DE10335893A1

DE10335893A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit

Info

Publication number: DE10335893A1
Application number: DE10335893A
Authority: DE
Inventors: Martin Streib
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-08-05
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2005-03-17
Also published as: SE526299C2; FR2858660A1; SE0401966D0; SE0401966L

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit, insbesondere eines Fahrzeugs, vorgeschlagen, die das Auftreten von Drehzahlunterschwingern weitgehend vermeiden. Dabei wird in mindestens einem vorgegebenen Betriebszustand ein Istwert einer Betriebsgröße der Antriebseinheit auf einen vorgegebenen Sollwert mindestens mit einem Integralanteil eines Reglers geregelt. Der Integralanteil wird abhängig vom Verlauf des Istwertes gewichtet.

Description

Die Erfindung geht von einem Verfahren und von einer Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.

Derzeit wird für Antriebseinheiten von Kraftfahrzeugen eine Leerlaufregelung verwendet, die einen Integralanteil und jeweils zwei Proportional- und Differenzialanteile umfasst. Der Integralanteil wirkt dabei in einer Drehmomentensteuerung sowohl auf einen Luftpfad als auch auf einen schnellen Zündungspfad bei Verwendung eines Verbrennungsmotors für die Antriebseinheit. Die Proportional- und Differenzialanteile können dagegen für den Luftpfad und Zündungspfad separat vorgegeben werden. Grund hierfür ist, das der Luftpfad aufgrund der Trägheit der Drosselklappe und dem als Verzögerungsglied wirkenden Saugrohr des Verbrennungsmotors aus Gründen der Regelstabilität nur eine relativ geringe Proportional- und Differenzialverstärkung erlaubt. Würde diese geringe Verstärkung auch auf den Zündungspfad wirken, so wäre der Regler nicht schnell genug und es käme zu ungewollt großen Drehzahlabweichungen. Mit dem zweiten Proportional- und Differenzialanteil über den schnellen Zündungspfad kann dagegen eine höhere Reglerverstärkung und damit ein besseres Ausregelverhalten erreicht werden, ohne die Stabilität des Regelkreises zu gefährden.

In 1a) ist die Motordrehzahl nmot über der Zeit t aufgetragen. Dabei ist eine Solldrehzahl nsoll vorgegeben und gestrichelt in das Diagramm gemäß 1a) eingetragen. Bis zu einem ersten Zeitpunkt t₁ entspricht dabei eine erste Istdrehzahl nist1 etwa der Solldrehzahl nsoll. Zum ersten Zeitpunkt t₁ tritt dann eine Störung dergestalt auf, dass plötzlich eine vorher vorhandene Motorbelastung wegfällt, z.B. indem ein Klimakompressor oder ein Generator abgeschaltet wird. Das aktuelle Motordrehmoment ist dann für die nun geringere Motorlast zu hoch und es kommt zu einem Anstieg der ersten Istdrehzahl nist1. Der Leerlaufregler wirkt nun über seine Proportional-, Integral- und Differenzialanteile dem Anstieg der ersten Istdrehzahl nist1 entgegen. Dies ist im Diagramm nach 1b) dargestellt, in dem stellvertretend der Integralanteil des Leerlaufreglers über der Zeit t aufgetragen ist, wobei der Leerlaufregler im Diagramm nach 1b) durch LLR abgekürzt ist. Bis zum ersten Zeitpunkt t₁ ist dabei der Integralanteil des Leerlaufreglers gleich Null, da bis zu diesem Zeitpunkt auch die Regeldifferenz zwischen der ersten Istdrehzahl nist1 und der Solldrehzahl nsoll etwa gleich Null ist. Mit Ansteigen der ersten Istdrehzahl nist1 und damit Vergrößerung der Regeldifferenz dn = nist1 – nsoll wird der Integralanteil vom ersten Zeitpunkt t₁ an negativ. Bis zu einem dem ersten Zeitpunkt t₁ nachfolgenden zweiten Zeitpunkt t₂ wird der Integralanteil des Leerlaufreglers dann betragsmäßig so groß, dass die erste Istdrehzahl nist1 wieder zu fallen beginnt. Das bedeutet, dass das resultierende Motordrehmoment nun kleiner als für die zum ersten Zeitpunkt t₁ weggefallene Motorlast ist. Bis zu einem dem zweiten Zeitpunkt t₂ nachfolgenden dritten Zeitpunkt t₃ ist die erste Istdrehzahl nist1 aber immer noch größer als die Solldrehzahl nsoll, so dass sich der Integralanteil des Leerlaufreglers immer weiter negativ auflädt. Wenn zum dritten Zeitpunkt t₃ die Solldrehzahl nsoll von der ersten Istdrehzahl nist1 erreicht wird, hat der Integralanteil sein Minimum erreicht. Durch diese stark negative Aufladung des Integralanteils wird nun die erste Istdrehzahl nist1 gemäß der durchgezogenen Linie in 1b) weiter nach unten gezogen und es kommt zu einem unerwünschten Durchtauchen der ersten Istdrehzahl nist1 unter die Solldrehzahl nsoll. Im schlimmsten Fall droht das Ausgehen des Motors. Der Integralanteil in 1b) ist ebenfalls in Form einer durchgezogenen Kurve dargestellt und mit dmllri bezeichnet.