This makes it possible to interpret the control of the speed as if there were no dead time. It should be noted that due to the compensation, the dead times between input signal and output signal are not actually eliminated. By compensating the dead time, its negative effect on the control is reduced or even completely eliminated, whereby the performance of the control is increased.

Nachfolgend werden unterschiedliche Typen von Totzeiten beschrieben, die mittels des Verfahrens kompensiert werden können. Es ist hierbei zu beachten, dass weitere hier nicht beschriebene Typen von Totzeiten ebenfalls kompensiert werden können. Es kann eine Totzeit, die bei niedrigen Leerlaufdrehzahlen bei der Signalerfassung und/oder bei der Signalverarbeitung einer gemessenen Drehzahl auftritt, kompensiert werden. Diese Totzeit entsteht zwischen dem Erfassen der Drehzahl und dem Ausgeben eines Ausgangssignals. Die Totzeit kann durch die dazwischen ausgeführte Signalverarbeitung zusätzlich erhöht werden. Des Weiteren kann eine Verbrennungstotzeit, die eine bei geänderten Motorbedingungen für die Verbrennung notwendige Zeitdauer kennzeichnet, kompensiert werden. Weisen darüber hinaus Zylinder des Verbrennungsmotors erhöhte Zündabstände auf, führen diese zu einer größeren Totzeit. Solche erhöhten Zündabstände treten vor allem bei Verbrennungsmotoren mit einer geringen Anzahl von Zylindern, insbesondere bei Verbrennungsmotoren mit drei oder weniger Zylindern, auf. Mit anderen Worten erfolgt eine Kompensation der Totzeit, die aufgrund der erhöhten Zündabstände bei einer geringen Anzahl von Zylindern, insbesondere bei drei oder weniger Zylindern, auftritt. Außerdem wird eine Totzeit kompensiert, die an Kommunikationsstellen entsteht, wenn das Signal über die Kommunikationsstellen übermittelt wird.In the following, different types of dead times are described, which can be compensated by means of the method. It should be noted that other types of dead times not described here can also be compensated. It can be a dead time, which occurs at low idle speeds in the signal detection and / or in the signal processing of a measured speed compensated. This dead time arises between the detection of the rotational speed and the outputting of an output signal. The dead time can be additionally increased by the intervening signal processing. Furthermore, a combustion dead time, which characterizes a period of time required for combustion under changed engine conditions, can be compensated. In addition, cylinders of the internal combustion engine have increased ignition intervals, leading to a greater dead time. Such increased spark gaps occur especially in internal combustion engines with a small number of cylinders, especially in internal combustion engines with three or fewer cylinders. In other words, there is a compensation of the dead time, which occurs due to the increased ignition intervals with a small number of cylinders, in particular with three or fewer cylinders. In addition, a dead time is compensated, which arises at communication points when the signal is transmitted via the communication points.

Zur Kompensation der einen Totzeit sind bei der Regelung ein Streckenmodell für eine Regelstrecke und ein Signalverarbeitungsmodell vorgesehen. Diese laufen vorzugsweise hintereinander in einer Softwarefunktion ab. Beim Streckenmodell wird ein mathematisches Modell verwendet, mit dem die Regelstrecke, insbesondere bezüglich ihres Ein-/Ausgangsverhaltens beschrieben wird. Sobald sich die Eingangsgröße des Modells, d.h. ein indiziertes Drehmoment, ändert, so ändert sich auch die Ausgangsgröße des Streckenmodells, d.h. die Drehzahl des Verbrennungsmotors. Durch die Kombination des Streckenmodells und des Signalverarbeitungsmodells ist es möglich ein Verhalten der Regelstrecke mitsamt der entsprechenden Totzeit vorherzusagen, ohne die gemessene Drehzahl zu kennen. To compensate for a dead time, a system model for a controlled system and a signal processing model are provided in the control. These preferably run in succession in a software function. In the course model, a mathematical model is used with which the controlled system is described, in particular with regard to its input / output behavior. As soon as the input variable of the model, ie an indicated torque, changes, so does the output variable of the system model, ie the engine speed. By combining the system model and the signal processing model, it is possible to predict a behavior of the controlled system together with the corresponding dead time, without knowing the measured speed.

Vorzugsweise kann eine Drehzahl-Differenz zwischen einer aus dem Streckenmodell ermittelten Drehzahl und einer aus dem Signalverarbeitungsmodell ermittelten Drehzahl gebildet werden. Mit anderen Worten wird eine Differenz der Drehzahlen mit und ohne Einfluss des Signalverarbeitungsmodells gebildet. Optional kann die Drehzahl-Differenz eine Filterung durchlaufen. Dann kann eine Summe aus dieser Drehzahl-Differenz und der gemessenen Drehzahl berechnet werden. Die berechnete Summe wird nachfolgend als prädizierte Drehzahl bezeichnet. Schließlich kann der Regler die prädizierte Drehzahl mit einem Drehzahl-Sollwert vergleichen, um die Regelung auszuführen.Preferably, a speed difference between a speed determined from the system model and a speed determined from the signal processing model can be formed. In other words, a difference in rotational speeds is formed with and without influence of the signal processing model. Optionally, the speed difference may undergo filtering. Then a sum of this speed difference and the measured speed can be calculated. The calculated sum is hereinafter referred to as predicted speed. Finally, the controller may compare the predicted speed to a speed setpoint to perform the control.

