DE10261857A1

DE10261857A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10261857A1
Application number: DE2002161857
Authority: DE
Inventors: Bernd Hagerodt
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, wobei bei einem Lastwechsel das Motormoment kurzzeitig verändert wird, um ein Kompensationsmoment zur Kompensation von Lastwechselreaktionen zu erzeugen. Hierbei wird aus einem zeitlichen Verlauf einer Motordrehzahl durch Differenzieren ein zeitlicher Verlauf einer Winkelbeschleunigung eines Schwungrades der Brennkraftmaschine bestimmt, durch weiteres Differenzieren des zeitlichen Verlaufes der Winkelbeschleunigung ein zeitlicher Verlauf der Steigung der Winkelbeschleunigung des Schwungrades bestimmt, bei einem Lastwechsel ein Zeitpunkt eines ersten Vorzeichenwechsels der Steigung der Winkelbeschleunigung bestimmt und zu diesem bestimmten Zeitpunkt das Kompensationsmoment erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, wobei bei einem Lastwechsel das Motormoment kurzzeitig verändert wird, um ein Kompensationsmoment zur Kompensation von Lastwechselreaktionen zu erzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch kurzzeitiges Zurückziehen (Spätzünden) bei Ottomotoren bzw. durch das Ausblenden einzelner Einspritzimpulse besteht die Möglichkeit, das Motormoment sehr kurzzeitig (< 0,05s) merklich zu reduzieren. Ebenso besteht durch kurzzeitiges Vorziehen des Zündwinkels (Frühzündung) bzw. das Einblenden einzelner Einspritzimpulse die Möglichkeit, das Motormoment sehr kurzzeitig merklich zu erhöhen. Diese kurzzeitige Momentenverringerungen bzw. -vergrößerungen können in bekannter Weise zur Kompensation von Lastwechselreaktionen herangezogen werden, wie beispielsweise aus der DE 195 38 369 A1 bekannt.

Dabei stellt es sich als schwierig dar, den Aufbau eines solchen Kompensationsmomentes genau zum richtigen Zeitpunkt einzuleiten, damit durch diese Maßnahme die Lastwechselreaktion nicht ungewollt verstärkt wird. Hierzu ist es aus der DE 199 05 604 A1 bekannt, eine Verstellung der Drosselklappe aufgrund einer Fahrpedalbetätigung durch einen Fahrer um eine vorbestimmte Zeitspanne verzögert auszuführen, wenn die Geschwindigkeit der Pedalbetätigung einen Lastwechselschlag erwarten läßt, und diese Zeitspanne je nach aktueller Betriebssituation der Brennkraftmaschine laufend anzupassen. Aus einer zeitlichen Änderung der Fahrpedalstellung sowie aus einer etwaigen Änderung des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine, beispielsweise Umschaltung von Homogen- in Schichtbetrieb, wird ermittelt, ob ein Lastwechselschlag zu erwarten ist. Zur zeitlichen Verzögerung der Drosselklappenstellung wird das Signal des Fahrpedals einem Filter mit Filterzeitkonstante zugeführt. Diese Filterzeitkonstante, mit der der Fahrerwunsch verzögert an die Drosselklappe weiter gegeben wird, wird adaptiv so geregelt, daß der Gradient der Motordrehzahl minimal wird. Als weiteres Kriterium wird dem Filter auch noch der Gradient der Drosselklappenöffnung zugeführt, der die Fahrdynamik beschreibt. Für das Filter wird unter einer Vielzahl von in Klassen eingeteilten Filterzeitkonstanten eine geeignete ausgewählt, die dann iterativ so verändert wird, bis der Gradient der Motordrehzahl minimal wird. Anstelle des Filters kann auch ein Verzögerungsglied mit unterschiedlichen Verzögerungszeitkonstanten vorgesehen sein. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß diese nur Lastwechselreaktionen aufgrund solcher Ereignisse kompensieren kann, für die ein Filter vorgesehen ist, also beispielsweise Lastwechselreaktionen aufgrund von plötzlichen Fahrpedaländerungen, wenn für das Fahrpedalsignal ein entsprechendes Filter vorgesehen ist. Zwar sind die Filterkonstanten in gangabhängige, drehzahlabhängige bzw. drehmomentabhängige Klassen eingeteilt, jedoch ist keine Kompensation von Lastwechselschlägen möglich, die sich beispielsweise aus einem zu plötzlichen Einkuppeln ergeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der obengenannten Art zur Verfügung zu stellen, wobei unabhängig von der Ursache für Lastwechselreaktionen ein zeitlich korrektes Kompensationsmoment zur Kompensation von Lastwechselreaktionen erzeugt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß aus einem zeitlichen Verlauf einer Motordrehzahl durch Differenzieren ein zeitlicher Verlauf einer Winkelbeschleunigung eines Schwungrades der Brennkraftmaschine bestimmt wird, daß durch weiteres Differenzieren des zeitlichen Verlaufes der Winkelbeschleunigung ein zeitlicher Verlauf der Steigung der Winkelbeschleunigung des Schwungrades bestimmt wird, daß bei einem Lastwechsel ein Zeitpunkt eines ersten Vorzeichenwechsels der Steigung der Winkelbeschleunigung bestimmt wird und daß zu diesem bestimmten Zeitpunkt das Kompensationsmoment erzeugt wird.