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass der Integralanteil abhängig vom Verlauf des Istwertes der Betriebsgröße der Antriebseinheit gewichtet wird. Auf diese Weise kann ein unerwünschtes Durchtauchen des Istwertes gegenüber einem Sollwert der Betriebsgröße verhindert oder zumindest abgemildert werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Gewichtung derart erfolgt, dass eine Integrationsgeschwindigkeit reduziert wird, wenn ein Gradient des zeitlichen Verlaufs des Istwertes aufgrund der Regelung sein Vorzeichen wechselt. Auf diese Weise kann der Integralanteil bereits dann zurückgenommen werden, sobald sich der Istwert wieder auf den Sollwert zubewegt, so dass einer unnötigen Aufladung des Integralanteils rechtzeitig gegengesteuert wird.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn eine Regeldifferenz aus dem Istwert abzüglich dem Sollwert mit einem ersten Wichtungsfaktor multipliziert wird, der einer maximalen Integrationsgeschwindigkeit zugeordnet ist, wenn die Regeldifferenz das gleiche Vorzeichen wie der Gradient des zeitlichen Verlaufs des Istwertes aufweist, und das die Regeldifferenz mit einem zweiten Wichtungsfaktor multipliziert wird, der der reduzierten Integrationsgeschwindigkeit zugeordnet ist, wenn die Regeldifferenz und der Gradient des zeitlichen Verlaufs des Istwertes unterschiedliche Vorzeichen aufweisen. Auf diese Weise lässt sich die rechtzeitige Abschwächung des Einflusses des Integralanteils auf die Regelung besonders einfach beispielsweise mit Hilfe einer Kennlinie für die Wichtungsfaktoren realisieren.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn das Ausmaß der Reduzierung der Integrationsgeschwindigkeit abhängig von der Höhe des Gradienten des zeitlichen Verlaufs des Istwertes eingestellt wird. Auf diese Weise lässt sich die unerwünschte Aufladung des Integralanteils auch für verschiedene zeitliche Verläufe des Istwertes wirkungsvoll verhindern.

Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die Gewichtung derart erfolgt, dass auf mindestens einem Stellpfad zur Umsetzung des Integralanteils der Integralanteil umso stärker kompensiert wird, je mehr sich der Istwert dem Sollwert annähert. Auf diese Weise lässt sich der Einfluss eines bereits gebildeten Integralanteils reduzieren bzw. eliminieren, um ein unerwünschtes Untertauchen des Istwertes gegenüber dem Sollwert zu verhindern.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Gewichtung derart erfolgt, dass auf mindestens einem Stellpfad zur Umsetzung des Integralanteils der Integralanteil vollständig kompensiert wird, wenn eine Regeldifferenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert aufgrund der Regelung ihr Vorzeichen ändert. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass im Falle eines unerwünschten Durchtauchens des Istwertes gegenüber dem Sollwert der Einfluss des Integralanteils komplett neutralisiert wird und damit der Zustand des Durchtauchens schnellstmöglich beendet werden kann.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn der zu kompensierende Integralanteil mit einem ersten Wichtungsfaktor multipliziert wird, der einer maximalen Kompensation zugeordnet ist, wenn eine Regeldifferenz aus dem Istwert abzüglich dem Sollwert das gleiche Vorzeichen wie der Integralanteil aufweist, und das der zu kompensierende Integralanteil mit einem zweiten Wichtungsfaktor multiplizier wird, der einer reduzierten Kompensation zugeordnet ist, wenn die Regeldifferenz aus dem Istwert abzüglich dem Sollwert und der Integralanteil unterschiedliches Vorzeichen aufweisen. Auf diese Weise lässt sich die Kompensation des bereits gebildeten Integralanteils besonders einfach realisieren, beispielsweise dadurch, dass der entsprechend gewichtete zu kompensierende Integralanteil von der umzusetzenden Größe auf dem entsprechenden Stellpfad subtrahiert wird.

Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1a) ein Diagramm der Motordrehzahl nmot über der Zeit t, 1b) ein Diagramm eines Integralanteils eines Leerlaufreglers über der Zeit t, 2 ein Funktionsdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform und 3 ein Funktionsdiagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 2 kennzeichnet 45 eine Regelvorrichtung mit einem Integralregler 15. Die Regelvorrichtung 45 kann weitere Regler, beispielsweise Proportional- und/oder Differenzialregler umfassen, die aber in 2 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Die Regelvorrichtung 45 dient zur Steuerung einer Antriebseinheit, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs. Die Antriebseinheit kann dabei beispielsweise einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor oder einen auf einem alternativen Antriebskonzept basierenden Motor umfassen. Im folgenden soll beispielhaft angenommen werden, dass die Antriebseinheit einen Verbrennungsmotor umfasst. Beim Verbrennungsmotor kann es sich beispielsweise um einen Ottomotor oder um einen Dieselmotor handeln. Im folgenden soll beispielhaft angenommen werden, dass es sich bei dem Verbrennungsmotor um einen Ottomotor handelt.
Aufgabe der Regelvorrichtung 45 ist es, in mindestens einem vorgegebenen Betriebszustand der Antriebseinheit einen Istwert einer Betriebsgröße einer Antriebseinheit auf einen vorgegebenen Sollwert mindestens mit einem Integralanteil des Integralreglers 15 zu regeln. Bei dem mindestens einen vorgegebenen Betriebszustand kann es sich beispielsweise um einen Leerlaufbetriebszustand der Antriebseinheit handeln. Als Betriebsgröße der Antriebseinheit wird in diesem Beispiel die Motordrehzahl n gewählt. Es könnte aber auch eine beliebige andere Betriebsgröße der Antriebseinheit gewählt werden, beispielsweise ein Drehmoment. Der Integralanteil des Integralreglers 15 soll in diesem Beispiel ein vom Verbrennungsmotor umzusetzendes Solldrehmoment sein und ist gemäß 2 mit dmllri gekennzeichnet. Als Integralanteil kann jedoch auch eine beliebige andere Stellgröße der Antriebseinheit bzw. des Ottomotors gewählt werden, beispielsweise eine Leistung, die Einstellung einer Drosselklappe für die Luftzufuhr, die Einspritzmenge oder der Zündzeitpunkt. Der gemäß dem beschriebenen Beispiel umzusetzende Integralanteil dmllri in Form eines Sollmomentes kann ebenfalls auf einem Luftpfad und/oder einem Zündwinkelpfad des Ottomotors umgesetzt werden. Die Umsetzung auf den Luftpfad erfolgt durch geeignete Einstellung der Drosselklappe und die Umsetzung auf den Zündwinkelpfad erfolgt durch geeignete Einstellung des Zündwinkels. Zusätzlich oder alternativ kann die Umsetzung des Sollmomentes auf einem Kraftstoffpfad erfolgen, bei dem die Stellgröße die Einspritzdauer und/oder der Einspritzzeitpunkt und damit die Einspritzmenge ist.
Der Integralanteil dmllri des Integralreglers 15 dient dazu, Abweichungen der ersten Istdrehzahl nist1 von der Solldrehzahl nsoll gemäß 1a) auszugleichen und die erste Istdrehzahl nist1 der Solldrehzahl nsoll möglichst genau nachzuführen.