Das Streckenmodell hängt von physikalischen Modellparametern der Regelstrecke, d.h. des Verbrennungsmotors und des Antriebsstrangs, ab. Diese Modellparameter können sich bei zwei baugleichen Fahrzeugen aufgrund von Fertigungstoleranzen und wegen unterschiedlicher Alterung voneinander unterscheiden. Ebenso hängen diese Modellparameter auch von der Fahrsituation ab.The route model depends on physical model parameters of the controlled system, i. of the internal combustion engine and the drive train, from. These model parameters may differ from each other in two identical vehicles due to manufacturing tolerances and due to different aging. Likewise, these model parameters also depend on the driving situation.

Einer der Modellparameter ist ein Massenträgheitsmoment des Verbrennungsmotors und der damit verbundenen Komponenten im Antriebsstrang des Fahrzeugs. Das Massenträgheitsmoment gibt die Trägheit des Verbrennungsmotors und der damit verbundenen Komponenten gegenüber einer Drehzahländerung an. Vorzugsweise werden Reglerparameter in Abhängigkeit des Massenträgheitsmoments so geändert, dass sich bei der Veränderung des Massenträgheitsmoments, z. B. bei einem Gangwechsel oder bei Betätigung der Kupplung, Performancekriterien für die Regelung, wie z. B. die Überschwingweite und dergleichen nicht ändern. Beispielsweise können die Reglerparameter hierfür mit dem Massenträgheitsmoment multipliziert werden oder die Reglerparameter für unterschiedliche Massenträgheitsmomente in einem Kennfeld abgelegt werden.One of the model parameters is a mass moment of inertia of the internal combustion engine and the associated components in the drive train of the vehicle. The moment of inertia indicates the inertia of the internal combustion engine and the associated components against a change in speed. Preferably, controller parameters are changed as a function of the moment of inertia so that when changing the mass moment of inertia, z. As in a gear change or actuation of the clutch, performance criteria for the scheme, such. B. do not change the overshoot and the like. For example, the controller parameters for this purpose can be multiplied by the mass moment of inertia or the controller parameters can be stored for different mass moments of inertia in a characteristic field.

Ein weiterer Modellparameter ist das Lastmoment des Verbrennungsmotors und der damit verbundenen Komponenten im Antriebsstrang des Fahrzeugs. Das Lastmoment bezeichnet das Moment, das dem Verbrennungsmotor bei der Drehbewegung entgegenwirkt. Dadurch wird das effektive Drehmoment, das für die Beschleunigung des Verbrennungsmotors zur Verfügung steht, verkleinert. Gemäß einem Aspekt sind die Modellparameter in Kennfeldern in Abhängigkeit einer Gangstufe, eines Kupplungssignals und/oder weiterer Größen abgelegt. Gemäß einem weiteren Aspekt könnend die Modellparameter mit einem Algorithmus berechnet werden. Die Modellparameter können folglich in Abhängigkeit der Gangstufe, der Kupplungssignals und/oder weiterer Größen sowie von Ereignissen, wie z. B. einer Zuschaltung eines Nebenaggregates, für das dynamische Modell berechnet werden.Another model parameter is the load torque of the internal combustion engine and the associated components in the drive train of the vehicle. The load torque refers to the moment that counteracts the internal combustion engine during the rotational movement. As a result, the effective torque available for the acceleration of the internal combustion engine is reduced. According to one aspect, the model parameters are stored in maps as a function of a gear, a clutch signal and / or other variables. In another aspect, the model parameters may be calculated using an algorithm. The model parameters can consequently be determined as a function of the gear ratio, the clutch signal and / or other variables as well as events such. As a connection of an accessory, are calculated for the dynamic model.

Optional können im Streckenmodell auch Modelle zweiter Ordnung und/oder höherer Ordnung verwendet werden. Dadurch wird das verwendete Modell detaillierter und es können komplexere Komponentenstrukturen, wie z. B. ein (komplex aufgebauter) Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, detailliert abgebildet werden.Optionally, models of second order and / or higher order can also be used in the line model. As a result, the model used is more detailed and more complex component structures, such. B. a (complex structure) powertrain of a motor vehicle, are shown in detail.

