DE10214725A1 - Steuerungsvorrichtung für Maschinen - Google Patents

Steuerungsvorrichtung für Maschinen

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Abstract

Eine Maschinenmaximumleistung (Pemax), die bei einer gegenwärtigen Maschinendrehzahl (Ne) erzeugt wird, und eine Maschinenminimumleistung (Pemin) werden berechnet. Die Differenz (P) zwischen der Maschinenmaximumleistung (Pemax) und der Maschinenminimumleistung (Pemin) wird mit einem erforderlichen Leistungsindex (Xacc) in Verbindung mit einer Beschleunigungspedalposition (Acc) multipliziert zur Bestimmung einer erforderlichen Leistung (Preq) relativ zu der gegenwärtigen Beschleunigungspedalposition (Acc) und der gegenwärtigen Maschinendrehzahl (Ne). Danach wird die erforderliche Leistung (Preq) devidiert durch die Maschinengeschwindigkeit (V) zur Bestimmung einer erforderlichen Antriebskraft (Freq). Die erforderliche Antriebskraft (Freq) wird mit einem Reifenradius (r) multipliziert zur Bestimmung eines erforderlichen Wellendrehmoments (Treq).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine des Typs, in der ein erforderliches, von einem Fahrer gefordertes Wellendrehmoment entsprechend einer Position einer Beschleunigungseinrichtung und dergleichen berechnet wird, und in der eine Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von dem vom Fahrer geforderten Wellendrehmoment gesteuert wird.
Bezüglich der Brennkraftmaschine eines in den letzten Jahren elektronisch gesteuerten Automobils wird angenommen, dass ein vom Fahrer gefordertes Wellendrehmoment (das ein Drehmoment zum Antreiben der Räder darstellt) bestimmt wird aus einer Beschleunigungseinrichtungsposition entsprechend einer Betätigung durch den Fahrer, und dass ein Drosselwinkel (Drosselklappen- bzw. Drosselventilwinkel), eine Brennstoffeinspritzmaschine und ein Zündzeitpunkt in Abhängigkeit von dem Wellendrehmoment berechnet werden.
Im Allgemeinen wird das Drehmoment der Kurbelwelle einer Maschine an einer Antriebswelle (Achse) mittels eine Getriebes, eines Untersetzungsgetriebes und dergleichen übertragen, so dass Reifen (angetriebene Räder) mittels des Drehmoments der Antriebswelle (Wellendrehmoment) gedreht werden. Auch wenn die Antriebsbedingungen des Fahrzeugs dieselben sind, kann daher das Wellendrehmoment veränderlich sein infolge des Drehmomentverstärkungsfaktors eines Antriebsstrangs (das Getriebeverhältnis des Getriebes oder das Schlupfverhältnis eines Drehmomentwandlers). Infolge dieser Bedingungen wurde in der Japanischen Druckschrift Nr. 3007401 ein Verfahren vorgeschlagen zur Berechnung eines erforderlichen Wellendrehmoments in Verbindung mit dem Getriebeverhältnis (Getriebeübersetzung) des Getriebes und dergleichen, wenn das erforderliche Wellendrehmoment vom Fahrer angefordert wird entsprechend einer Position einer vom Fahrer zu betätigenden Beschleunigungseinrichtung.
In früheren automatischen und elektronisch gesteuerten Getrieben wurde zusätzlich zu einem normalen Schaltmuster jedoch ein spezielles Schaltmuster (beispielsweise ein intermittierendes Schaltmuster oder ein mehrfaches Schaltmuster) bereitgestellt, oder das Schlupfverhältnis des Drehmomentwandlers wird entsprechend den Antriebsbedingungen (Fahrbedingungen) mittels eines Überbrückungsmechanismus gesteuert. Somit ändern sich die Bedingungen des Antriebsstrangs wie eines Getriebes und eines Drehmomentwandlers in vielfacher Weise in Abhängigkeit von den Antriebs- und Fahrbedingungen. Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Schaltmuster in Abhängigkeit von den Bedingungen des Antriebsstrangs wie des Getriebes und des Drehmomentwandlers zu klassifizieren. Im Ergebnis wird die Berechnung des erforderlichen Wellendrehmoments kompliziert und vergrößert die Belastung für einen Computer, und ferner werden die Anpassungsarbeiten für ein Fahrzeug (d. h. die Aufbereitung eines Programms und entsprechender Daten wie eines Kennfelds, das anwendbar ist für ein tatsächliches Fahrzeug) sehr schwierig.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine der Eingangs genannten Art bereitzustellen, bei der auf einfache Weise ein erforderliches Wellendrehmoment entsprechend einer Beschleunigungseinrichtungsposition berechnet werden kann ohne Berücksichtigung der Bedingungen eines Antriebsstrangs wie eines Getriebeverhältnisses eines Getriebes und dergleichen, und wobei die Anpassungsarbeiten für ein tatsächliches Fahrzeug erleichtert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine vom Fahrer angeforderte erforderliche Leistung auf der Basis einer Beschleunigungseinrichtungsposition und dergleichen berechnet, und es wird ein erforderliches Wellendrehmoment auf der Basis der angeforderten Leistung und einer Fahrzeuggeschwindigkeit oder Radgeschwindigkeit berechnet. Der Betrieb der Brennkraftmaschine wird auf der Basis des erforderlichen Wellendrehmoments gesteuert.
Die von der Brennkraftmaschine abgegebene Ausgangsleistung wird, im Gegensatz zu einem Wellendrehmoment, durch den Drehmomentverstärkungsfaktor des Antriebsstrangs (die eines Getriebeverhältnisses des Getriebes) nicht verändert, so dass die erforderliche Leistung entsprechend der Beschleunigungseinrichtungsposition und dergleichen berechnet werden kann ohne Berücksichtigung der Bedingungen des Antriebsstrangs wie des Getriebeverhältnisses des Getriebes und dergleichen. Es ist ferner grundsätzlich möglich, diese angeforderte Leistung als gleich in jedem Teil des Antriebsstrangs zu betrachten. Aus der Beziehung zwischen der Leistung und dem Drehmoment (Leistung = Drehmoment × Winkelgeschwindigkeit) ergibt sich die nachfolgende Gleichung zwischen der erforderlichen Leistung (angeforderte Leistung) und dem erforderlichen Wellendrehmoment.