Als Eingangsgröße wird dazu dem Integralregler 15 eine Regeldifferenz dn = nist1 – nsoll über ein zweites Multiplikationsglied 40 zugeführt. Über das zweite Multiplikationsglied 40 wird die Regeldifferenz dn und damit der Integralanteil dmllri gewichtet. Diese Gewichtung erfolgt abhängig vom Verlauf des ersten Istwertes nist1. Die Gewich tung erfolgt dabei derart, dass die Regeldifferenz dn einem ersten Vorzeichenbildner 30 zugeführt wird, der das Vorzeichen der Regeldifferenz dn ermittelt, so das sich am Ausgang des ersten Vorzeichenbildners 30 das Signal signum (dn) ergibt. Dieses wird in einem ersten Multiplikationsglied 35 mit dem Gradienten dnmot/dt des zeitlichen Verlaufs des ersten Istwertes nist1 multipliziert. Dabei gilt nmot = nist1. Der Ausgang des ersten Multiplikationsgliedes 35 ist mit (dnmot/dt)' gekennzeichnet und auf erste Wichtungsmittel 20 geführt. Die ersten Wichtungsmittel 20 stellen dabei eine Wichtungsfunktion dar. Diese ist in 2 in Form eines Diagramms des Wichtungsfaktors w über der Ausgangsgröße (dnmot/dt)' des ersten Multiplikationsgliedes 35 dargestellt. Für (dnmot/dt)' = 0 ist der Wichtungsfaktor w = 1. Für (dnmot/dt)' > 0 ist der Wichtungsfaktor w ebenfalls gleich Eins. Für (dnmot/dt)' <= 0 sinkt der Wichtungsfaktor w mit zunehmendem Betrag der Ausgangsgröße (dnmot/dt)' von Eins ab und geht gegen Null. Der Wichtungsfaktor w wird dann als Ausgang der ersten Wichtungsmittel 20 dem zweiten Multiplikationsglied 40 zugeführt und dort mit der Regeldifferenz dn multipliziert. Der Ausgang dn· w des zweiten Multiplikationsgliedes 40 wird dann auf den Integralregler 15 geführt, der aus der gewichteten Regeldifferenz dn·w den Integralanteil dmllri bildet.
Für den Wichtungsfaktor w = 1 entspricht der Ausgang des zweiten Multiplikationsgliedes 40 der Regeldifferenz dn, so dass sich für den Integralregler 15 eine maximale Integrationsgeschwindigkeit ergibt. Dies ist dann der Fall, wenn die Regeldifferenz dn das gleiche Vorzeichen wie der Gradient dnmot/dt aufweist oder der Gradient dnmot/dt = 0 ist. Andernfalls, also wenn die Regeldifferenz dn und der Gradient dnmot/dt unterschiedliche Vorzeichen aufweisen, ergibt sich ein Wichtungsfaktor w < 1 und damit eine reduzierte Integrationsgeschwindigkeit für den Integralregler 15. Der Wichtungsfaktor w = 1 stellt dabei einen ersten Wichtungsfaktor W 1 und ein Wichtungsfaktor w < 1 wird als zweiter Wichtungsfaktor W2 bezeichnet. Die Gewichtung anhand des Funktionsdiagramms nach 2 erfolgt somit derart, dass die Integrationsgeschwindigkeit des Integralreglers 15 reduziert wird, wenn der Gradient dnmot/dt aufgrund der Regelung sein Vorzeichen wechselt, wie dies zum zweiten Zeitpunkt t₂ in 1a) der Fall ist. Bis zum zweiten Zeitpunkt t₂ ist der Wichtungsfaktor w = 1 und der Integralanteil dmllri entspricht dem der durchgezogenen Kurve gemäß1b). Ab dem zweiten Zeitpunkt t₂ ändert der Gradient dnmot/dt aufgrund der Regelung sein Vorzeichen, so dass das Vorzeichen des Gradienten dnmot/dt ungleich dem Vorzeichen der Regeldifferenz dn ist. Dies führt zu einem reduzierten Wichtungsfaktor w < 1 und damit zu einer reduzierten Integrationsgeschwindigkeit des Integralreglers 15, so dass der Betrag des Integralanteils dmllri auf den gestrichelten Verlauf in 1b) abgesenkt wird, wie durch die Pfeile in 1b) angedeutet ist. Dies wiederum führt dazu, dass die Motordrehzahl vom zweiten Zeitpunkt t₂ an sich verzögert der Solldrehzahl nsoll annähert, wie dies anhand des strichpunktierten Verlaufs der sich ergebenden zweiten Istdrehzahl nist2 im Vergleich zur ersten Istdrehzahl nist1 in 1a) ergibt. Die zweite Istdrehzahl nist2 tritt ab dem zweiten Zeitpunkt t₂ an die Stelle der ersten Istdrehzahl nist1 und unterschreitet die Solldrehzahl nsoll zu einem dem dritten Zeitpunkt t₃ nachfolgenden vierten Zeitpunkt t₄ in erheblich geringerem Ausmaß als die erste Istdrehzahl nist1 ohne Reduzierung der Integrationsgeschwindigkeit gemäß dem durchgezogenen Verlauf in 1a).