Reglerparameter des Reglers können sich somit in Abhängigkeit vom Massenträgheitsmoment und/oder vom Lastmoment des Verbrennungsmotors und der damit verbundenen Komponenten im Antriebsstrang des Fahrzeugs ändern. Damit wird erreicht, dass auch wenn sich das Massenträgheitsmoment und/oder das Lastmoment ändern, weiterhin eine gleichbleibende Regelgüte erreicht wird.Controller parameters of the controller can thus change as a function of the mass moment of inertia and / or the load torque of the internal combustion engine and the associated components in the drive train of the vehicle. This ensures that even if the moment of inertia and / or the load torque change, a constant control quality is still achieved.

Gemäß einem Aspekt kann beim Signalverarbeitungsmodell eine mittlere Drehzahl des Verbrennungsmotors berechnet werden. Hierfür wird in dem Signalverarbeitungsmodell vorzugsweise eine Signalerfassung und eine Signalverarbeitung der Drehzahlmessung nachgebildet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Signalverarbeitungskette modelliert werden kann und die Totzeiten bei der Messung herausgerechnet werden können.In one aspect, in the signal processing model, an average engine speed may be calculated. For this purpose, signal detection and signal processing of the rotational speed measurement are preferably simulated in the signal processing model. This results in the advantage that the signal processing chain can be modeled and the dead times can be eliminated in the measurement.

Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät durchgeführt wird. Es ermöglicht die Implementierung des Verfahrens in einem herkömmlichen elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert.The computer program is set up to perform each step of the method, in particular when it is performed on a computing device or controller. It allows the implementation of the method in a conventional electronic control unit without having to make any structural changes. For this purpose it is stored on the machine-readable storage medium.

Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Rechengerät, wird das elektronische Rechengerät erhalten, welches eingerichtet ist, die Totzeit bei der Regelung der Drehzahl des Verbrennungsmotors zu kompensieren. Das elektronische Rechengerät kann beispielsweise ein Motorsteuergerät oder ein Zentralrechner eines Kraftfahrzeugs sein.By loading the computer program on a conventional electronic computing device, the electronic computing device is obtained, which is set to the dead time in the regulation of To compensate for the speed of the internal combustion engine. The electronic computing device can be, for example, an engine control unit or a central computer of a motor vehicle.

Figurenlistelist of figures

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

  • 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Regelkreises für die Drehzahl eines Verbrennungsmotors gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 2a und 2b zeigen für den Fall eines Führungsverhaltens den Verlauf der Drehzahl des Verbrennungsmotors (2a) und den Verlauf eines indizierten Drehmoments (2b) in Diagrammen über der Zeit mit einer Totzeit jeweils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und gemäß dem Stand der Technik.
  • 3a und 3b zeigen für den Fall eines Drehzahlabfalls den Verlauf der Drehzahl des Verbrennungsmotors (3a) und den Verlauf eines indizierten Drehmoments (3b) in Diagrammen über der Zeit mit einer Totzeit jeweils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und gemäß dem Stand der Technik.
Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
  • 1 shows a block diagram of a control circuit for the speed of an internal combustion engine according to an embodiment of the method according to the invention.
  • 2a and 2 B show in the case of a leadership behavior the course of the speed of the internal combustion engine ( 2a) and the course of an indicated torque ( 2 B) in diagrams over time with a dead time each according to an embodiment of the invention and according to the prior art.
  • 3a and 3b show in the case of a speed drop the course of the speed of the internal combustion engine ( 3a) and the course of an indicated torque ( 3b) in diagrams over time with a dead time each according to an embodiment of the invention and according to the prior art.

Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt ein Blockschaltbild eines Regelkreises für eine Drehzahl NM eines Verbrennungsmotors. Der Regelkreis umfasst einen Regler 1, der in diesem Fall als PI-Regler ausgebildet ist, eine Regelstrecke 2, die den Verbrennungsmotor samt damit verbundener Komponenten im Antriebsstrang eines Fahrzeugs abbildet, und eine Signalverarbeitung 3. In Bezug auf ein Kraftfahrzeug umfasst der Antriebsstrang beispielsweise eine Kupplung, ein Getriebe usw. Der Regler 1 regelt die Drehzahl NM des Verbrennungsmotors auf eine Soll-Drehzahl Nsp ein. Reglerparameter für die Regelung des Reglers 1 werden abhängig von einem geschätzten Massenträgheitsmoment Ĵ und einem geschätzten Lastmoment M L ^