Dies hat den Vorteil, daß mit einfachen Mitteln, ohne die Notwendigkeit baulicher Veränderungen an der Brennkraftmaschine und unabhängig von der Art des Lastwechsels (Fahrpedaländerung, Einkuppeln, Gangwechsel etc.), immer ein optimaler Zeitpunkt für das Kompensationsmoment bestimmt wird, so daß sicher gestellt ist, daß das Kompensationsmoment die Lastwechselreaktionen optimal kompensiert und nicht verstärkt.

Zweckmäßigerweise wird bei einem Lastwechsel nach einer positiven Fahrzeugbeschleunigung mit Erhöhung einer Fahrzeuggeschwindigkeit mit einem Wechsel des Vorzeichens der Steigung der Winkelbeschleunigung von positiv nach negativ ein Zeitpunkt eines ersten lokalen Maximums des zeitlichen Verlaufes der Winkelbeschleunigung des Schwungrades bestimmt und als Kompensationsmoment eine Verringerung des Motormomentes durchgeführt.

Analog wird bei einem Lastwechsel nach einer negativen Fahrzeugbeschleunigung mit Erniedrigung einer Fahrzeuggeschwindigkeit mit einem Wechsel des Vorzeichens der Steigung der Winkelbeschleunigung von negativ nach positiv ein Zeitpunkt eines ersten lokalen Minimums des zeitlichen Verlaufes der Winkelbeschleunigung des Schwungrades bestimmt und als Kompensationsmoment eine Erhöhung des Motormomentes durchgeführt.

Für die Kompensation von Lastwechselreaktionen genügt ein kurzzeitig erzeugtes Kompensationsmoment. Beispielsweise wird das Kompensationsmoment für eine Zeitspanne von 0,05s oder weniger erzeugt.

Beispielsweise wird das Kompensationsmoment durch Ein/Ausblenden von Einspritzimpulsen und/oder Verändern eines Zündwinkels erzeugt.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in

1 eine graphische Darstellung eines zeitlichen Verlaufes einer Winkelbeschleunigung eines Schwungrades einer Brennkraftmaschine bei einem Lastwechsel nach einer Beschleunigung des Kraftfahrzeuges,

2 eine graphische Darstellung eines zeitlichen Verlauf eines Motormomentes, welches den zeitlichen Verlaufe der Winkelbeschleunigung gemäß 1 bedingt, mit und ohne Kompensation von Lastwechselreaktionen und

3 eine graphische Darstellung eines zeitlichen Verlaufes einer Fahrzeugbeschleunigung, wie er sich aus dem zeitlichen Verlauf des Motormomentes gemäß 2 ergibt, mit und ohne Kompensation von Lastwechselreaktionen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand der 1 bis 3 beispielhaft für die Situation einer Beschleunigung des Kraftfahrzeuges und Lastwechsel mit Übergang zu einem zeitlich konstanten Motormoment näher erläutert. Es ist jedoch zu betonen, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf diese Betriebssituation beschränkt ist, sondern statt dessen vollkommen unabhängig von der Ursache für den Lastwechsel funktioniert, also auch bei einer Verzögerung des Kraftfahrzeuges, bei einem Gangwechsel, beim Ein-/Auskuppeln oder bei einer Änderung der Betriebsart der Brennkraftmaschine, beispielsweise von Homogen- zum Magerbetrieb.

In 1 ist auf einer horizontalen Achse 10 die Zeit in Sekunden und auf einer vertikalen Achse 12 eine Winkelbeschleunigung

eines Schwungrades in rad/s² aufgetragen. Eine Linie 14 veranschaulicht einen zeitlichen Verlauf der Winkelbeschleunigung des Schwungrades. Mit 16 ist eine stationäre Winkelbeschleunigung

und mit 18 ist ein erstes lokales Maximum der Winkelbeschleunigung

bezeichnet. In 2 ist auf einer horizontalen Achse 10 die Zeit in Sekunden und auf einer vertikalen Achse 20 ein Motormoment M_M in Nm aufgetragen. Eine Linie 22 veranschaulicht einen zeitlichen Verlauf des Motormomentes ohne Kompensation von Lastwechselreaktionen und eine gestrichelte Linie 24 veranschaulicht einen zeitlichen Verlauf des Motormomentes mit Kompensation von Lastwechselreaktionen. In 3 ist auf einer horizontalen Achse 10 die Zeit in Sekunden auf einer vertikalen Achse 26 eine Fahrzeugbeschleunigung

in m/s² aufgetragen. Eine Linie 28 veranschaulicht einen zeitlichen Verlauf der Fahrzeugbeschleunigung ohne Kompensation von Lastwechselreaktionen und eine gestrichelte Linie 30 veranschaulicht einen zeitlichen Verlauf der Fahrzeugbeschleunigung mit Kompensation von Lastwechselreaktionen.