Für den Fall, dass die Regeldifferenz dn aus der Solldrehzahl nsoll abzüglich der ersten Istdrehzahl nist1 bzw. ab dem zweiten Zeitpunkt t₂ abzüglich der zweiten Istdrehzahl nist2 gebildet wird, ist die Wichtungsfunktion der ersten Wichtungsmittel 20 an der Ordinate zu spiegeln, so dass der Wichtungsfaktor w = 1 ist für den Fall, dass die Ausgangsgröße (dnmot/dt)' des ersten Multiplikationsgliedes 35 kleiner oder gleich Null ist. Der Wichtungsfaktor w sinkt dann von Eins ausgehend ab und geht gegen Null, wenn die Ausgangsgröße (dnmot/dt)' positiv ist und ansteigt.
Im Folgenden soll jedoch beispielhaft der der 2 zugrundegelegte Verlauf der Wichtungsfunktion betrachtet werden unter der Annahme, dass die Regeldifferenz dn = nist1 – nsoll bis zum zweiten Zeitpunkt t₂ und dn = nist2 – nsoll vom zweiten Zeitpunkt t₂ an ist.
Gemäß 2 ist für Ausgangsgrößen (dnmot/dt)' <= 0 das Ausmaß der Reduzierung des Wichtungsfaktors w und damit das Ausmaß der Reduzierung der Integrationsgeschwindigkeit abhängig von der Höhe der Ausgangsgröße (dnmot/dt)' dieses ersten Multiplikationsgliedes 35 und damit vom Betrag des Gradienten dnmot/dt.
Gemäß dem Verlauf der Wichtungsfunktion nach 2 wird der Wichtungsfaktor w und damit die Integrationsgeschwindigkeit umso mehr abgesenkt, je größer der Betrag des Gradienten dnmot/dt bei negativer Ausgangsgröße (dnmot/dt)' des ersten Multipukationsgliedes 35 ist.
Alternativ kann es jedoch vorgesehen sein, dass der zweite Wichtungsfaktor W2 für den Fall, in dem die Ausgangsgröße (dnmot/dt)' < 0 ist, einen konstanten Wert kleiner Eins annimmt. Auch auf diese Weise würde sich eine reduzierte Integrationsgeschwindigkeit des Integralreglers 15 ergeben, sobald der Gradient dnmot/dt aufgrund der Regelung sein Vorzeichen wechselt.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach 2 wird der Gradient dnmot/dt wie beschrieben mit dem Vorzeichen der Regeldifferenz dn multipliziert, wobei dn in dem hier beschriebenen Beispiel gleich nist1 – nsoll bis zum zweiten Zeitpunkt t₂ und vom zweiten Zeitpunkt t₂ an gleich nist2 – nsoll ist. Die Ausgangsgröße (dnmot/dt)' des ersten Multiplikationsgliedes 35 ist somit positiv, wenn die Regeldifferenz dn und der Gradient dnmot/dt dasselbe Vorzeichen haben, also in dieselbe Richtung gehen. In diesem Fall liefert die Wichtungsfunktion den ersten Wichtungsfaktor W1 = 1 und der Integralregler 15 integriert den Integralanteil dmllri der in diesem Beispiel betrachteten Leerlaufregelung der Antriebseinheit entsprechend schnell auf. Wenn dagegen der Gradient dnmot/dt und die Regeldifferenz dn unterschiedliche Vorzeichen haben, liegt zwar eine Drehzahlabweichung zwischen Istdrehzahl und Solldrehzahl vor, aber der Gradient dnmot/dt geht bereits in die richtige Richtung. Die Ausgangsgröße (dnmot/dt)' des ersten Multiplikationsgliedes 35 ist somit negativ und es ergibt sich als Ausgang der ersten Wichtungsmittel 20 der zweite Wichtungsfaktor W2, der kleiner als Eins ist. Er kann für entsprechend große Beträge des Gradienten dnmot/dt und negativer Ausgangsgröße (dnmot/dt)' auch gleich Null sein. Damit läuft der Integralregler 15 entsprechend mit reduzierter Integrationsgeschwindigkeit und kann für den Fall, das der zweite Wichtungsfaktor W2 = 0 ist auch ganz eingefroren werden.