Erforderliche Leistung = erforderliches Wellendrehmoment × Wellenwinkelgeschwindigkeit
Erforderliches Wellendrehmoment = erforderliche Leistung/(2π × Raddrehzahl/60)
Gemäss der vorstehenden Gleichung kann das erforderliche Wellendrehmoment berechnet werden aus der erforderlichen Leistung unter Verwendung einer Radgeschwindigkeit bzw. Raddrehzahl (= Wellendrehzahl) und einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die proportional zur Radgeschwindigkeit ist. Zu diesem Zeitpunkt ist es bevorzugt, dass eine Ausgabe eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors, der normalerweise am Fahrzeug angeordnet ist, verwendet wird für eine Information bezüglich der Fahrzeuggeschwindigkeit, und dass die Ausgabe (Ausgangssignal) eines Radgeschwindigkeitssensors, der an einem Antiblockier- Bremsensystem (ABS) und einem Traktionssteuerungssystem angeordnet ist, als Information bezüglich der Raddrehzahl verwendet wird. Es ist daher möglich, auf einfache Weise das erforderliche Wellendrehmoment entsprechend der Beschleunigungseinrichtungsposition und dergleichen zu berechnen ohne Verwendung der Bedingungen des Antriebsstrangs wie des Getriebeverhältnisses des Getriebes und dergleichen, und die Anpassungsarbeiten an das tatsächliche Fahrzeug zu vereinfachen.
In bevorzugter Weise wird ferner unter Berücksichtigung, dass sich die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl verändert, die erforderliche Leistung berechnet auf der Basis der Maschinenausgangskennlinie bezüglich der gegenwärtigen Maschinendrehzahl und der Beschleunigungseinrichtungsposition. Auf diese Weise ist es möglich, die für die Brennkraftmaschine spezifische Ausgangskennlinie in Zusammenhang mit der Beschleunigungseinrichtungsposition zu bringen und eine geeignete erforderliche Leitung zu berechnen entsprechend der gegenwärtigen Beschleunigungseinrichtungsposition und der Maschinendrehzahl.
Im Allgemeinen verändert sich die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine entsprechend einem Luftvolumen, einer Brennstoffmenge und dergleichen, falls die Maschinendrehzahl dieselbe ist. Es wird daher bevorzugt, dass die maximale Ausgangskennlinie und die minimale Ausgangskennlinie bezüglich der Maschinendrehzahl zuvor mittels eines Experiments oder einer Simulation bestimmt werden, und dass die Differenz zwischen der maximalen zu erzeugenden Ausgangsleistung bei einer vorliegenden Maschinendrehzahl und die minimale Ausgangsleistung berechnet werden, und dass die Differenz mit dem Aufteilungsverhältnis in Abhängigkeit von der gegenwärtigen Beschleunigungseinrichtungsposition multipliziert, und dass das Ergebnis der Multiplikation zur minimalen Ausgangsleistung addiert wird zur Bestimmung der erforderlichen Leistung. Es ist auf diese Weise möglich, die erforderliche Leistung mit einer großen Genauigkeit und in Verbindung mit einem sehr einfachen Verfahrensablauf zu berechnen.
Wird das erforderliche Wellendrehmoment berechnet, dann ist es ferner bevorzugt, dass die erforderliche Leistung durch die Fahrzeuggeschwindigkeit dividiert wird zur Ermittlung einer erforderlichen Antriebskraft (= erforderliche Leistung/Fahrzeuggeschwindigkeit), und dass diese erforderliche Antriebsleistung multipliziert wird mit einem Reifenradius zur Bestimmung des erforderlichen Wellendrehmoments. Es ist auf diese Weise einfach möglich, das erforderliche Wellendrehmoment aus der erforderlichen Leistung zu berechnen unter Verwendung der Ausgabe (Fahrzeuggeschwindigkeit) des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors, die im Allgemeinen zur Steuerung der Maschine verwendet wird. Es ist in diesem Fall bevorzugt, dass bei der Division der erforderlichen Leistung durch die Fahrzeuggeschwindigkeit der Minimumwert der Fahrzeuggeschwindigkeit zur Verwendung bei der Division geringfügig größer als 0 ist. Wird die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit 0 (oder sehr klein in der Nähe von 0), dann ist es hierbei möglich, die erforderliche Leistung durch 0 (oder einen sehr kleinen Wert in der Nähe von 0) zu dividieren, so dass verhindert werden kann, dass das Ergebnis aus der Division für das erforderliche Wellendrehmoment divergiert.
Ferner kann ein fester voreingestellter Wert (Anfangsentwicklungswert, Anfangsdesignwert) verwendet werden als Reifenradius zur Berechnung des erforderlichen Drehmoments, wobei jedoch dann, wenn sich der Reifenradius verändert durch die Abnutzung oder eine Änderung im Luftdruck des Reifens zur Vergrößerung der Differenz zwischen dem für die Berechnung des erforderlichen Wellendrehmoments (Anfangsentwicklungswert) verwendeten Reifenradius und dem tatsächlichen Reifenradius, die Berechnungsgenauigkeit des erforderlichen Wellendrehmoments niedrig wird. Als Maßnahmen für diese Problem wird bevorzugt, dass das tatsächliche Wellendrehmoment (tatsächliches Achsendrehmoment) während des Betriebs der Brennkraftmaschine berechnet wird, und dass der Reifenradius ermittelt (gelernt) wird unter Verwendung des tatsächlichen Wellendrehmoments und des erforderlichen Wellendrehmoments oder der erforderlichen Antriebskraft. Auf diese Weise ist es möglich, die Differenz zwischen dem tatsächlichen Wellendrehmoment und dem erforderlichen Wellendrehmoment als ein Fehler infolge einer Änderung in dem Reifenradius zu ermitteln (zu lernen), und den Reifenradius in Abhängigkeit von dem gelernten Wert zu korrigieren, oder den gelernten Wert des Reifenradius zu bestimmen durch Dividieren des tatsächlichen Wellendrehmoments durch die erforderliche Antriebskraft. Auch wenn sich der Reifenradius verändert durch Abnutzung oder eine Änderung in dem Luftdruck des Reifens ist es hierbei möglich, das erforderliche Wellendrehmoment zu berechnen unter Verwendung des korrekten Reifenradius (gegenwärtiger tatsächlicher Reifenradius) durch einen Lernvorgang, und die Berechnungsgenauigkeit des erforderlichen Wellendrehmoments zu verbessern.