Figure DE102017219785A1_0001
des Verbrennungsmotors und der damit verbundenen Komponenten im Antriebsstrang des Fahrzeugs gewählt. Zudem können weitere Parameter P, wie z. B. Federkonstanten oder Dämpfungskonstanten, in die Regelung des Reglers 1 miteinfließen. Der Regler 1 gibt ein indiziertes Drehmoment Mind an die Regelstrecke 2 aus. Aus dem indizierten Drehmoment Mind wird eine Kraftstoffmenge berechnet, die in den Verbrennungsmotor eingespritzt wird. Infolgedessen wird an der Regelstrecke 2 die Drehzahl NM des Verbrennungsmotors eingestellt, wobei ein Lastmoment ML des Verbrennungsmotors und der damit verbundenen Komponenten der Drehbewegung entgegenwirkt. Die Drehzahl NM des Verbrennungsmotors wird gemessen und durchläuft eine Signalverarbeitung 3, die eine gemessene Drehzahl Nmess ausgibt. 1 shows a block diagram of a control circuit for a speed N M an internal combustion engine. The control loop includes a regulator 1 , which is designed in this case as a PI controller, a controlled system 2 , which maps the internal combustion engine together with components connected thereto in the drive train of a vehicle, and signal processing 3 , With respect to a motor vehicle, the powertrain includes, for example, a clutch, a transmission, etc. The governor 1 regulates the speed N M of the internal combustion engine to a target speed N sp on. Controller parameters for controlling the controller 1 become dependent on an estimated moment of inertia Ĵ and an estimated load moment M L ^
Figure DE102017219785A1_0001
the internal combustion engine and the associated components in the drive train of the vehicle selected. In addition, other parameters P , such as B. spring constants or damping constants in the control of the controller 1 miteinfließen. The regulator 1 gives an indexed torque M ind to the controlled system 2 out. From the indicated torque M ind An amount of fuel injected into the internal combustion engine is calculated. As a result, will be at the controlled system 2 the speed N M set of the internal combustion engine, wherein a load torque M L counteracts the combustion engine and the associated components of the rotational movement. The speed N M the internal combustion engine is measured and undergoes signal processing 3 that measured a speed N mess outputs.

Erfindungsgemäß sind ein Streckenmodell 4 und ein Signalverarbeitungsmodell 5 vorgesehen, die in Reihenschaltung hintereinander angeordnet sind. Das Streckenmodell 4 verwendet ein mathematisches Modell, mit dem die Regelstrecke 2, insbesondere bezüglich ihres Eingangsverhaltens für das indizierte Drehmoment und/oder ihres Ausgangsverhaltens für die Drehzahl NM des Verbrennungsmotors, beschrieben wird. Als Modellparameter fließen das geschätzte Massenträgheitsmoment Ĵ und das geschätzte Lastmoment M L ^

Figure DE102017219785A1_0002
des Verbrennungsmotors und der damit verbundenen Komponenten im Antriebsstrang des Fahrzeugs in das Streckenmodell 4 ein. In Abhängigkeit einer Gangstufe, eines Kupplungssignals und/oder weiterer Größen sind das geschätzte Massenträgheitsmoment Ĵ und das geschätzte Lastmoment M L ^
Figure DE102017219785A1_0003
in einem Kennfeld abgelegt oder werden mittels eines Algorithmus berechnet. Die Änderung der Drehzahl NM des Verbrennungsmotors, daher deren zeitliche Ableitung NM , wird in diesem mathematischen Modell durch die nachfolgend dargestellte Formel 1 beschrieben: N ˙ M = π 30 J ( M i n d M L ^ )
Figure DE102017219785A1_0004
According to the invention are a route model 4 and a signal processing model 5 provided, which are arranged in series connection one behind the other. The track model 4 uses a mathematical model with which the controlled system 2 , in particular with regard to its input behavior for the indicated torque and / or its output behavior for the rotational speed N M of the internal combustion engine is described. The model parameters are the estimated mass moment of inertia Ĵ and the estimated load torque M L ^
Figure DE102017219785A1_0002
of the internal combustion engine and the associated components in the drive train of the vehicle in the route model 4 on. Depending on a gear ratio, a clutch signal and / or other variables are the estimated moment of inertia Ĵ and the estimated load torque M L ^
Figure DE102017219785A1_0003
stored in a map or are calculated by means of an algorithm. The change of the speed N M of the internal combustion engine, therefore their time derivative N M , is described in this mathematical model by Formula 1 shown below: N ˙ M = π 30 * J ( M i n d - M L ^ )
Figure DE102017219785A1_0004

