DE10230828B4

DE10230828B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Ausgangsgröße einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE10230828B4
Application number: DE10230828A
Authority: DE
Inventors: Dirk Hartmann; Holger Jessen; Mathieu Courtes
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2012-06-21
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: US6904357B2; JP2004036622A; JP4308599B2; DE10230828A1; US20040073354A1

Abstract

Verfahren zur Regelung der Ausgangsgröße (NMOTIST) einer Antriebseinheit (1) eines Fahrzeugs, wobei die Ausgangsgröße (NMOTIST) mittels einer Stellgröße (MSOLL) eingestellt und eines Vorgabewerts (NMOTSOLL) nachgeführt wird, und wobei in mindestens einem vorgegebenen Betriebszustand des Fahrzeugs die Stellgröße (MSOLL) auf einen vorgegebenen Grenzwert (MO, MU) gebracht wird, wenn eine vorgegebene Regelabweichung (dnv) der Ausgangsgröße (NMOTIST) überschritten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgröße (NMOTIST) durch einen PD- oder einen PID-Regler (10) geregelt wird, der dazu die Stellgröße (MSOLL) erzeugt, dass die Stellgröße (MSOLL) in einem Begrenzer (15) auf einen vorgegebenen Stellbereich (D) begrenzt wird, und dass die Breite des vorgegebenen Stellbereiches (D) in dem mindestens einen Betriebszustand bis auf Null gebracht wird.

Description

Die Erfindung geht von einem Verfahren und von einer Vorrichtung zur Regelung der Ausgangsgröße einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche aus.
Bekannte Verfahren zur Steuerung des Schaltvorgangs bei automatisierten Schaltgetrieben eines Fahrzeugs nutzen Drehmomentsollwerte bzw. Drehzahlsollwerte, die als Betriebszustandsvorgabe für den Motor an die Stelle des Fahrerwunsches oder sonstiger Eingriffe in die Antriebsleistung des Fahrzeugs treten. Die Steuerung erfolgt dabei in unterschiedlichen Phasen, in denen von einem Getriebesteuergerät über die Sollwerte geeignete zeitliche Verläufe des Motorausgangsmomentes bzw. der Motordrehzahl vorgegeben werden. Bekannte Verfahren mit Vorgabe eines Drehzahlsollwertes nutzen eine PD- oder PID-Regelstrategie zur Ausregelung der Abweichung zwischen dem Drehzahlsoll- und -istwert. Stellgröße des PD- bzw. PID-Reglers ist das Motorausgangsmoment. Es ist bekannt, dass die Stellgröße des PD-Reglers als Summe aus einem der Drehzahlabweichung proportionalen und einem der Änderungsgeschwindigkeit der Drehzahl proportionalen Anteil gebildet wird, so dass insbesondere bei kleinen Drehzahlabweichungen sowie bei negativen Änderungsgeschwindigkeiten der Drehzahlabweichungen die Stellgröße kleine Werte annimmt. Eine in der Regel vorhandene Stellgrößenbegrenzung wird nicht optimal ausgenutzt.
Aus der JP 7 224 707 A ist eine Regelung für eine Brennkraftmaschine bekannt. Im Leerlauf wird die Stellgröße des Reglers begrenzt, wenn eine vorgegebene Regelabweichung überschritten wird.
Die DE 199 13 272 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine. Hierzu wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine erfasst und auf einen vorgegebenen Wert begrenzt. Abhängig vom Fahrerwunsch wird ein Solldrehmoment vorgegeben. Dieses wird reduziert, wenn die Drehzahl eine vorgegebene Überwachungsdrehzahl überschreitet.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Regelabweichung der Ausgangsgröße in dem mindestens einen vorgegebenen Betriebszustand sehr schnell zu reduzieren, so dass eine zeitoptimale Regelstrategie realisiert wird.
Diese Aufgabe wird jeweils durch die Summe der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung der Ausgangsgröße einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben den Vorteil, dass in mindestens einem vorgegebenen Betriebszustand des Fahrzeugs die Stellgröße auf einen vorgegebenen Grenzwert gebracht wird, wenn eine vorgegebene Regelabweichung der Ausgangsgröße überschritten wird, wenn die Ausgangsgröße durch einen PD- oder einen PID-Regler geregelt wird, der dazu die Stellgröße erzeugt, wenn die Stellgröße in einem Begrenzer auf einen vorgegebenen Stellbereich begrenzt wird und wenn der vorgegebene Stellbereich in dem mindestens einen Betriebszustand bis auf Null gebracht wird.
Auf diese Weise lässt sich die Regelabweichung der Ausgangsgröße in dem mindestens einen vorgegebenen Betriebszustand sehr schnell reduzieren, so dass eine zeitoptimale Regelstrategie realisiert wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als vorgegebener Betriebszustand ein Schaltvorgang eines automatischen Getriebes oder eines automatisierten Schaltgetriebes vorgesehen wird. Auf diese Weise lässt sich der Schaltvorgang verkürzen bzw. beschleunigen und damit der zeitliche Ablauf des Schaltvorgangs verbessern.