Im Falle eines Fahrzeugs, bei dem sowohl eine Brennkraftmaschine als auch eine Hilfsleistungsquelle wie ein Motor oder dergleichen vorgesehen sind, wie dies der Fall ist bei einem Hybridfahrzeug, wird ferner bevorzugt, dass bei der Berechnung der erforderlichen Leistung die erforderliche Leistung berechnet wird auf der Basis der Maschinenausgangskennlinie bezüglich der gegenwärtigen Maschinendrehzahl, der Hilfsleistungsausgangskennlinie bezüglich der gegenwärtigen Hilfsleistungsquellendrehzahl, und der Beschleunigungseinrichtungsposition. Es ist auf diese Weise möglich, eine geeignete erforderliche Leistung zu berechnen, die unter Berücksichtigung sowohl der Ausgangskennlinie der Brennkraftmaschine als auch der Ausgangskennlinie der Hilfsleistungsquelle bestimmt ist.
Die vorstehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen deutlich. In den Zeichnungen ist:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines allgemeinen Maschinensteuerungssystems entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ein funktionales Blockdiagramm zur schematischen Veranschaulichung des Grundaufbaus der Berechnungsfunktion der elektronischen Steuerungseinheit ECU des erforderlichen Wellendrehmoments gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 ein funktionales Blockdiagramm zur schematischen Veranschaulichung eines speziellen Beispiels der Berechnungsfunktion der ECU des erforderlichen Wellendrehmoments gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Ablaufs eines Berechnungsprogramms des erforderlichen Wellendrehmoments, und
Fig. 5 ein funktionales Blockdiagramm zur schematischen Veranschaulichung des Grundaufbaus der Berechnungsfunktion der ECU des erforderlichen Wellendrehmoments gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung.
Erstes Ausführungsbeispiel
Gemäß der Darstellung in Fig. 1 sind auf der am weitesten stromaufliegenden Seite einer Maschine 11 vom Direkteinspritztyp ein Luftreiniger, und auf der stromabliegenden Seite des Luftreinigers ein Luftströmungsmesser 13 zur Erfassung des Ansaugluftvolumens angeordnet. Auf der stromabliegenden Seite des Luftströmungsmessers 13 ist eine Drosselklappe (Drosselventil) 15 angeordnet, deren Öffnungswinkel mittels eines Motors 14 wie eines Gleichstrommotors oder dergleichen eingestellt wird. Wird der Motor 14 auf der Basis des Ausgangssignals einer elektronischen Maschinensteuerungseinheit (ECU) 16 angesteuert, dann wird der Winkel der Drosselklappe 15 gesteuert für eine Anpassung des Ansaugluftvolumens für jeden Zylinder.
Auf der stromabliegenden Seite der Drosselklappe 15 ist ein Ausgleichsbehälter 17 angeordnet, und an dem Ausgleichsbehälter 17 ist ein Ansaugdrucksensor zur Erfassung eines Ansaugdrucks angeordnet. Mit dem Ausgleichsbehälter 17 ist ein Ansaugkrümmer 19 zum Zuführen der Luft zu den jeweiligen Zylindern der Maschine 11 verbunden, und in dem Ansaugkrümmer 19 für jeden Zylinder ist ein Wirbelsteuerungsventil 20 zur Steuerung einer Wirbelströmung in dem Zylinder in der Maschine 11 angeordnet.
Ein Brennstoffeinspritzventil 21 zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Zylinder ist am oberen Ende jedes Zylinders der Maschine 11 angeordnet, und ein Brennstoff in einem Brennstoffbehälter 22 wird mittels einer Brennstoffpumpe 23 unter Hochdruck gesetzt und wird dem Brennstoffeinspritzventil 21 jedes Zylinders zugeführt, und der Druck des Brennstoffs (Brennstoffdruck) wird mittels eines Brennstoffdrucksensors 24 erfasst. Eine Zündkerze 25 ist im Zylinderkopf jedes Zylinders der Maschine 11 angeordnet, und es wird ein Luft-Brennstoffgemisch in dem Zylinder mittels einer Funkenentladung durch die Zündkerze 25 gezündet.
Einlassventile 26 und Auslassventile 27 werden jeweils mittels Nockenwellen 28 und 29 angetrieben, und die Nockenwelle 28 auf der Einlassseite ist mit einem hydraulischen Ventilzeitveränderungsmechanismus 30 zum Verändern der Öffnungs- und Schließzeiten des Einlassventils 26 in Verbindung mit den Fahrbedingungen ausgestattet. Der hydraulische Druck zum Ansteuern des Ventilzeitveränderungsmechanismus 30 wird mittels eine Hydrauliksteuerungsventils 31 gesteuert. Eine Kurbelwelle 33 dreht sich infolge der hin- und hergehenden Bewegung eines Kolbens 32 in jedem Zylinder der Maschine 11, und die Drehung der Kurbelwelle 33 wird mittels der Antriebswelle 34 über das automatische Getriebe, das Untersetzungsgetriebe und dergleichen (die nicht gezeigt sind) übertragen, wobei die Reifen 35 gedreht werden.