In der vorliegenden Ausführungsform wird angenommen, dass bei einer Änderung des indizierten Drehmoments Mind , sich die Drehzahl NM entsprechend ändert und zwar so lange, bis dieser Bewegung mit einem entgegengesetzten indizierten Drehmoment Mind entgegengewirkt wird. Die Änderung der Drehzahl NM des Verbrennungsmotors bei sich änderndem indizierten Drehmoment Mind hängt maßgeblich von der Massenträgheit J des Verbrennungsmotors und der damit verbundenen Komponenten im Antriebsstrang des Fahrzeugs ab. Zudem reduziert das Lastmoment ML das zur Beschleunigung des Verbrennungsmotors zur Verfügung stehende Drehmoment. In Ausführungsbeispielen der Erfindung können Modelle höherer Ordnung in das Streckenmodell miteinbezogen werden. Aus dem Streckenmodell 4 wird, nachdem die Änderung der Drehzahl NM berechnet wurde, eine Streckenmodell-Drehzahl Nst erhalten. Mittels des Streckenmodells 4 werden Totzeiten innerhalb der Regelstrecke 2 herausgerechnet, sodass die Streckenmodell-Drehzahl Nst der Drehzahl NM des Verbrennungsmotors ohne Totzeiten ttot entspricht.In the present embodiment, it is assumed that when the indicated torque changes M ind , the speed N M changes accordingly and that until this movement with an opposite indicated torque M ind counteracted. The change of the speed N M of the internal combustion engine with changing indicated torque M ind depends largely on the inertia J of the internal combustion engine and the associated components in the drive train of the vehicle. In addition, reduces the load torque M L the torque available for accelerating the internal combustion engine. In embodiments of the invention, higher order models may be included in the route model. From the track model 4 will, after the change of the speed N M was calculated, a track model speed N st receive. By means of the route model 4 Dead times are within the controlled system 2 calculated out, so that the line model speed N st the speed N M of the internal combustion engine without dead times dead equivalent.

Im Signalverarbeitungsmodell 5 werden die Signalerfassung und die Signalverarbeitung 3 der Drehzahl NM des Verbrennungsmotors modelliert. Hierfür werden die Drehzahlen NM des Verbrennungsmotors über einen vorangegangenen Zeitraum gemittelt. Über die mittlere Drehzahl wird eine Signalverarbeitungsmodell-Drehzahl Nsv ermittelt, mit der die gemessene Drehzahl Nmess abgeschätzt werden kann, ohne dass für deren Ermittlung die Signalerfassung und die Signalverarbeitung 3 ausgeführt werden muss. Dementsprechend unterliegt die Signalverarbeitungsmodell-Drehzahl Nsv nicht den Einflüssen der Signalerfassung und der Signalverarbeitung 3 und ist demnach frei von den dabei auftretenden Totzeiten ttot .In the signal processing model 5 become the signal acquisition and the signal processing 3 the speed N M of the internal combustion engine. For this purpose, the speeds N M of the internal combustion engine averaged over a previous period. The average speed becomes a signal processing model speed N sv determined, with the measured speed N mess can be estimated without their detection signal acquisition and signal processing 3 must be executed. Accordingly, the signal processing model speed is subject N sv not the influences of signal acquisition and signal processing 3 and is therefore free from the dead times that occur dead ,

Es wird eine Drehzahl-Differenz ΔN zwischen der Signalverarbeitungsmodell-Drehzahl Nsv und der Streckenmodell-Drehzahl Nst gebildet. Die Drehzahl-Differenz ΔN durchläuft eine Filterung 51. Im Anschluss wird diese Drehzahl-Differenz ΔN auf die gemessene Drehzahl Nmess aufaddiert und als Summe eine prädizierte Drehzahl Npred erhalten. Die prädizierte Drehzahl Npred gibt also das Streckenverhalten ohne Totzeiten ttot an. Schließlich wird diese prädizierte Drehzahl Npred an den Regler 1 zurückgeführt, der diese prädizierte Drehzahl Npred mit der Soll-Drehzahl Nsp vergleicht und die Drehzahl NM des Verbrennungsmotors auf Basis des Unterschieds zwischen der prädizierten Drehzahl Npred und der Soll-Drehzahl Nsp regelt.It will be a speed difference .DELTA.N between the signal processing model speed N sv and the line model speed N st educated. The speed difference .DELTA.N goes through a filtering 51 , Following this speed difference .DELTA.N to the measured speed N mess added up and as a sum a predicted speed N pred receive. The predicted speed N pred So gives the track behavior without dead times dead on. Finally, this predicted speed N pred to the controller 1 attributed to this predicted speed N pred with the target speed N sp compares and the speed N M of the internal combustion engine based on the difference between the predicted speed N pred and the target speed N sp regulates.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Regler 1, die Signalverarbeitung 3 der Drehzahl NM des Verbrennungsmotors sowie das Streckenmodell 4 und das Signalverarbeitungsmodell 5 in einem elektronischen Steuergerät implementiert. In weiteren Ausführungsbeispielen sind die genannten Komponenten in einem Zentralrechner eines Kraftfahrzeugs implementiert.In the present embodiment, the controller 1 , the signal processing 3 the speed N M of the internal combustion engine and the track model 4 and the signal processing model 5 implemented in an electronic control unit. In further embodiments, said components are implemented in a central computer of a motor vehicle.

