DE10306447A1

DE10306447A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung eines Stellelements einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10306447A1
Application number: DE10306447A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kerst
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2004-09-02

Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung eines Stellelements einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Spritzverstellers, beschrieben. Ausgehend von einem Vergleich eines Sollwerts mit einem Istwert wird eine Stellgröße zur Beaufschlagung eines Stellelements einer Regelstrecke vorgegeben. Die Stellgröße gelangt über wenigstens ein Filtermittel, das ein Übertragungsverhalten beinhaltet, das invers zur Regelstrecke ist und ein zweites Filtermittel zum Stellelement.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung eines Stellelements einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Spritzverstellers gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung eines Stellelements einer Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der DE 197 06 821 bekannt. Dort wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung eines Spritzverstellers beschrieben, bei dem ausgehend von einem Vergleich eines Sollwerts mit einem Istwert eine Stellgröße zur Beaufschlagung des Stellelements einer Regelstrecke vorgegeben wird.
Das dort beschriebene Stellglied in Form eines Spritzverstellers besitzt eine unsymmetrische und betriebspunktabhängige Kennlinie. Dies führt bei herkömmlichen Regelkreisstrukturen zu einer nicht optimalen Dynamik. In geschlossenen Regelkreisen werden zum Erzielen einer ausreichenden Regelstabilität sogenannte PI-Regler eingesetzt. Der Vorteil eines solchen Reglers liegt darin, dass der I-Anteil des Reglers bleibende Regelabweichungen ausregelt. Dieses Ausregeln führt dazu, dass der PI-Regler durch den I-Anteil einen dauerhaft nicht um den Nullpunkt arbeitenden Ausgang besitzt. Nachgeschaltete Kennfelder werden daher um diesen Offset unterschiedlich ausgelesen. Besonders nachteilig ist, dass dieser Offset abhängig vom Betriebspunkt unterschiedliche Weite annimmt.
Vorteile der Erfindung
Dadurch, dass die Stellgröße über wenigstens ein erstes Filtermittel, das ein Übertragungsverhalten beinhaltet, das invers zur Regelstrecke ist, und ein zweites Filtermittel zum Stellelement gelangt, ergibt sich ein verbessertes dynamisches Verhalten und eine erhöhte Reglerstabilität. Des Weiteren ist die Dynamik unabhängig vom Betriebspunkt.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Zeichnung
Die Endung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen
1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
2 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Regelstruktur.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand eines Blockdiagrammes schematisch dargestellt. Mit 100 ist ein Spritzversteller bezeichnet. Solche Spritzversteller werden üblicherweise zur Einstellung des Förderbeginns und/oder der Förderrate bei Verteilereinspritzpumpen eingesetzt.
Der Spritzversteller umfasst einen Betätigungsarm 160, der in einen sogenannten Rollenring der Verteilereinspritzpumpe eingreift. Der Betätigungsarm ist an einem Spritzverstellerkolben 155 gekoppelt. Der Spritzverstellerkolben 155 ist in einem Führungszylinder 150 gelagert und schließt dort mit seiner einen Stirnseite einen Federraum 162 und mit seinen anderen Seite einen Arbeitsraum 107 ab. In dem Federraum 162 ist eine, sich zwischen Spritzverstellerkolben 155 und Führungszylinder 150 abstützende, Rückstellfeder 165 angeordnet.
Mittels einer Spule 115 kann ein Schieber 105 verstellt werden. Je nach Stellung des Schiebers 105 kann Hydraulikflüssigkeit von einer Zulaufleitung 110 in den Arbeitsraum oder von dem Arbeitsraum 107 in eine Rückströmleitung 120 gelangen.
Durch Verschieben des Spritzverstellerkolbens 155 sowie des Betätigungsarms 160 kann der Förderbeginn verstellt werden. Soll der Förderbeginn nach „früh" verstellt werden, so kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Spritzverstellerkolben nach unten verschoben wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Spule 115 so angesteuert wird, dass es die Verbindung zwischen Zulaufleitung und Arbeitsraum 107 freigibt. Dies hat zur Folge, dass der Spritzverstellerkolben 155 mit Druck beaufschlagt wird und die Feder zusammengedrückt und der Kolben sich nach unten bewegt.
Soll der Förderbeginn abhängig von den Betriebsbedingung nach „spät" verstellt werden, so wird die Spule 115 so angesteuert, dass die Verbindung zwischen der Rückströmleitung 120 und dem Arbeitsraum 107 freigegeben wird. Dies bewirkt, dass der Spritzverstellerkolben 155 entlastet wird und sich aufgrund der Federkraft nach oben bewegt und somit der Förderbeginn nach „spät" verstellt wird.