Vorteilhaft ist außerdem, wenn der vorgegebene Stellbereich wieder vergrößert wird, sobald die vorgegebene Regelabweichung erreicht oder unterschritten wird. Auf diese Weise können bei einer genügend kleinen Regelabweichung die Vorteile der PD- oder PID-Regelung genutzt werden.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, das gleichzeitig auch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht,
2a) den Verlauf eines Motorausgangsmomentes über der Zeit bei einem Schaltvorgang, in dem hochgeschaltet wird,
2b) den Verlauf des Motorausgangsmomentes über der Zeit bei einem Schaltvorgang, bei dem heruntergeschaltet wird,
2c) einen Verlauf einer Regelanforderung über der Zeit für einen Schaltvorgang,
2d) einen digitalisierten Verlauf einer Drehzahlregelabweichung über der Zeit während eines Schaltvorgangs
2e) einen Verlauf eines Stellbereichs für eine Stellgröße über der Zeit während eines Schaltvorgangs,
2f) einen Verlauf der Grenzen des Stellbereichs über der Zeit während eines Schaltvorgangs, bei dem hochgeschaltet wird und
2g) einen Verlauf der Grenzen des Stellbereichs über der Zeit während eines Schaltvorgangs, bei dem heruntergeschaltet wird.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 kennzeichnet 1 eine Antriebseinheit eines Fahrzeugs, die eine Ausgangsgröße abgibt. Im Folgenden wird beispielhaft angenommen, dass es sich bei der Ausgangsgröße der Antriebseinheit 1 des Fahrzeugs um einen Istwert NMOTIST der Motordrehzahl handelt. In 1 kennzeichnet 20 eine Vorrichtung zur Regelung der Ausgangsgröße NMOTIST der Antriebseinheit 1 des Fahrzeugs. Die Vorrichtung 20 umfasst Mittel 25 zur Bildung einer Stellgröße, die im Folgenden beispielhaft als Sollwert MSOLL für das Motorausgangsmoment ausgebildet sein soll. Die Stellgröße MSOLL ist dabei einer in 1 nicht dargestellten Motorsteuerung der Antriebseinheit 1 zugeführt, die den Sollwert MSOLL des Motorausgangsmomentes durch geeignete Einstellung der Drosselklappe für die Luftzufuhr, des Zündwinkels und/oder der Einspritzmenge im Falle eines Otto-Motors umsetzt, um die Ausgangsgröße NMOTIST zu bilden. Ferner umfasst die Vorrichtung 20 eine Messvorrichtung 40 zur Messung der Ausgangsgröße der Antriebseinheit 1, also des Istwertes NMOTIST der Motordrehzahl in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel. Der von der Messvorrichtung 40 ermittelte Istwert NMOTIST der Motordrehzahl wird in einem ersten Verknüpfungspunkt 30 von einem Vorgabewert NMOTSOLL für die Ausgangsgröße der Antriebseinheit 1, in diesem Beispiel die Motordrehzahl, subtrahiert. Es bildet sich dabei eine Regelabweichung dn, die den Mitteln 25 zugeführt wird. Der Vorgabewert NMOTSOLL für die Ausgangsgröße kann in dem gemäß 1 betrachteten Betriebszustand des Fahrzeugs von einer Getriebesteuerung 35 an den ersten Verknüpfungspunkt 30 abgegeben werden, wobei es sich bei diesem Betriebszustand um einen Schaltvorgang eines automatischen Getriebes oder eines automatisierten Schaltgetriebes des Fahrzeugs handeln kann, das im Folgenden kurz als Getriebe bezeichnet und in 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist. Die Erfindung ist dabei jedoch auf jede beliebige Getriebeart, ja sogar allgemein zur Drehzahlregelung einsetzbar.
Die Mittel 25 umfassen einen PD- oder PID-Regler 10, dem als Eingangsgröße die Regelabweichung dn zugeführt ist. Der PD- oder PID-Regler 10, der im Folgenden kurz als Regler bezeichnet wird, erzeugt eine vorläufige Stellgröße MSOLL', die in diesem Beispiel ein vorläufiger Sollwert für das Motorausgangsmoment sein soll. Anhand der vorläufigen Stellgröße MSOLL soll die Ausgangsgröße NMOTIST der Antriebseinheit 1 der Vorgabegröße NMOTSOLL nachgeführt werden, im Sinne einer Minimierung der Regelabweichung dn. Die vorläufige Stellgröße MSOLL' wird einem Begrenzer 15 der Mittel 25 zugeführt, die prüfen, ob die vorläufige Stellgröße MSOLL' innerhalb eines vorgegebenen Stellbereichs Δ liegt. Ist dies der Fall, so wird die vorläufige Stellgröße MSOLL' als Stellgröße MSOLL an die Antriebseinheit 1 abgegeben, andernfalls wird die vorläufige Stellgröße MSOLL' derart begrenzt, dass sie im vorgegebenen Stellbereich Δ liegt, wobei in diesem Fall die von den Mitteln 25 abgegebene Stellgröße MSOLL die entsprechend durch den Begrenzer 15 begrenzte vorläufige Stellgröße ist.