In den 2a und 2b ist für den Fall eines Führungsverhaltens, bei dem die Drehzahl NM des Verbrennungsmotors auf einen vorgegebenen Sollwert eingestellt wird, ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik dargestellt. 2a zeigt in einem Diagramm die Drehzahl NM des Verbrennungsmotors über der Zeit t. Es ist ein Soll-Verlauf 60, der den vorgegebenen Verlauf der Drehzahl NM zeigt, in Form einer Sprungantwort von einem ersten Drehzahl-Wert N1 auf einen zweiten Drehzahlwert N2 dargestellt. Zudem ist ein Verlauf 61 der prädizierten Drehzahl Npred dargestellt, der zeitgleich zur Sprungantwort des Soll-Verlaufs 60 ansteigt und sich dem zweiten Drehzahl-Wert N2 anpasst. Daneben sind ein Verlauf 62 der Drehzahl NM mit Kompensation der Totzeit ttot gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung (im Folgenden kurz „Drehzahl-Verlauf 62 mit Kompensation“ genannt) und ein Verlauf 63 der Drehzahl NM bei Regelung ohne Kompensation der Totzeit ttot gemäß dem Stand der Technik (im Folgenden kurz „Drehzahl-Verlauf 63 ohne Kompensation“ genannt) dargestellt. Es verstreicht die gekennzeichnete Totzeit ttot , bis beide Drehzahl-Verläufe 62, 63 nach dem Ansteigen des Soll-Verlaufs 60 ebenfalls ansteigen. Es zeigt sich, dass sich der Drehzahl-Verlauf 62 mit Kompensation direkt dem zweiten Drehzahl-Wert N2 annähert und zwar in einer Form, die derer des Verlaufs 61 der prädizierten Drehzahl Npred , die keine Totzeit ttot beinhaltet, entspricht. Der Drehzahl-Verlauf 63 ohne Kompensation hat eine abweichende Form und zeigt ein Überschwingen bevor er sich dem zweiten Drehzahl-Wert N2 angleicht. Dieses Überschwingen ist beim Drehzahl-Verlauf 62 mit Kompensation nur sehr schwach ausgeprägt oder gar nicht vorhanden. Demnach erreicht der Drehzahl-Verlauf 62 mit Kompensation den angestrebten zweiten Drehzahl-Wert N2 schneller als der Drehzahl-Verlauf 63 ohne Kompensation.In the 2a and 2 B is in the case of a leadership behavior in which the speed N M of the internal combustion engine is set to a predetermined desired value, an embodiment of the invention compared to the prior art shown. 2a shows in a diagram the speed N M of the internal combustion engine over time t , It is a target course 60 which determines the given course of the speed N M shows, in the form of a step response, a first speed value N 1 to a second speed value N 2 shown. There is also a course 61 the predicted speed N pred shown at the same time as the step response of the desired course 60 increases and the second speed value N 2 adapts. Next to it are a course 62 the speed N M with compensation of the dead time dead according to an embodiment of the invention (hereinafter abbreviated "speed curve 62 with compensation ") and a course 63 the speed N M in control without compensation of the dead time dead according to the prior art (hereinafter "speed curve 63 without compensation "). It passes the marked dead time dead , until both speed curves 62 . 63 after the increase in the desired course 60 also increase. It turns out that the speed curve 62 with compensation directly to the second speed value N 2 approaching, and in a form, that of the course 61 the predicted speed N pred that have no dead time dead includes, corresponds. The speed curve 63 without compensation has a different shape and shows an overshoot before moving to the second speed value N 2 equalizes. This overshoot is in the speed history 62 with compensation only very weak or not available. Accordingly, the speed curve reached 62 with compensation the desired second speed value N 2 faster than the speed curve 63 without compensation.

In 2b ist für diesen Fall ein Diagramm des indizierten Drehmoments Mind über der Zeit aufgetragen. Ein Soll-Verlauf 65, der den vorgegebenen Verlauf des indizierten Drehmoments Mind zeigt, bleibt konstant auf einem ersten Drehmoment-Wert M1 , da sich das Drehmoment vor und nach der Anforderung nicht ändern soll. Ein Drehmoment-Verlauf 66 mit Kompensation fällt schon ab, bevor die Totzeit ttot verstrichen ist, während ein Drehmoment-Verlauf 67 ohne Kompensation erst nach der Totzeit ttot abfällt. Wie hier gezeigt, kann der Regler 1 schon innerhalb der Totzeit ttot auf Veränderungen reagieren.In 2 B is a graph of indicated torque for this case M ind applied over time. A target course 65 , which specifies the given course of the indicated torque M ind shows remains constant at a first torque value M 1 because the torque should not change before and after the request. A torque curve 66 with compensation already falls off before the dead time dead has passed while a torque curve 67 without compensation only after the dead time dead drops. As shown here, the controller can 1 already within the dead time dead to react to changes.