Andererseits ist am Abgasrohr 36 der Maschine 11 ein Katalysator 37 wie ein katalytischer Dreiwegeumsetzer oder dergleichen zum Reinigen des Abgases vorgesehen, und auf der stromaufliegenden Seite des Katalysators 37 ist ein Luft-Brennstoffverhältnissensor (Sauerstoffsensor) 38 angeordnet zur Erfassung des Luft-Brennstoffverhältnisses (mager/fett) des Abgases vorgesehen. Ein Abgasrückführungsrohr (EGR-Rohr) 39 zum Rückführen eines Teils des Abgases zur Einlassseite ist zwischen der stromaufliegenden Seite des Luft- Brennstoffverhältnissensors 38 des Abgasrohrs 36 und dem Druckausgleichsbehälter 17 als Verbindung angeordnet, und ein Abgasrückführungsventil (EGR-Ventil) 40 ist vorgesehen zum Steuern des rückgeführten Abgasvolumens (EGR-Volumen) und ist in der Mitte des Abgasrückführungsrohrs 39 angeordnet. Ferner wird die Position eines Beschleunigungspedals (Beschleunigungspedalposition, Beschleunigungseinrichtungsposition) mittels eines Beschleunigungssensors 41 ermittelt.
Die elektronische Steuerungseinheit ECU 16 zur Steuerung der Maschinenbetriebsbedingungen besteht in. Wesentlichen aus einem Mikrocomputer. Der Mikrocomputer verarbeitet ein Berechnungsprogramm zur Berechnung eines erforderlichen Wellendrehmoments, wobei das Programm in einem Speicher ROM gemäß der Darstellung in Fig. 4 gespeichert ist, zur Berechnung einer erforderlichen, von einem Fahrer auf der Basis einer Beschleunigungspedalposition und dergleichen angeforderten Leistung, und zum Multiplizieren eines Werts (erforderliche Antriebskraft), der erhalten wurde durch Dividieren der erforderlichen Leistung durch eine Fahrzeuggeschwindigkeit, mit dem Reifenradius zur Berechnung eines erforderlichen Wellendrehmoments. Die elektronische Steuerungseinheit ECU 16 berechnet die gesteuerten Variablen (Ansaugluftvolumen, Brennstoffeinspritzmenge und Zündzeit) eines Luftsystems, eines Brennstoffsystems und eines Zündsystems auf der Basis des erforderlichen Wellendrehmoments und steuert die Antriebseinheiten des Luftsystems, des Brennstoffsystems und des Zündsystems. Hierbei ist das erforderliche Wellendrehmoment der erforderliche Wert (Sollwert) des Wellendrehmoments. Das Wellendrehmoment ist ein von der Kurbelwelle 33 der Maschine 11 zu einer Antriebswelle (Achse) 34 mittels des Antriebsstrangs (automatisches Getriebe, Untersetzungsgetriebe und dergleichen) übertragenes Drehmoment, das zum Antreiben der Reifen 35 dient.
Nachstehend werden die Grundzüge eines Verfahrens zur Berechnung des erforderlichen Wellendrehmoments gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Leistung der Brennkraftmaschine, die eine Ausgangsleistung ist, wird im Vergleich zu einem Wellendrehmoment durch den Drehmomentverstärkungsfaktor des Antriebsstrangs (wie eines Getriebeverhältnisses des Getriebes oder dergleichen) nicht verändert, so dass die erforderliche Leistung entsprechend der Beschleunigungspedalposition (Beschleunigungseinrichtungsposition) und dergleichen berechnet werden kann ohne Berücksichtigung der Bedingungen des Antriebsstrangs, wie des Getriebeverhältnisses des Getriebes und dergleichen. Ferner kann grundsätzlich die erforderliche Leistung als gleich in jedem Teil des Antriebsstrangs behandelt werden. Aus der Beziehung zwischen der Leistung und dem Drehmoment (Leistung = Drehmoment × Winkelgeschwindigkeit) kann die folgende Gleichung zwischen der erforderlichen Leistung und dem erforderlichen Wellendrehmoment gebildet werden.
Erforderliche Leistung = erforderliches Weilendrehmoment × Wellenwinkelgeschwindigkeit (1)
Erforderliches Wellendrehmoment = erforderliche Leistung/Wellengeschwindigkeit (2)
wobei die Wellenwinkelgeschwindigkeit die Winkelgeschwindigkeit [rad/sec] der Antriebswelle 34 (Reifen 35) ist und die folgende Beziehung ergibt:
Winkelgeschwindigkeit [rad/sec]
= 2π × Drehzahl [1/min]/60
= 2π × Raddrehzahl [1/min]/60 (3)
(wobei gilt: Wellendrehzahl = Raddrehzahl)
Ferner wird die Beziehung zwischen der Raddrehzahl [1/min] und einer Fahrzeuggeschwindigkeit [m/sec] gemäß der folgenden Gleichung unter Verwendung des Reifenradius [m] ausgedrückt:
Fahrzeuggeschwindigkeit = Raddrehzahl × 2π × Reifenradius/60 (4)
Aus den Gleichungen (2) bis (4) wird die nachfolgende Gleichung (5) erhalten:
Erforderliches Wellendrehmoment = (erforderliche Leistung/Fahrzeuggeschwindigkeit) × Reifenradius (5)
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird das erforderliche Wellendrehmoment berechnet aus der erforderlichen Leistung unter Verwendung der vorstehenden Gleichung (5).
Nachstehend werden die Grundzüge des Berechnungsablaufs des erforderlichen Drehmoments mittels der elektronischen Steuerungseinheit ECU 16 unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben.
Ein Berechnungsteil 44 für den erforderlichen Leistungsindex erhält ein Xacc-Kennfeld (Fig. 3) des erforderlichen Leistungsindex mit einer Beschleunigungspedalposition Acc als Parameter, und berechnet einen erforderlichen Leistungsindex in Abhängigkeit von der Beschleunigungspedalposition Acc, die mittels des Beschleunigungssensors 41 ermittelt wurde. Der erforderliche Leistungsindex Xacc ist ein dimensionsloses Aufteilungsverhältnis (0 = Xacc = 1), das entsprechend der Beschleunigungspedalposition Xacc (0 bis 100%) eingestellt wird. Ist die Beschleunigungspedalposition Acc = 0%, dann ist der erforderliche Leistungsindex Xacc = 0 (Minimumwert). Je größer die Beschleunigungspedalposition Acc ist, desto größer ist der erforderliche Leistungsindex Xacc. Ist die Beschleunigungspedalposition Acc = 100%, dann ist der erforderliche Leistungsindex Xacc = 1 (Maximalwert).