Der Stellbereich Δ ist definiert durch einen unteren Grenzwert MU und einen oberen Grenzwert MO, so dass gilt: Δ = MO – MU.
Die Vorrichtung 20 umfasst nun weiterhin Grenzwertvorgabemittel 45, die von der Getriebesteuerung 35 zumindest in dem hier beschriebenen Betriebszustand des Schaltvorgangs angesteuert werden. Wird beim Schaltvorgang heruntergeschaltet, so steuert die Getriebesteuerung die Grenzwertvorgabemittel 45 derart an, dass sie einen vorläufigen oberen Grenzwert MO' abgeben. Wird beim Schaltvorgang hochgeschaltet, so steuert die Getriebesteuerung 35 die Grenzwertvorgabemittel 45 derart an, dass sie einen vorläufigen unteren Grenzwert MU' abgeben. Der vorläufige obere Grenzwert MO stellt dabei in diesem Ausführungsbeispiel ein maximal erzeugbares Motorausgangsmoment dar. Der vorläufige untere Grenzwert MU' stellt in diesem Ausführungsbeispiel ein minimal mögliches Motorausgangsmoment dar. Der Ausgang der Grenzwertvorgabemittel 45 ist auf einen zweiten Verknüpfungspunkt 55 und einen dritten Verknüpfungspunkt 60 geführt. Ferner sind Stellbereichvorgabemittel 50 vorgesehen, die einen einzustellenden Stellbereich Δ' vorgeben und in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ebenfalls von der Getriebesteuerung 35 angesteuert werden. Der einzustellende Stellbereich Δ' wird von den Stellbereichvorgabemitteln 50 an ein Proportional-Zeit-Glied 5 abgegeben. Der Ausgang des Proportional-Zeit-Gliedes 5 wird ebenfalls auf den zweiten Verknüpfungspunkt 55 und den dritten Verknüpfungspunkt 60 geführt. Im zweiten Verknüpfungspunkt 55 wird der Ausgang der Grenzwertvorgabemittel 45 mit dem Ausgang des Porportional-Zeit-Gliedes 5 addiert. Im dritten Verknüpfungspunkt 60 wird der Ausgang des Porportional-Zeit-Gliedes 5 vom Ausgang der Grenzwertvorgabemittel 55 subtrahiert. Das Porportional-Zeit-Glied 5 hat die Funktion, eine stetige zeitliche Steuerung des einzustellenden Stellbereichs Δ' zu realisieren. Dazu kann das Porportional-Zeit-Glied 5 beispielsweise in erster Ordnung und damit als PT1-Glied oder in zweiter Ordnung und damit als PT2-Glied ausgebildet sein. Alternativ kann an Stelle des Porportional-Zeit-Gliedes 5 auch eine zeitgesteuerte Rampenfunktion verwendet werden, die eine stetige zeitliche Steuerung des einzustellenden Stellbereichs Δ' ermöglicht. Der Ausgang des zweiten Verknüpfungspunktes 55 ist auf eine Minimalwertauswahleinheit 75 geführt. Ein weiterer Eingang der Minimalwertauswahleinheit 75 ist mit einem Speicher 65 für den vorläufigen oberen Grenzwert MO' verbunden. Die Minimalwertauswahleinheit 75 wählt aus den beiden Eingangsgrößen den minimalen Wert aus und gibt ihn als vorgegebenen oberen Grenzwert MO an den Begrenzer 15 ab. Der Ausgang des dritten Verknüpfungspunktes 60 ist auf eine Maximalwertauswahleinheit 80 geführt. Ein weiterer Eingang der Maximalwertauswahleinheit 80 ist mit einem Speicher 70 für den vorläufigen unteren Grenzwert MU' verbunden. Die Maximalwertauswahleinheit 80 gibt den Maximalwert ihrer beiden Eingangsgrößen als vorgegebenen unteren Grenzwert MU an den Begrenzer 15 ab.