In den 3a und 3b ist für den Fall, bei dem die Drehzahl NM von einem höheren dritten Drehzahlwert N3 auf einen niedrigeren vierten Drehzahl-Wert N4 abfällt, ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik dargestellt. 3a zeigt in einem Diagramm die Drehzahl NM des Verbrennungsmotors über der Zeit t. Hier ist ein Soll-Verlauf 90 der Drehzahl NM dargestellt, der den vorgegebenen Verlauf der Drehzahl NM zeigt und demnach konstant auf dem vierten Drehzahl-Wert N4 liegt. Zudem ist ein Verlauf 71 der prädizierten Drehzahl NM dargestellt, der unterhalb des dritten Drehzahl-Werts N3 beginnt und dann mit konstanter Steigung abfällt, bis er den vierten Drehzahl-Wert N4 erreicht hat, und sich dann diesem angleicht. Ein Drehzahl-Verlauf 72 mit Kompensation und ein Drehzahl-Verlauf 73 ohne Kompensation fallen beide anfangs vom dritten Drehzahl-Wert N3 mit konstanter Steigung ab, die der Steigung des Verlaufs 71 der prädizierten Drehzahl Npred entspricht. Bei der Kompensation der Totzeit ttot wird schon vor Erreichen des vierten Drehzahl-Werts N4 ein entgegengesetzt indiziertes Drehmoment Mind aufgebaut, um dem Lastmoment ML entgegenzuwirken. Hierzu wird auch auf 3b verwiesen. Sobald der vierte Drehzahl-Wert N4 erreicht ist, schwingt sich der Drehzahl-Verlauf 72 mit Kompensation schnell auf den vorgegebenen vierten Drehzahl-Wert N4 ein. Demnach entspricht der Drehzahl-Verlauf 72 mit Kompensation dem Verlauf 71 der prädizierten Drehzahl Npred mit einer Verschiebung, die im Wesentlichen gerade der Totzeit ttot entspricht. Hingegen fällt der Drehzahl-Verlauf 92 ohne Vorsteuerung zuerst unter den vierten Drehzahl-Wert N4 und schwingt sich auf den vierten Drehzahl-Wert N4 ein.In the 3a and 3b is in the case where the speed N M from a higher third speed value N 3 to a lower fourth speed value N 4 drops, an embodiment of the invention compared to the prior art shown. 3a shows in a diagram the speed N M of the internal combustion engine over time t , Here is a target history 90 the speed N M shown, the predetermined course of the speed N M shows and therefore constant on the fourth speed value N 4 lies. There is also a course 71 the predicted speed N M shown below the third speed value N 3 starts and then drops off at a constant slope until it reaches the fourth speed value N 4 has reached, and then adapted to this. A speed curve 72 with compensation and a speed curve 73 without compensation, both initially fall from the third speed value N 3 with a constant slope, that of the slope of the course 71 the predicted speed N pred equivalent. In the compensation of the dead time dead is already before reaching the fourth speed value N 4 an oppositely indicated torque M ind built up to the load moment M L counteract. This is also on 3b directed. As soon as the fourth speed value N 4 is reached, the speed curve swings 72 with compensation quickly to the specified fourth speed value N 4 on. Accordingly, the speed curve corresponds 72 with compensation the course 71 the predicted speed N pred with a shift that is essentially just the dead time dead equivalent. By contrast, the speed curve falls 92 without feedforward, first below the fourth speed value N 4 and swings to the fourth speed value N 4 on.

In 3b ist für diesen Fall ein Diagramm des indizierten Drehmoments Mind über der Zeit aufgetragen. Ein Soll-Verlauf 75, der den vorgegebenen Verlauf indizierten Drehmoments Mind zeigt, bleibt ebenfalls konstant auf einem zweiten Drehmoment-Wert M2 . Wie bereits erwähnt, wird bei der Kompensation der Totzeit ttot , gemäß dem Streckenmodell 4 ein entgegengesetztes indiziertes Drehmoment Mind aufgebaut, um dem Lastmoment ML entgegenzuwirken (siehe auch Formel 1). Ein Drehmoment-Verlauf 76 mit Kompensation steigt daher zeitlich schon weit bevor der entsprechende Drehzahl-Verlauf 72 mit Kompensation den vierten Drehzahl-Wert N4 erreicht hat kontinuierlich an. Dementgegen steigt ein Drehmoment-Verlauf 97 ohne Kompensation, da der Regler in diesem Fall ohne Kompensation nur auf eine Abweichung zwischen dem aktuellen Drehmoment-Verlauf 97 und dem Soll-Verlauf 75 reagieren kann, zeitlich später als der Drehmoment-Verlauf 76 mit Kompensation an, überschreitet dann den zweiten Drehmoment-Wert M2 und schwingt sich auf den zweiten Drehmoment-Wert M2 ein. Das Unterschwingen der Drehzahl NM und das damit verbundene Überschwingen des Drehmoments Mind wirken sich negativ auf die Laufeigenschaften des Verbrennungsmotors aus und beeinflusst zudem den Fahrkomfort.In 3b is a graph of indicated torque for this case M ind applied over time. A target course 75 , which indicated the specified course torque M ind shows, also remains constant at a second torque value M 2 , As already mentioned, in the compensation of the dead time dead , according to the route model 4 an opposite indexed torque M ind built up to the load moment M L counteract (see also formula 1). A torque curve 76 Compensation therefore increases well in time before the corresponding speed curve 72 with compensation, the fourth speed value N 4 has reached continuously. In contrast, a torque curve increases 97 without compensation, since the controller in this case without compensation only to a deviation between the current torque curve 97 and the desired course 75 can react later than the torque history 76 with compensation, then exceeds the second torque value M 2 and swings to the second torque value M 2 on. The undershoot of the speed N M and the associated overshoot of the torque M ind have a negative effect on the running characteristics of the internal combustion engine and also influence driving comfort.