Andererseits umfasst ein Maschinenmaximalausgangsleistungsberechnungsteil 45 ein Maschinenmaximalleistungs-Pemax-Kennfeld (Fig. 3) mit einer Maschinendrehzahl Ne als Parameter, und berechnet eine maximale Maschinenleistung Pemax, die erzeugt wird bei der gegenwärtigen Maschinendrehzahl Ne, die mittels eines Kurbelwinkelsensors (Kurbelwellenwinkelsensors) 42 ermittelt wird. Ein Maschinenminimumausgangsleistungsberechnungsteil 46 erhält ein Maschinenminimumausgangsleistungs-Pemax-Kennfeld (Fig. 3) mit einer Maschinendrehzahl Ne als Parameter, und berechnet eine Maschinenminimumausgangsleistung Pemin in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl Ne, die mittels des Kurbelwinkelsensors 42 ermittelt wird. Dabei wird bevorzugt, dass das Maschinenmaximalausgangsleistungs- Pemax-Kennfeld und das Maschinenminimumausgangsleistung- Pemin-Kennfeld zuvor mittels eines Experiments, einer Simulation und dergleichen eingestellt wird und in dem Speicher ROM der elektronischen Steuerungseinheit ECU 16 gespeichert wird.
Ein Berechnungsteil 47 zur Berechnung einer erforderlichen Leistung berechnet eine Differenz (Pemax - Pemin) zwischen der Maschinenmaximalleistung Pemax und der Maschinenminimumleistung Pemin zur Bestimmung der maximalen Änderungsbreite (Pemax - Pemin) der Maschinenleistung bei der gegenwärtigen Maschinendrehzahl Ne und multipliziert die maximale Änderungsbreite (Pemax - Pemin) der Maschinenleistung mit dem erforderlichen Leistungsindex Xacc in Verbindung mit der Beschleunigungspedalposition Acc und addiert das Ergebnis der Multiplikation zur Maschinenminimumleistung Pemin zur Bestimmung einer erforderlichen Leistung Preq.
Preq = (Pemax - Pemin) x Xacc + Pemin
Auf diese Weise bringt der Erforderliche-Leistungs- Berechnungsteil 47 der erforderlichen Leistung die der Maschine 11 innewohnenden Ausgangsleistungskennlinie in Übereinstimmung mit der Beschleunigungspedalposition Acc zur Bestimmung der erforderlichen Leistung Preq entsprechend der gegenwärtigen Beschleunigungspedalposition Acc und der Maschinendrehzahl Ne.
Danach berechnet der Erforderliche-Leistungs- Berechnungsteil 48 des erforderlichen Wellendrehmoments ein erforderliches Wellendrehmoment Preq aus der erforderlichen Leistung Preq in der folgenden Weise unter Verwendung der Gleichung (5).
Zuerst wird die erforderliche Leistung Preq dividiert durch eine Fahrzeuggeschwindigkeit V, die mittels eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 43 erfasst wird, zur Bestimmung einer erforderlichen Antriebskraft Freq.
Freq = Preq/V
Wird die erforderliche Leistung Preq durch die Fahrzeuggeschwindigkeit V dividiert zur Vermeidung, dass die erforderliche Leistung Preq durch 0 dividiert wird, falls die Fahrzeuggeschwindigkeit V klein ist, dann wird im übrigen dieser Wert auf einen vorbestimmten minimalen Wert Vmin (Vmin < 0) begrenzt. Auf diese Weise wird die Fahrzeuggeschwindigkeit Vmin, durch die die erforderliche Leistung Preq dividiert wird, auf einen Wert größer als der Minimumwert Vmin begrenzt zur Verhinderung, dass die erforderliche Leistung Preq durch 0 oder einen kleinen Wert in der Nähe von 0 dividiert wird.
Sodann wird die erforderliche Antriebskraft Freq mit dem Reifenradius r multipliziert, der mittels eines Reifenradiuslernteils 49 gelernt (ermittelt) wurde, zur Bestimmung des erforderlichen Wellendrehmoments Preq.
Preq = Freq × r
Andererseits lernt der Reifenradiuslernteil 49 den vorliegenden gegenwärtigen Reifenradius R in der folgenden Weise. In der gleichmäßigen Fahr- bzw. Antriebsbedingung wird ein tatsächliches Wellendrehmoment T0, das an der Kurbelwelle 33 der Maschine 11 wirkt, bestimmt und wird mit einem Drehmomentverstärkungsfaktor des Antriebsstrangs (beispielsweise des Getriebeverhältnisses eines automatischen Getriebes, des Schlupfverhältnisses eines Drehmomentwandlers, des Untersetzungsverhältnisses eines Untersetzungsgetriebes oder dergleichen) multipliziert zur Bestimmung eines tatsächlichen Wellendrehmoments Tt, das zur Antriebswelle 34 übertragen wird.
Danach wird das tatsächliche Wellendrehmoment Tt durch die erforderliche Antriebskraft Freq dividiert zur Berechnung des tatsächlichen Reifenradius r.
r = Tt/Freq
Es besteht ferner ein bevorzugtes weiteres Lernverfahren, bei dem beispielsweise die Differenz (Tt - Treq) zwischen dem tatsächlichen Wellendrehmoment Tt und dem erforderlichen Wellendrehmoment Treq gelernt wird als ein Fehler infolge einer Änderung in dem Reifenradius r, und wobei der Reifenradius r entsprechend dem gelernten Wert korrigiert wird. Ferner wird das folgende Verfahren ebenfalls bevorzugt: Wird das tatsächliche Wellendrehmoment Tt mit dem erforderlichen Wellendrehmoment Treq verglichen und ist das tatsächliche Wellendrehmoment Tt kleiner als erforderliche Wellendrehmoment Treq, dann wird der Reifenradius r um kleine Beträge schrittweise vermindert, und ist das tatsächliche Wellendrehmoment Tt größer als das erforderliche Wellendrehmoment Treq, dann wird der Reifenradius r um kleine Beträge schrittweise vergrößert.