Die Funktionsweise des Blockschaltbildes in 1 ist anhand der in 2 dargestellten Zeitdiagramme beschrieben. In 2a) ist der Sollwert MSOLL des Motorausgangsmomentes über der Zeit t für ein Hochschalten während eines Schaltvorgangs des Getriebes dargestellt. Zu einem ersten Zeitpunkt t₀ wird nach dem Öffnen der Kupplung eine zweite Phase eines Schaltvorgangs erreicht, bei der bei geöffneter Kupplung hochgeschaltet wird. Das bedeutet, dass die Getriebesteuerung 35 einen niedrigeren Drehzahlwert für die Motordrehzahl vorgibt, als zuvor. Gemäß 2d), die den Betrag |dn| der Regelabweichung der Ausgangsgröße NMOTIST über der Zeit t darstellt, steigt daher zum ersten Zeitpunkt t0 der Betrag |dn| der Regelabweichung über eine vorgegebene Regelabweichung dnv an und wird in der digitalisierten Darstellung gemäß 2d) auf eins gesetzt. Dabei ist in 2d) gestrichelt der tatsächliche Verlauf des Betrags |dn| der Regelabweichung dargestellt, genauso wie die vorgegebene Regelabweichung dnv. Der tatsächliche Betrag |dn| der Regelabweichung steigt dabei zum ersten Zeitpunkt t₀ zunächst steil an, weil zum ersten Zeitpunkt t₀ die Getriebesteuerung 35 den Vorgabewert NMOTSOLL fordert, aber die Ausgangsgröße NMOTIST noch auf dem vorherigen Wert liegt. Durch die Mittel 25 wird eine zeitoptimale Regelstrategie zur Ausregelung der Regelabweichung dn realisiert, so dass, wenn der Betrag |dn| der Regelabweichung gemäß 2d) erst zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ wieder unter die vorgegebene Regelabweichung dnv abfällt, auch das in 2d) dargestellte digitalisierte Signal für den Betrag |dn| der Regelabweichung von eins auf null zurückgeht. Der dadurch gebildete Regelabweichungsimpuls hat die Dauer t₁ = t₂ – t₀.
In 2c) ist ein Regelanforderungssignal RA über der Zeit t aufgetragen. Mit dem Überschreiten der vorgegebenen Regelabweichung dnv durch den Betrag |dn| der Regelabweichung zum ersten Zeitpunkt t₀ wird ein Regelanforderungssignal gemäß 2c) gebildet, das von der Getriebesteuerung 35 an die Grenzwertvorgabemittel 45 und die Stellbereichsvorgabemittel 50 abgegeben wird und diese somit zum ersten Zeitpunkt t₀ initialisiert. Dabei werden die Grenzwertvorgabemittel 45 dazu veranlasst, den vorläufigen unteren Grenzwert MU' abzugeben. Gemäß 2e) ist der Verlauf des einzustellenden Stellbereichs Δ über der Zeit t dargestellt. Dabei ist der einzustellende Stellbereich Δ' üblicherweise die Differenz aus dem vorläufigen oberen Grenzwert MO' und dem vorläufigen unteren Grenzwert MU', also Δ' = MO' – MU'. Durch Initialisierung mittels des Regelanforderungssignals zum ersten Zeitpunkt t₀ werden die Stellbereichsvorgabemittel 50 jedoch von der Getriebesteuerung 35 veranlasst, den einzustellenden Stellbereich Δ' auf Null zu setzen. Die sich bildende fallende Flanke des Signals für den einzustellenden Stellbereich Δ' wird durch das Porportional-Zeit-Glied 5 zeitlich verzögert, wie in 2e) gestrichelt dargestellt ist. Auf diese Weise wird der sprungförmige Verlauf des einzustellenden Stellbereichs Δ' zum ersten Zeitpunkt t₀ in einem stetigen streng monoton fallenden Verlauf umgeformt. In 2f) ist der Verlauf des vorgegebenen oberen Grenzwertes MO und des vorgegebenen unteren Grenzwertes MU über der Zeit t dargestellt. Dabei entspricht während des gesamten Schaltvorgangs der vorgegebene untere Grenzwert dem vorläufigen unteren Grenzwert MU'. Der vorgegebene obere Grenzwert MO hingegen entspricht bis zum ersten Zeitpunkt t₀ dem vorläufigen oberen Grenzwert MO' und fällt dann zum ersten Zeitpunkt t₀ stetig und streng monoton fallend aufgrund des Porportional-Zeit-Gliedes 5 gemäß der gestrichelten Darstellung in 2f) bis auf den vorläufigen unteren Grenzwert MU' ab. Dieser wird zu einem dritten Zeitpunkt t₃ erreicht. Damit entspricht ab dem dritten Zeitpunkt t₃ der vorgegebene obere Grenzwert MO dem vorgegebenen unteren Grenzwert MU, so dass am Ausgang des Begrenzers 15 ab dem dritten Zeitpunkt t₃ der Sollwert MSOLL für das Motorausgangsmoment den Wert des vorläufigen unteren Grenzwertes MU' annimmt. Somit wird ab dem dritten Zeitpunkt t₃ das minimal mögliche Motorausgangsmoment von der Motorsteuerung der Antriebseinheit 1 umgesetzt und somit der Istwert NMOTIST der Motordrehzahl schnellstmöglich abgesenkt. Zu einem dem dritten Zeitpunkt t₃ nachfolgenden zweiten Zeitpunkt t₂ fällt dann der Betrag |dn| der Regelabweichung unter die vorgegebene Regelabweichung dnv zurück. Der Betrag |dn| der Regelabweichung kann auf diese Weise schnellstmöglich unter die vorgegebene Regelabweichung dnv zurückgeführt werden. Somit lässt sich eine zeitoptimale Regelstrategie zur Ausregelung von Drehzahlabweichungen realisieren.