Die Spule 115 wird von einem Steuergerät 130 mit Ansteuersignalen A beaufschlagt. Das Steuergerät 130 beaufschlagt ferner weitere Stellmittel 136, wie beispielsweise einen Mengensteller mit Ansteuersignalen QK0. Die Steuerung 130 verarbeitet verschiedene Ausgangssignale verschiedener Sensoren. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Mittel 140 zur Vorgabe eines Fahrerwunschsignals FP, eines Sensors 142 zur Erfassung eines Istwertes SBI, der den tatsächlichen Einspritzbeginn und/oder die tatsächliche Position des Spritzverstellers angibt, einen Sensor 144 zur Erfassung eines Drehzahlsignals N und/oder einen Sensor 146 zur Erfassung eines Temperaturwertes T.
Das Steuergerät 130 umfasst neben anderen Elementen eine Mengenvorgabe 131, der neben weiteren nicht dargestellten Größen das Fahrerwunschsignal FP und die Drehzahl N zugeführt werden. Die Mengenvorgabe stellt ein Kraftstoffmengensignal QK0 zur Verfügung. Mit diesem Signal QK0 wird der Mengensteller 136 beaufschlagt.
Ferner ist eine Sollwertvorgabe 132 vorgesehen, der neben weiteren nicht dargestellten Größen das Kraftstoffmengensignal QK0 und die Drehzahl N zugeführt wird. Die Sollwertvorgabe 132 stellt einen Sollwert SBS für die Regelung des Spritzverstellers zur Verfügung.
In einem Verknüpfungspunkt 133 werden der Sollwert SBS und ein Istwert SBI miteinander verknüpft. Mit dem Ausgang des Verknüpfungspunktes 133 wird eine Spritzverstellerregelung 134 beaufschlagt, der ferner das Kraftstoffmengensignale QK0 zugeführt werden kann. Die Spritzverstellerregelung 134 beaufschlagt die Spule 115 mit Ansteuersignalen.
Ausgehend von Betriebskenngrößen, wie beispielsweise wenigstens dem Kraftstoffmengensignal QK0 und dem Drehzahlsignal N, berechnet die Sollwertvorgabe 132 den Sollwert SBS. Dieser Sollwert wird im Verknüpfungspunkt 133 mit dem Istwert SBI verglichen und die Regelabweichung SBD gebildet. Ausgehend von dieser Regelabweichung SBD steuert der Spritzverstellerregler 134 die Spule 115 an.
Der Spritzversteller 100 besitzt integrales Verhalten. Dies bedeutet, wird die Spule 115 mit einem bestimmten Signal beaufschlagt, so führt dies nicht zu einer definierten Lage des Betätigungsarms 160. Ein definiertes Ansteuersignal für die Spule 115 hat einen definierten Zufluss oder einen definierten Abfluss von Druckmittel in den Arbeitsraum 107 zur Folge. Dies bewirkt in der Regel eine kontinuierliche Verschiebung des Pumpenkolbens 155 bzw. des Betätigungsarmes 160.
Um den Kolben 155 in seiner Position zu halten, muss die Spule 115 mit einem bestimmten Ansteuersignal beaufschlagt werden. Lediglich bei einer Regelabweichung ist ein Ansteuersignal zu wählen, das einen Zufluss oder Abfluss von Druckmittel bewirkt.
In 2 ist der Spritzverstellerregler 134 detaillierter dargestellt. Bereits in 1 beschriebene Elemente sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Die Regelabweichung SBD, die am Ausgang des Verknüpfungspunktes 133 ansteht, gelangt zu einem PI-Regler 200. Mit dem Ausgangssignal des PI-Reglers 200 wird ein Dynamikkennfeld 210 beaufschlagt. Dieses Dynamikkennfeld wird auch als erstes Filtermittel bezeichnet. Das Ausgangssignal des Dynamikkennfeldes gelangt zu einem zweiten Filtermittel 220. An dessen Ausgang liegt das Ansteuersignal A an. Das zweite Filtermittel 220 beinhaltet im Wesentlichen einen Verknüpfungspunkt 224, dem das Ausgangssignal des Dynamikkennfeldes 210 sowie das Ausgangssignal eines PT1-Filters 226 zugeleitet wird. Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 224 gelangt als Ansteuersignal A zu dem Stellelement 115 und zu dem Eingang des PT1-Gliedes 226.