Aus der Motordrehzahl 22, dessen Signal in jedem Kraftfahrzeug verfügbar ist, wird durch Differenzieren die Winkelbeschleunigung

14 des Schwungrades der Brennkraftmaschine bestimmt. Anhand des zeitlichen Verlaufes dieses Signals

14 wird der Zeitpunkt (Bezugszeichen 32 in 1) für die Einleitung eines Kompensationesmomentes gemäß Linie 24 (2) folgendermaßen bestimmt:
Eine kurzzeitige Reaktion des Motormomentes 24 (Kompensationsmoment < 0,05s) wird dann eingeleitet, wenn der aus einem "positiven" Lastwechsel, d.h. bei Beschleunigung des Kraftfahrzeuges, resultierende zeitliche Verlauf der Winkelbeschleunigung

12 das erste lokale Maximum

18 aufweist (1). Ein Zeitpunkt, bei dem das lokale Maximum

18 auftritt wird bei 32 identifiziert. Zur Identifizierung dieses Maximums

18, welches größer als die stat. Winkelbeschleunigung

16 sein muß, wird ein nicht dargestellter zeitlicher Verlauf der Steigung der Winkelbeschleunigung

12 herangezogen, wobei ein Wechsel des Vorzeichens (Nulldurchgang) dieser Steigung ein lokales Maximum bzw. Minimum kennzeichnet. Die Steigung wird durch Differenzieren der Funktion der Winkelbeschleunigung

12 ermittelt. Beispielsweise erfolgt hierzu eine Auswertung von CAN-Signalen aus einer Fahrzeugelektronik.

Durch das Kompensationsmoment gemäß Linie 24, d.h. kurzzeitige Verringerung des Motormomentes 24, werden dann Lastwechselreaktionen, die hier als Fahrzeugbeschleunigungen (3) beim plötzlichen Gasgeben dargestellt sind, nahezu kompensiert.

Analog dazu erfolgt eine kurzzeitige Erhöhung des Motormomentes, wenn der aus einem "negativen" Lastwechsel resultierende zeitliche Verlauf der Winkelbeschleunigung

12 ein erstes lokales Minimum aufweist.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, wobei bei einem Lastwechsel das Motormoment kurzzeitig verändert wird, um ein Kompensationsmoment zur Kompensation von Lastwechselreaktionen zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem zeitlichen Verlauf einer Motordrehzahl durch Differenzieren ein zeitlicher Verlauf einer Winkelbeschleunigung eines Schwungrades der Brennkraftmaschine bestimmt wird, daß durch weiteres Differenzieren des zeitlichen Verlaufes der Winkelbeschleunigung ein zeitlicher Verlauf der Steigung der Winkelbeschleunigung des Schwungrades bestimmt wird, daß bei einem Lastwechsel ein Zeitpunkt eines ersten Vorzeichenwechsels der Steigung der Winkelbeschleunigung bestimmt wird und daß zu diesem bestimmten Zeitpunkt das Kompensationsmoment erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Lastwechsel nach einer positiven Fahrzeugbeschleunigung mit Erhöhung einer Fahrzeuggeschwindigkeit mit einem Wechsel des Vorzeichens der Steigung der Winkelbeschleunigung von positiv nach negativ ein Zeitpunkt eines ersten lokalen Maximums des zeitlichen Verlaufes der Winkelbeschleunigung des Schwungrades bestimmt wird und als Kompensationsmoment eine Verringerung des Motormomentes durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Lastwechsel nach einer negativen Fahrzeugbeschleunigung mit Erniedrigung einer Fahrzeuggeschwindigkeit mit einem Wechsel des Vorzeichens der Steigung der Winkelbeschleunigung von negativ nach positiv ein Zeitpunkt eines ersten lokalen Minimums des zeitlichen Verlaufes der Winkelbeschleunigung des Schwungrades bestimmt wird und als Kompensationsmoment eine Erhöhung des Motormomentes durchgeführt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationsmoment für eine Zeitspanne von 0,05s oder weniger erzeugt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationsmoment durch Ein/Ausblenden von Einspritzimpulsen und/oder Verändern eines Zündwinkels erzeugt wird.