Um der Getriebesteuerung 35 den Betrag |dn| der Regelabweichung mitzuteilen, ist, wie in 1 dargestellt, der Ausgang des ersten Verknüpfungspunktes 30 auch auf die Getriebesteuerung 35 zurückgeführt. So kann ausgehend von dem in 2d) dargestellten digitalisierten Signal für den Betrag |dn| der Regelabweichung das Regelanforderungssignal RA gebildet werden, das mit Setzen des digitalisierten Betrags |dn| der Regelabweichung gesetzt und mit Rücksetzen des Betrags |dn| der Regelabweichung zurückgesetzt wird. Alternativ kann der Betrag |dn| der Regelabweichung der Motorsteuerung, ausgehend vom ersten Verknüpfungspunkt 30, zugeführt werden. Das Regelanforderungssignal RA wird dann entsprechend in der Motorsteuerung gebildet. Somit wird also gemäß 2c) das Regelanforderungssignal RA zum zweiten Zeitpunkt t₂ zurückgesetzt. Das bedeutet, dass zum zweiten Zeitpunkt t₂ die Stellbereichsvorgabemittel 50 in dem hier beschriebenen Beispiel derart von der Getriebesteuerung 35 angesteuert werden, dass sie den einzustellenden Stellbereich Δ' sprunghaft wieder auf den Ausgangswert MO' – MU' erhöhen. Aufgrund des Porportional-Zeit-Gliedes 5 wird diese sprunghafte Erhöhung in eine stetige, streng monoton steigende Erhöhung, wie in 2e) gestrichelt dargestellt, umgesetzt. Dies führt wiederum zu einer entsprechenden stetig monoton steigenden Erhöhung des vorgegebenen oberen Grenzwertes MO ab dem zweiten Zeitpunkt t₂ auf den vorläufigen oberen Grenzwert MO' gemäß 2f) in der gestrichelten Darstellung. Der vorgegebene untere Grenzwert MU bleibt aber nach wie vor auf dem vorläufigen unteren Grenzwert MU', so dass sich der Stellbereich Δ = MO – MU ab dem zweiten vorgegebenen Zeitpunkt t2 wieder auf den Ausgangswert MO' – MU' aufweitet. Die Regelung der Ausgangsgröße NMOTIST wird dann innerhalb des Stellbereichs Δ wieder voll vom Regler 10 übernommen.
Vom zweiten Zeitpunkt t₂ an steigt damit auch wieder der Sollwert MSOLL des Motorausgangsmomentes gemäß 2a) vom vorläufigen unteren Grenzwert MU' auf ein Verlustmoment MV an, das notwendig ist, um die neue Ausgangsgröße NMOTIST zu halten und beispielsweise auch bis zum ersten Zeitpunkt t₀ eingestellt war. In der Regel ist das Verlustmoment MV bei geänderter Motordrehzahl jedoch auch verändert.
Gemäß 2b) ist der Sollwert MSOLL für das Motorausgangsmoment über der Zeit t für einen Schaltvorgang dargestellt, bei dem heruntergeschaltet wird. In diesem Fall gibt die Getriebesteuerung 35 vom ersten Zeitpunkt t₀ an einen gegenüber dem vorherigen Sollwert erhöhten Sollwert NMOTSOLL für die Motordrehzahl vor. Wieder ergibt sich qualitativ ein Verlauf des Betrages |dn| der Regelabweichung gemäß 2d) und ein Regelanforderungssignal RA gemäß 2c). Dabei veranlasst die Getriebesteuerung 35 beim Herunterschalten die Grenzwertvorgabemittel 45 dazu, den vorläufigen oberen Grenzwert MO' abzugeben. Ansonsten werden die Stellbereichsvorgabemittel 50, wie auch beim Hochschalten gemäß 2e), dazu veranlasst, ab dem ersten Zeitpunkt t₀ den einzustellenden Stellbereich Δ' in der beschriebenen Weise wieder auf Null zu setzen. Diesmal ergibt sich für den vorgegebenen oberen Grenzwert MO und den vorgegebenen unteren Grenzwert MU gemäß 2d) der folgende Verlauf über der Zeit t. Der vorgegebene obere Grenzwert MO bleibt ständig auf dem vorläufigen oberen Grenzwert MO', wohingegen der vorgegebene untere Grenzwert MU bis zum ersten Zeitpunkt t₀ dem vorläufigen unteren Grenzwert MU' entspricht und vom ersten Zeitpunkt t₀ an gemäß der gestrichelten Darstellung von 2g) stetig und streng monoton steigend bis zum vorläufigen oberen Grenzwert MO' ansteigt. Der Verlauf des einzustellenden Stellbereichs Δ' ist dabei gemäß 2e) identisch wie beim Hochschalten. Das bedeutet nun, dass vom dritten Zeitpunkt t₃ an gemäß 2g) der vorgegebene obere Grenzwert MO dem vorgegebenen unteren Grenzwert MU entspricht und gleich dem vorläufigert oberen