Claims (12)

Verfahren zur Regelung einer Drehzahl (NM) eines Verbrennungsmotors mittels eines Reglers (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein Streckenmodell (4) und ein Signalverarbeitungsmodell (5) zur Kompensation zumindest einer Totzeit (ttot) bei der Regelung vorgesehen sind.Method for controlling a rotational speed (N M ) of an internal combustion engine by means of a controller (1), characterized in that a system model (4) and a signal processing model (5) are provided for the compensation of at least one dead time (t tot ) in the control. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahl-Differenz (ΔN) zwischen einer aus dem Streckenmodell (4) ermittelten Drehzahl (Nst) und einer aus dem Signalverarbeitungsmodell (5) ermittelten Drehzahl (Nsv) gebildet wird, eine prädizierte Drehzahl (Npred) als Summe aus dieser Drehzahl-Differenz (ΔN) und einer gemessenen Drehzahl (Nmess) berechnet wird und der Regler (1) die prädizierte Drehzahl (Npred) mit einem Drehzahl-Sollwert (Nsp) vergleicht, um die Regelung auszuführen.Method according to Claim 1 , characterized in that a speed difference (ΔN) is formed between a rotational speed (N st ) determined from the track model (4) and a rotational speed (N sv ) determined from the signal processing model (5), a predicted rotational speed (N pred ) is calculated as the sum of this speed difference (ΔN) and a measured speed (N mess ), and the controller (1) compares the predicted speed (N pred ) with a speed set point (N sp ) to execute the control. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl-Differenz (ΔN) eine Filterung (51) durchläuft, bevor die Summe aus der Drehzahl-Differenz (ΔN) und der gemessenen Drehzahl (Nmess) berechnet wird.Method according to Claim 2 , characterized in that the speed difference (ΔN) passes through a filtering (51) before the sum of the speed difference (ΔN) and the measured speed (N mess ) is calculated. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Massenträgheitsmoment (Ĵ) des Verbrennungsmotors und der damit verbundenen Komponenten in das Streckenmodell (4) miteinfließt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a mass moment of inertia (Ĵ) of the internal combustion engine and the components associated therewith is included in the system model (4). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lastmoment ( M L ^ )
Figure DE102017219785A1_0005
des Verbrennungsmotors und der damit verbundenen Komponenten in das Streckenmodell (4) miteinfließt.
Method according to one of the preceding claims, characterized in that a load torque ( M L ^ )
Figure DE102017219785A1_0005
of the internal combustion engine and the components associated therewith flow into the system model (4).
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Massenträgheitsmoment (Ĵ) und/oder das Lastmoment ( M L ^ )
Figure DE102017219785A1_0006
in Kennfeldern abgelegt sind.
Method according to one of Claims 4 or 5 , characterized in that the mass moment of inertia (Ĵ) and / or the load torque ( M L ^ )
Figure DE102017219785A1_0006
are stored in maps.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Massenträgheitsmoment (Ĵ) und/oder das Lastmoment ( M L ^ )
Figure DE102017219785A1_0007
mittels eines Algorithmus berechnet wird.
Method according to one of Claims 4 or 5 , characterized in that the mass moment of inertia (Ĵ) and / or the load torque ( M L ^ )
Figure DE102017219785A1_0007
is calculated by means of an algorithm.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Streckenmodell (4) auch Modelle zweiter Ordnung und/oder höherer Ordnung miteinbezogen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the second-order and / or higher-order models are also included in the route model (4). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalverarbeitungsmodell (5) eine mittlere Drehzahl des Verbrennungsmotors berechnet, indem eine Signalerfassung und eine Signalverarbeitung (3) der gemessenen Drehzahl (Nmess) nachgebildet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the signal processing model (5) calculates an average speed of the internal combustion engine by a signal detection and a signal processing (3) of the measured speed (N mess ) are modeled. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.Computer program, which is set up, each step of the procedure according to one of Claims 1 to 9 perform. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 10 gespeichert ist.Machine-readable storage medium on which a computer program is based Claim 10 is stored. Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zumindest eine Totzeit (ttot) bei der Regelung einer Drehzahl (NM) eines Verbrennungsmotors zu kompensieren.Electronic control unit, which is adapted to operate by means of a method according to one of Claims 1 to 9 to compensate at least one dead time (t tot ) in the control of a speed (N M ) of an internal combustion engine.
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