Der PI-Regler 200 beinhaltet wenigstens PI-Verhalten. Dies bedeutet, der PI-Regler kann auch als PID-Regler oder anderes Verhalten aufweisen, wobei er zumindest ein integrales und vorzugsweise zusätzlich ein proportionales Verhalten aufweist. Entsprechendes gilt auch für das PT1-Glied, das neben dem PT1-Verhalten auch noch andere Übertragungsverhalten beinhalten kann.
Vorzugsweise wird in bestimmten Betriebspunkten die Kennlinie des Stellelements ermittelt und die inverse Übertragungsfunktion für das Dynamikkennfeld 210 bestimmt. Vorzugsweise ist das Dynamikkennfeld 210 als Kennfeld ausgebildet, in dem abhängig von dem Ausgang des PI-Reglers 200 und weiteren Größen, die insbesondere den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisieren, das Ansteuersignal abgelegt. Als wesentliche Größen gehen Temperaturwerte, die Motordrehzahl, die Versorgungsspannung und eine die Einspritzmenge charakterisierende Größe ein. Dabei können nur einzelne, mehrere oder alle diese Größen eingehen. Ferner können noch weitere Größen berücksichtigt werden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Dynamikkennfeld 210 mit einer Rechenvorschrift berechnet wird. Wesentlich ist, dass das Dynamikkennfeld ein zur Regelstrecke einschließlich des Stellelements inverses Übertragungsverhalten aufweist. Durch diese Vorgehensweise wird die Regelstrecke linearisiert.
Da ein solches inverses Kennfeld nicht für beliebig viele Betriebspunkte ermittelbar ist, tritt die Problematik auf, dass in Betriebspunkten, in denen das Dynamikkennfeld 210 nicht exakt invers zur Regelstrecke ist Abweichungen auftreten, die das Ausgangsignal des Reglers 200 im zeitlichen Mittel von Null abweichen lassen. Diese Abweichungen werden durch das zweite Filtermittel 220 kompensiert. Das heißt das Filtermittel 220 übernimmt längerfristige integrale Anteile des Reglers.
Das erste Filtermittel 210 besitzt vorzugsweise ein zur Regelstrecke inverses Übertragungsverhalten. Das zweite Filtermittel 220 ist derart ausgebildet, dass es das Ausgangssignal des Reglers 200 so korrigiert, das das Ausgangssignal des Reglers 200 um Null schwankt und damit das Dynamikkennfeld 210 am Auslegungspunkt ausgelesen wird.
Das Filtermittel 220 besitzt im wesentlichen integrales Verhalten. Das zeitliche Verhalten ist dabei so gewählt, dass es langsamer reagiert als der integrale Anteil des Reglers 200. Im wesentlichen kompensiert das Filtermittel 220 Einflüsse und/oder Nichtlinearitäten, wie beispielsweise Fertigungstoleranzen, Driften und/oder Abweichungen einer Vorsteuerung. Das Filtermittel korrigiert Einflüsse, die sich nur langsam ändern.
Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, dass das Filtermittel 220 eine gleitende Mittelwertbildung über mehrere zurückliegende Ausgangswerte des Dynamikkennfeldes durchführt. Vorzugsweise werden dabei kürzer zurückliegende Messwerte stärker, und länger zurückliegende Werte schwächer berücksichtigt.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise wurde am Beispiel eines Spritzverstellers beschrieben. Sie ist aber auch auf andere Stellelemente anwendbar, die eine unsymmetrische und/oder eine betriebspunktabhängige Kennlinie aufweisen.

Claims

Verfahren zur Regelung eines Stellelements einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Spritzverstellers, wobei ausgehend von einem Vergleich eines Sollwerts mit einem Istwert ein Regler eine Stellgröße zur Beaufschlagung eines Stellelements einer Regelstrecke vorgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße über wenigstens ein Filtermittel, das ein Übertragungsverhalten beinhaltet, das invers zur Regelstrecke ist und ein zweites Filtermittel zum Stellelement gelangt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Filtermittel Einflüsse und/oder Nichtlinearitäten kompensiert, die sich nur langsam ändern.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Filtermittel wenigstens integrales Verhalten aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler wenigstens integrales Verhalten aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das integrale Verhalten des zweiten Filtermittels langsamer reagiert als das integrale Verhalten des Reglers.
Vorrichtung zur Regelung eines Stellelements einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Spritzverstellers, mit einem Regler, der ausgehend von einem Vergleich eines Sollwerts mit einem Istwert eine Stellgröße zur Beaufschlagung eines Stellelements einer Regelstrecke vorgibt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Filtermittel, das ein Übertragungsverhalten beinhaltet, das invers zur Regelstrecke ist und ein zweites Filtermittel vorgesehen sind, über die die Stellgröße zum Stellelement gelangt.