Grenzwert MO' ist. Damit fallen vom dritten Zeitpunkt t₃ an der vorgegebene obere Grenzwert MO und der vorgegebene untere Grenzwert MU zusammen und der Begrenzer 15 gibt als Sollwert MSOLL für das Motorausgangsmoment den vorläufigen oberen Grenzwert MO' ab, Wie in 2b) dargestellt ist. Da der vorläufige obere Grenzwert MO' dem maximal erzeugbaren Motorausgangsmoment entspricht, wird die Ausgangsgröße NMOTIST schnellstmöglich erhöht und dem Vorgabewert NMOTSOLL schnellstmöglich nachgeführt. Somit wird auch für das Herunterschalten eine zeitoptimale Regelstrategie zur Ausregelung der Drehzahlabweichung bzw. der Regelabweichung dn realisiert. Der Betrag |dn| der Regelabweichung geht somit schnellstmöglich wieder unter die vorgegebene Regelabweichung dnv zum zweiten Zeitpunkt t₂ zurück, so dass das Regelanforderungssignal RA zum zweiten Zeitpunkt t₂ zurückgesetzt und der einzustellende Stellbereich Δ' vom zweiten Zeitpunkt t₂ an wieder auf den Ausgangswert MO' – MU' zurückgesetzt werden kann. Aufgrund des Porportional-Zeit-Gliedes 5 wird dieser Sprung in eine stetige streng monoton steigende Funktion wie in 2e) gestrichelt dargestellt umgewandelt. Dies führt gemäß 2g) dazu, dass ab dem zweiten Zeitpunkt t₂ der vorgegebene obere Grenzwert MO nach wie vor dem vorläufigen oberen Grenzwert MO' entspricht, wohingegen der vorgegebene untere Grenzwert MU vom zweiten Zeitpunkt t2 an stetig und streng monoton fallend vom vorläufigen oberen Grenzwert MO' auf den vorläufigen unteren Grenzwert MU' zurückgeht. Sobald der vorgegebene untere Grenzwert MU wieder den vorläufigen unteren Grenzwert MU' erreicht, ist der Stellbereich Δ wieder auf seinen ursprünglichen Wert MO' – MU' erweitert und der Begrenzer 15 begrenzt den vorläufigen Sollwert MSOLL' des Reglers 10 innerhalb dieses Stellbereichs Δ.
Zum zweiten Zeitpunkt t₂ ist der von der Getriebesteuerung 35 vorgegebene Vorgabewert NMOTSOLL von der Ausgangsgröße NMOTIST mit einer Regelabweichung dnv erreicht, so dass die Kupplung wieder geschlossen und der Schaltvorgang beendet werden kann.
Somit wird vom zweiten Zeitpunkt t₂ an das Ausgangssignal MSOLL des Reglers 10 als vorläufiger Sollwert des Motorausgangsmomentes immer weniger durch den Begrenzer 15 aufgrund des größer werdenden Stellbereichs Δ beeinflusst. Der Regler 10 kann dann den vorläufigen Sollwert MSOLL', wie in 2b) dargestellt, vom zweiten Zeitpunkt t₂ auf das Verlustmoment MV einregeln, um die Ausgangsgröße NMOTIST zu halten. Innerhalb des Stellbereichs Δ wird dabei der vorläufige Sollwert MSOLL auch dem Sollwert bzw. der Stellgröße MSOLL entsprechen. In 2b) ist gestrichelt der Verlauf der Stellgröße MSOLL dargestellt. Die gestrichelten Darstellungen in den einzelnen Diagrammen der 2 entsprechen dabei jeweils dem tatsächlichen oder realen Verlauf der vorgegebenen Grenzwert MO, MU, des einzustellenden Stellbereichs Δ' und der Stellgröße MSOLL, sowie des Betrages |dn| der Regelabweichung.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der zeitliche Ablauf des Schaltvorgangs verbessert, indem die für die Fortsetzung des Schaltvorgangs erforderliche Motordrehzahl schneller eingestellt werden kann. Erreicht wird dies, wie beschrieben, durch Verwendung einer zeitoptimalen Regelstrategie und deren Priorisierung gegenüber dem Regler 10. Durch die beschriebene zeitoptimale Regelstrategie wird gegenüber dem Regler 10 der Vorteil der schnelleren Ausregelung von Regelabweichungen der Motordrehzahl unter Einhaltung des Stellbereiches Δ ermöglicht. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Schaltvorgang vorteilhaft verkürzt, insbesondere kann der Zeitraum der Kraftunterbrechung während der Einstellung der neuen Motordrehzahl bzw. der Umsetzung des Vorgabewertes NMOTSOLL verkürzt werden. Die nachteilige Unterbrechung des Kraftschlusses zwischen dem Motor und dem Triebstrang während des Schaltvorgangs wird dadurch verkürzt.