Daher ist es wünschenswert, dass das Lernen des Reifenradius r während gleichmäßiger Fahr- bzw. Antriebsbedingungen durchgeführt wird, in welchen die Antriebsbedingungen der Maschine und die Bedingungen des Antriebsstrangs (Drehmomentverstärkungsfaktor) gleichförmig sind. Dies ist erforderlich, da die Antriebsbedingungen der Maschine und die Bedingungen des Antriebsstrangs während eines Übergangszustands der Antriebsbedingungen erheblichen Änderungen unterliegen, so dass es schwierig wird, das tatsächliche Wellendrehmoment Tt mit hoher Genauigkeit zu schätzen.
Die Berechnung des erforderlichen Wellendrehmoments wird mittels eines in Fig. 4 gezeigten Berechnungsprogramms des erforderlichen Wellendrehmoments zu vorbestimmten Perioden oder bei vorbestimmten Kurbelwellenwinkeln während des Betriebs der Maschine durchgeführt. Wird das Berechnungsprogramm des erforderlichen Wellendrehmoments gestartet, dann wird zuerst in Schritt 101 eine Beschleunigungspedalposition Acc mittels der Ausgabe des Beschleunigungssensors 41 ermittelt, und in einem nächsten Schritt 102 wird der erforderliche Leistungsindex Xacc entsprechend der gegenwärtigen und mittels des Beschleunigungssensors 41 erfassten Beschleunigungspedalposition Acc unter Verwendung des Kennfelds oder dergleichen berechnet.
Danach geht das Programm zu Schritt 103 über, in welchem die gegenwärtige Maschinendrehzahl entsprechend der Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 43 ermittelt wird. In den nachfolgenden Schritten 104 und 105 werden jeweils unter Verwendung des Kennfelds die Maschinenmaximalleistung Pemax, die von der Maschine bei der gegenwärtigen Maschinendrehzahl zu erbringen ist, und die Minimummaschinenleistung Pemin berechnet. Das Programm geht sodann zu Schritt 106 über, in welchem die Differenz (Pemax - Pemin) zwischen der Maschinenmaximalleistung Pemax und der Maschinenminimumleistung Pemin berechnet wird zur Bestimmung der maximalen Änderungsbreite P der Maschinenleistung bei der vorliegenden (gegenwärtigen) Maschinendrehzahl Ne, und der Ablauf geht sodann zu einem Schritt 107 über, in welchem die Maschinenmaximaländerungsbreite P (Pemax - Pemin) der Maschinenleistung mit dem Leistungsindex Xacc multipliziert wird und wobei das Ergebnis der Multiplikation zu der Maschinenminimumleistung Pemin addiert wird zur Bestimmung der erforderlichen Leistung Preq.
Preq = (Pemax - Pemin) × Xacc + Pemin
Das Programm geht sodann zu Schritt 108 über, in welchem die Fahrzeuggeschwindigkeit V mittels der Ausgabe des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 43 bestimmt wird, und geht zu einem nachfolgenden Schritt 109 über, falls die Fahrzeuggeschwindigkeit V sehr klein ist, und die Fahrzeuggeschwindigkeit V wird auf den vorbestimmten Minimumwert Vmin (Vmin < 0) begrenzt, und der Ablauf geht sodann zu einem Schritt 110 über, in welchem die erforderliche Leistung Preq durch die Fahrzeuggeschwindigkeit V dividiert wird zur Bestimmung der erforderlichen Antriebskraft Freq.
Freq = Preq/V
Das Programm geht sodann zu einem Schritt 111 über, in welchen die erforderliche Antriebskraft Freq mit dem Reifenradius r multipliziert wird, der mittels des vorstehenden Lernablaufs bestimmt wurde, zur Berechnung des erforderlichen Wellendrehmoments Treq. Damit ist das Programm beendet.
Treq = Freq × r
Gemäß dem ersten vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die erforderliche Leistung Preq auf der Basis einer Beschleunigungspedalposition Acc und dergleichen berechnet und wird in ein erforderliches Wellendrehmoment Treq umgewandelt unter Verwendung der Fahrzeuggeschwindigkeit V und des Reifenradius r. Das erforderliche Wellendrehmoment Treq entsprechend der Beschleunigungspedalposition Acc und dergleichen kann somit ohne Verwendung der Bedingungen des Antriebsstrangs (Drehmomentverstärkungsfaktor) wie eines Getriebeverhältnisses des Getriebes und dergleichen bestimmt werden. Dies beseitigt das Erfordernis der Verwendung unterschiedlicher Berechnungsverfahren des erforderlichen Wellendrehmoments in Abhängigkeit von den Bedingungen des Antriebsstrangs, so dass die Berechnung des erforderlichen Wellendrehmoments Treq vereinfacht wird und es ebenfalls auf einfache Weise möglich ist, diese Berechnung des erforderlichen Wellendrehmoments Treq bei einem tatsächlichen Fahrzeug anzuwenden.
Wird ferner bei dem ersten Ausführungsbeispiel die erforderliche Leistung Treq berechnet, dann wird die Differenz zwischen der Maschinenmaximumleistung Pemax, die bei der gegenwärtigen Maschinendrehzahl Ne zu erbringen ist, und der Maschinenminimumleistung Pemin mit dem erforderlichen Leistungsindex Xacc entsprechend der Beschleunigungspedalposition Acc multipliziert, und das Ergebnis der Multiplikation wird zur Bestimmung der erforderlichen Leistung Preq zur Maschinenminimumleistung Pemin addiert. Es ist daher möglich, die der Maschine 11 innewohnende Ausgangsleistungskennlinie in Verbindung mit der Beschleunigungspedalposition Acc zu bringen und die geeignete erforderliche Leistung Preq in Abhängigkeit in der gegenwärtigen Beschleunigungspedalposition Acc und der Maschinendrehzahl Ne zu bestimmen.
Wird ferner gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel das erforderliche Wellendrehmoment Treq aus der erforderlichen Leistung Preq berechnet, dann wird die erforderliche Leistung Preq durch die Fahrzeuggeschwindigkeit V dividiert zur Bestimmung der erforderlichen Antriebskraft Freq, und es wird die erforderliche Antriebskraft Freq mit dem Reifenradius r multipliziert zur Bestimmung des erforderlichen Wellendrehmoments Treq. Es ist daher möglich, die erforderliche Leistung Preq in das erforderliche Wellendrehmoment Treq umzuwandeln unter Verwendung der Ausgabe des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 43 (Fahrzeuggeschwindigkeit), die üblicherweise bei der Maschinensteuerung verwendet wird, so dass die Berechnung des erforderlichen Wellendrehmoments Treq weiter vereinfacht wird.
Weist ein Fahrzeug ein Antiblockier-Bremssystems (ABS) oder ein Traktionssteuerungssystem (Antriebsschlupfsteuerungssystem) auf, dann ist ebenfalls bevorzugt, dass das erforderliche Wellendrehmoment berechnet wird entsprechend der nachfolgenden Gleichung unter Verwendung der Radgeschwindigkeit (Wellendrehzahl), die mittels in diesen Systemen angeordneten Wellendrehzahlsensoren erfasst wird.
Erforderliches Wellendrehmoment = erforderliche Leistung/(2π × Radgeschwindigkeit/60)
Zur Verhinderung des Teilens der erforderlichen Leistung Preq durch 0, falls die Fahrzeugsgeschwindigkeit für eine Division der erforderlichen Leistung Preq sehr klein ist, wird ferner in dem ersten Ausführungsbeispiel die Fahrzeuggeschwindigkeit auf einen Wert begrenzt, der nicht kleiner als der Minimumwert Vmin (Vmin < 0) ist. Wird die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit 0 oder erreicht sie einen sehr kleinen Wert in der Nähe von 0, dann ist es daher möglich, zu verhindern, dass die erforderliche Leistung Preq durch 0 oder einen sehr kleinen Wert in der Nähe von 0 dividiert wird, so dass damit verhindert wird, dass das Berechnungsergebnis bezüglich des erforderlichen Wellendrehmoments Preq divergiert.
Nutzt sich der Reifen 35 ab, dann ändert sich der Radius r des Reifens 35 infolge der Abnutzung oder der Änderung in dem Luftdruck und vergrößert die Differenz zwischen dem Reifenradius r (Anfangsentwicklungswert) zur Verwendung bei der Berechnung des erforderlichen Wellendrehmoments Treq, und dem tatsächlichen Reifenradius, wobei die Genauigkeit der Berechnung des erforderlichen Wellendrehmoments Treq vermindert wird. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird jedoch während einer gleichförmigen Antriebs- bzw. Fahrbedingung das tatsächliche Wellendrehmoment Tt berechnet und wird durch die erforderliche Antriebskraft Freq dividiert zur Bestimmung des tatsächlichen Reifenradius r, wobei der Reifenradius r gelernt wird, oder die Differenz (Tt = Treq) zwischen dem tatsächlichen Wellendrehmoment Tr und dem erforderlichen Wellendrehmoment Treq gelernt wird als ein Fehler infolge einer Änderung des Reifenradius r. Da der Reifenradius r korrigiert wird in Abhängigkeit von dem gelernten Wert, auch wenn der Radius r des Reifens 35 sich infolge einer Abnützung oder einer Änderung im Luftdruck geändert hat, ist es möglich, das erforderliche Wellendrehmoment Treq unter Verwendung des korrigierten Reifenradius (des gegenwärtigen tatsächlichen Reifenradius) zu berechnen, so dass die Genauigkeit der Berechnung des erforderlichen Wellendrehmoments Treq verbessert wird. Das Lernen des tatsächlichen Reifenradius ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, sondern es kann der Reifenradius zur Verwendung zur Berechnung des erforderlichen Wellendrehmoments ein zuvor festgelegter Wert (Anfangsentwicklungswert) sein.
Zweites Ausführungsbeispiel
In dem in Fig. 5 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel wird die vorliegende Erfindung bei einem Fahrzeug (beispielsweise einem Hybridfahrzeug) verwendet, in welchem eine Hilfsleistungsquelle wie ein Motor oder dergleichen (der nicht gezeigt ist) zusätzlich zu der Maschine 11 angeordnet ist.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Drehzahl Nm der Hilfsleistungsquelle wie eines Motors oder dergleichen mittels eines Hilfsleistungsquellen-Drehzahlsensors 50 ermittelt, und es wird eine Hilfsleistungsmaximumleistung Pmax, die bei der gegenwärtigen Hilfsleistungsquellendrehzahl Nm zu erbringen ist, mittels eines Berechnungsteils 51 der Hilfsleistungsquellenmaximumleistung unter Verwendung eines Kennfelds oder dergleichen berechnet. Eine Hilfsleistungsquellenminimumleistung Pmin wird entsprechend der gegenwärtigen Hilfsleistungsquellendrehzahl Nm mittels eines Berechnungsteils 52 der Hilfsleistungsquellenminimumleistung unter Verwendung eines Kennfelds oder dergleichen berechnet.
Eine erforderliche Leistung Preq wird mittels eines Berechnungsteils 47 einer erforderlichen Leistung berechnet auf der Basis eines erforderlichen Leistungrsindex Xacc in Verbindung mit der gegenwärtigen Beschleunigungspedalposition Acc, der Differenz (Pemax - Pmmin) zwischen der Maschinenmaximalleistung Pemax und der Maschinenminimunleistung Pmmin, und der Differenz Pemax - Finnin) zwischen einer Hilfsleistungsquellenmaximumleistung Pemax und einer Hilfsleistungsquellenminimumleistung Pmmin.