Zur Ausregelung kleiner Regelabweichungen, die kleiner oder gleich der vorgegebenen Regelabweichung dnv sind und kontinuierlicher Motordrehzahlverläufe kann weiterhin eine PD- oder PID-Regelstrategie mittels des Reglers 10 eingesetzt werden. Der Übergang von der PD- oder PID-Regelstrategie zur zeitoptimalen Regelstrategie wird wie beschrieben durch Reduzierung der Breite des Stellbereich Δ realisiert. Der Übergang von der zeitoptimalen zur PD- oder PID-Regelstrategie wird wie beschrieben durch Wiedererhöhung der Breite des Stellbereichs Δ realisiert.
Bei einer zu erwartenden bleibenden Regelabweichung beispielsweise durch ungenaue Modellierung des Verlustmomentes MV oder durch Momententnahme über die Kupplung kann anstelle einer PD-Regelstrategie eine PID-Regelstrategie verwendet werden.
Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere bei Verbrennungsmotoren in betriebszustandsabhängigem vorläufigen oberen Grenzwert MO' und betriebszustandsabhängigem vorläufigen unteren Grenzwert MU', beispielsweise bei Motoren mit Benzindirekteinspritzung. Der verfügbare Stellbereich Δ kann dabei unmittelbar bei der Bildung der Stellgröße MSOLL berücksichtigt werden, ohne dass eine betriebszustandsabhängige Parametrierung etwa des Reglers 10 erforderlich ist. Die Stellgröße MSOLL kann somit betriebszustandsabhängig unter optimaler Ausnutzung des verfügbaren Stellbereichs Δ für eine schnelle bzw. zeitoptimale Regelung gebildet werden.
Statt der Messung der Ausgangsgröße NMOTIST durch die Messvorrichtung 40 kann die Ausgangsgröße NMOTIST, hier der Istwert der Motordrehzahl, auch modelliert werden. Der Istwert NMOTIST der Motordrehzahl steht somit ohne die durch die Messung bedingte Verzögerung am Eingang des ersten Verknüpfungspunktes 30 zur Bestimmung der Regelabweichung dn zur Verfügung. Für die Modellierung des Istwertes NMOTIST der Motordrehzahl kann die integrale Abhängigkeit zwischen der Motordrehzahl und dem Motorausgangsmoment verwendet werden und der Istwert NMOTIST entsprechend aus dem gemessenen oder modellierten Motorausgangsmomentenistwert MIST berechnet werden.
Für die beschriebene zeitoptimale Regelstrategie ist der Regler 10 nicht unbedingt erforderlich und kann auch weggelassen werden. Er wird hier lediglich für die Regelung von Regelabweichungen kleiner oder gleich der vorgegebenen Regelabweichung dnv vorgesehen.
Für die hier beschriebene zeitliche Auf- und Absteuerung des vorgegebenen oberen Grenzwertes MO und des vorgegebenen unteren Grenzwertes MU sind unterschiedliche Strategien möglich. Es können, wie beschrieben, dynamische Glieder wie Porportional-Zeit-Glieder erster oder zweiter Ordnung, sogenannte PT1- oder PT2-Glieder verwendet werden. Alternativ kann eine zeitliche Steuerung des vorgegebenen oberen Grenzwertes MO bzw. des vorgegebenen unteren Grenzwertes MU über eine Rampe mit konstanter Steigung über der Zeit erfolgen.