Ein erforderliches Wellendrehmoment Preq wird berechnet aus der erforderlichen Leistung Preq durch einen Berechnungsteil 48 des erforderlichen Wellendrehmoments unter Verwendung der Ausgabe (Fahrzeuggeschwindigkeit) des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 43.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Ausgangsleistungskennlinien der Maschine 11 und die Ausgangsleistungskennlinien der Hilfsleistungsquelle in Verbindung mit der Beschleunigungspedalposition Acc zu bringen und eine korrekte erforderliche Leistung in Abhängigkeit von der Leistungsfähigkeit der Maschine 11 und der Leistungsfähigkeit der Hilfsleistungsquelle zu berechnen, so dass ein korrektes erforderliches Wellendrehmoment Treq berechnet wird.
Hierbei können das erste und zweite Ausführungsbeispiel nicht nur bei einer Maschine vom Direkteinspritzungstyp sondern ebenfalls bei einer Maschine vom Ansaugkanaleinspritztyp verwendet werden.
Eine Maschinenmaximumleistung (Pemax), die bei einer gegenwärtigen Maschinendrehzahl (Ne) erzeugt wird, und eine Maschinenminimumleistung (Pemin) werden berechnet. Die Differenz (P) zwischen der Maschinenmaximumleistung (Pemax) und der Maschinenminimumleistung (Pemin) wird mit einem erforderlichen Leistungsindex (Xacc) in Verbindung mit einer Beschleunigungspedalposition (Acc) multipliziert zur Bestimmung einer erforderlichen Leistung (Preq) relativ zu der gegenwärtigen Beschleunigungspedalposition (Acc) und der gegenwärtigen Maschinendrehzahl (Ne). Danach wird die erforderliche Leistung (Preq) dividiert durch die Maschinengeschwindigkeit (V) zur Bestimmung einer erforderlichen Antriebskraft (Freq). Die erforderliche Antriebskraft (Freq) wird mit einem Reifenradius (r) multipliziert zur Bestimmung eines erforderlichen Wellendrehmoments (Treq).

Claims (7)

1. Steuerungsvorrichtung (16) für eine Brennkraftmaschine (11) zur Steuerung des Maschinenbetriebs auf der Basis einer Beschleunigungseinrichtungsposition (Acc) entsprechend einer Betätigung durch einen Fahrer, wobei die Steuerungsvorrichtung gekennzeichnet ist durch:
eine Leistungs-Berechnungseinrichtung (47, 107) zur Berechnung einer erforderlichen Leistung (Preq) entsprechend der Anforderung durch den Fahrer auf der Basis der Beschleunigungseinrichtungsposition (Acc),
eine Wellendrehmoment-Berechnungseinrichtung (48, 111) zur Berechnung eines erforderlichen Wellendrehmoments (Treq) auf der Basis der erforderlichen Leistung (Preq) und einer Fahrzeuggeschwindigkeit (V) oder einer Raddrehzahl, und
einer Steuerungseinrichtung (16) zur Steuerung des Betriebs der Brennkraftmaschine auf der Basis des erforderlichen Wellendrehmoments (Treq).
2. Steuerungsvorrichtung (16) für eine Brennkraftmaschine (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungs-Berechnungseinrichtung (47, 107) die erforderlichen Leistung (Treq) auf der Basis einer Maschinenausgangskennlinie (Pemax, Pemin) relativ zu der gegenwärtigen Maschinendrehzahl (Ne) und der Beschleunigungseinrichtungsposition (Acc) berechnet.
3. Steuerungsvorrichtung (16) für eine Brennkraftmaschine (11) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungs-Berechnungseinrichtung (47, 10) der erforderlichen Leistung die Differenz zwischen der Maximummaschinenleistung (Pemax), die bei der gegenwärtigen Maschinendrehzahl zu erzeugen ist, und einer Minimummaschinenleistung (Pemin) berechnet und die Differenz mit einem Aufteilungsverhältnis (Xacc) in Verbindung mit der gegenwärtigen Beschleunigungseinrichtungsposition (Acc) multipliziert und das Ergebnis der Multiplikation zur Minimummaschinenleistung (Pemin) addiert, um auf diese Weise die erforderliche Leistung (Preq) zu bestimmen.
4. Steuerungsvorrichtung (16) für eine Brennkraftmaschine (11) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellendrehmoment- Berechnungseinrichtung (48, 111) die erforderliche Leistung (Preq) durch die Fahrzeuggeschwindigkeit (V) dividiert zur Bestimmung einer erforderlichen Antriebskraft (Freq), und die erforderliche Antriebskraft (Freq) mit einem Reifenradius (r) multipliziert zur Bestimmung des erforderlichen Wellendrehmoments (Treq).
5. Steuerungsvorrichtung (16) für eine Brennkraftmaschine (11) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erforderliche Wellendrehmoment-Berechnungseinrichtung (48, 111) eine Schutzeinrichtung (108, 109) aufweist zum Begrenzen des Minimumwerts der Fahrzeuggeschwindigkeit (V), der verwendet wird zur Division der erforderlichen Leistung (Preq), auf einen kleinen Wert größer als 0.
6. Steuerungsvorrichtung (16) für eine Brennkraftmaschine (11) gemäß Anspruch 4 oder 5, ferner gekennzeichnet durch eine Reifenradiuslerneinrichtung (49) zur Berechnung des tatsächlichen Wellendrehmoments während des Betriebs der Brennkraftmaschine (11) und zum Lernen des Reifenradius (r) unter Verwendung des tatsächlichen Wellendrehmoments und des erforderlichen Wellendrehmoments (Treq) oder der erforderlichen Antriebskraft (Freq).
7. Steuerungsvorrichtung (16) für eine Brennkraftmaschine (11) nach einem der Ansprüche 11 bis 6, ferner gekennzeichnet durch eine Hilfsleistungsquelle (50), wobei die Leistungs-Berechnungseinrichtung (47, 107) für die erforderliche Leistung die erforderliche Leistung (Preq) auf der Basis einer Maschinenausgangskennlinie entsprechend der gegenwärtigen Maschinendrehzahl, der Hilfsausgangkennlinie relativ zu der gegenwärtigen Hilfsleistungsquellendrehzahl und der Beschleunigungseinrichtungsposition (Acc) berechnet.
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