Bei dem verwendeten Porportional-Zeit-Glied oder der verwendeten Rampenfunktion handelt es sich generell um ein Verzögerungsglied, das einen Sprung im einzustellenden Stellbereich Δ' verstetigen soll. Generell wird also beim Gegenstand der Erfindung der einzustellende Stellbereich Δ' über ein Verzögerungsglied auf den zweiten Verknüpfungspunkt 55 und den dritten Verknüpfungspunkt 60 gebracht. Dabei kann die Verzögerung des Verzögerungsgliedes, beispielsweise über eine ansteuerbare Zeitkonstante, abhängig vom Betrag |dn| der Regelabweichung gewählt werden. So kann beispielsweise die Verzögerung desto geringer gewählt werden, je größer der Betrag |dn| der Regelabweichung ist. Auf diese Weise lässt sich auch für große Regelabweichungen eine schnelle Nachführung der Ausgangsgröße NMOTIST erzielen. Weiterhin können der aktuelle Fahrzustand, beispielsweise über das vom Fahrer über die Stellung des Fahrpedals geforderte Fahrerwunschmoment, die aktuelle Übersetzung des Getriebes oder der Fahrertyp in die Bildung der Zeitkonstante für das Verzögerungsglied und damit des Zeitverlaufes für die Einstellung des Stellbereichs Δ einfließen. Der Fahrertyp kann beispielsweise aus den Gradienten von vorausgehenden Fahrpedalbetätigungen abgeleitet werden, wobei bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts eines über mehrere Fahrpedalbetätigungen gemittelten Gradienten auf einen sportlicheren Fahrer und bei Unterschreiten dieses Schwellwertes auf einen eher ökonomischen Fahrer geschlossen wird. Bei einem sportlicheren Fahrer kann dann eine geringere Verzögerung des Verzögerungsgliedes und damit eine schnellere Nachführung der Ausgangsgröße NMOTIST vorgesehen werden, als bei einem ökonomischeren Fahrer. Durch die einstellbare Zeitkonstante des Verzögerungsgliedes lässt sich also eine Anpassung der Regelgeschwindigkeit an verschiedene Bedingungen und/oder Betriebssituationen des Fahrzeugs realisieren.
Die Ansteuerung der Zeitkonstante des Verzögerungsgliedes und deren variable Einstellung ist in 1 anhand des Porportional-Zeit-Gliedes 5 durch die dem Porportional-Zeit-Glied 5 zugeführte Zeitkonstante τ angedeutet.

Claims

Verfahren zur Regelung der Ausgangsgröße (NMOTIST) einer Antriebseinheit (1) eines Fahrzeugs, wobei die Ausgangsgröße (NMOTIST) mittels einer Stellgröße (MSOLL) eingestellt und eines Vorgabewerts (NMOTSOLL) nachgeführt wird, und wobei in mindestens einem vorgegebenen Betriebszustand des Fahrzeugs die Stellgröße (MSOLL) auf einen vorgegebenen Grenzwert (MO, MU) gebracht wird, wenn eine vorgegebene Regelabweichung (dnv) der Ausgangsgröße (NMOTIST) überschritten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgröße (NMOTIST) durch einen PD- oder einen PID-Regler (10) geregelt wird, der dazu die Stellgröße (MSOLL) erzeugt, dass die Stellgröße (MSOLL) in einem Begrenzer (15) auf einen vorgegebenen Stellbereich (D) begrenzt wird, und dass die Breite des vorgegebenen Stellbereiches (D) in dem mindestens einen Betriebszustand bis auf Null gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsgröße (NMOTIST) eine Motordrehzahl der Antriebseinheit (1) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Stellgröße (MSOLL) ein Motorausgangsmoment der Antriebseinheit (1) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße (MSOLL) mittels eines Verzögerungsgliedes (5), insbesondere eines Proportional-Zeit-Gliedes (5), auf den vorgegebenen Grenzwert (MO, MU) gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitkonstante des Verzögerungsgliedes (5) variabel eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstante in Abhängigkeit einer Regelabweichung (dn), eines Fahrzustandes, einer Getriebeübersetzung, eines Fahrertyps oder dergleichen eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als vorgegebener Betriebszustand ein Schaltvorgang eines automatischen Getriebes oder eines automatisierten Schaltgetriebes vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des vorgegebenen Stellbereiches (D) wieder vergrößert wird, sobald die vorgegebene Regelabweichung (dnv) erreicht oder unterschritten wird.
Vorrichtung (20) zur Regelung der Ausgangsgröße (NMOTIST) einer Antriebseinheit (1) eines Fahrzeugs, wobei Mittel (25) zur Einstellung der Ausgangsgröße (NMOTIST) mittels einer Stellgröße (MSOLL) und zur Nachführung bezüglich eines Vorgabewerts (NMOTSOLL) vorgesehen sind, und wobei Mittel (15) vorgesehen sind, die in mindestens einem vorgegebenen Betriebszustand des Fahrzeugs die Stellgröße (MSOLL) auf einen vorgegebenen Grenzwert (MO, MU) bringen, wenn eine vorgegebene Regelabweichung (dnv) der Ausgangsgröße (NMOTIST) überschritten wird dadurch gekennzeichnet, dass ein PD- oder ein PID-Regler (10) vorgesehen ist, der die Ausgangsgröße (NMOTIST) regelt und der dazu die Stellgröße (MSOLL) erzeugt, dass die Mittel (15) einen Begrenzer umfassen, der die Stellgröße (MSOLL) auf einen vorgegebenen Stellbereich (D) begrenzt, und dass Mittel (5, 35, 45, 50, 55, 60 65, 70, 75 80) vorgesehen sind, die die Breite des vorgegebenen Stellbereiches (D) in dem mindestens einen Betriebszustand bis auf Null bringen.