In 3 ist ein Funktionsdiagramm für ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei kann das zweite Ausführungsbeispiel alternativ zum ersten Ausführungsbeispiel oder zusätzlich in Kombination zum ersten Ausführungsbeispiel realisiert sein. Gemäß dem Funktionsdiagramm nach 3 kennzeichnet 10 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die beispielsweise in eine Motorsteuerung integriert sein kann. Der Vorrichtung 10 ist ein Fahrerwunschmoment m_F zugeführt, dass sich aus einer Position eines Fahrpedals über eine elektronische Fahrpedalfunktion ergeben kann. Dabei soll in diesem Ausführungsbeispiel von der Antriebseinheit ein Kraftfahrzeug angetrieben werden. Anstelle des Fahrerwunschmomentes m_F kann auch eine resultierende Momentenanforderung eines Momentenkoordinators der Vorrichtung 10 zugeführt sein. Der Momentenkoordinator ist dabei in 3 nicht dargestellt und koordiniert die Momentenanforderungen verschiedener Komponenten des Fahrzeugs, beispielsweise einer Antriebsschlupfregelung, eines Antiblockiersystems, einer Antiruckelfunktion, einer Fahrgeschwindigkeitsregelung, usw. Im Folgenden soll beispielhaft angenommen werden, dass der Vorrichtung 10 das Fahrerwunschmoment m_F zugeführt ist. Es wird einem ersten Additionsglied 50 der Vorrichtung 10 zugeführt. Ferner umfasst die Vorrichtung 10 die Regelvorrichting 45, die beispielsweise gemäß dem Funktionsdiagramm nach 2 ausgebildet sein kann oder einen herkömmlichen Regler mit Integralanteil und ggf. zusätzlich mindestens einen Proportional- und/oder mindestens einen Differenzialanteil umfassen kann. Die Regelvorrichtung 45 kann dabei als Leerlaufregler ausgebildet sein. Der Regelvorrichtung 45 wird die Regeldifferenz dn und der Gradient dnmot/dt zugeführt. Für den Fall, das die Regelvorrichtung gemäß dem Funktionsdiagramm nach 2 ausgebildet ist, berechnet sich die Regeldifferenz dn bis zum zweiten Zeitpunkt t2 gemäß dn = nist1 – nsoll (1).
Vom zweiten Zeitpunkt t₂ an berechnet sich die Regeldifferenz dn zu: dn = nist2 – nsoll (2).
Für den Fall, dass die Regelvorrichtung 45 nicht gemäß dem Funktionsdiagramm nach 2 ausgebildet ist, sondern einen herkömmlichen Regler mit Integralanteil und ggf. zusätzlich mindestens einem Proportional- und/oder mindestens einem Differenzialanteil umfasst, ergibt sich die Regeldifferenz dn ausschließlich gemäß Gleichung (1) da die Regelgeschwindigkeit für den Integralanteil vom zweiten Zeitpunkt t₂ an nicht reduziert wird. Der Verlauf der jeweiligen Istdrehzahl kann in bekannter Weise mit Hilfe beispielsweise eines Drehzahlsensors ermittelt werden. Die Solldrehzahl nsoll ist für den jeweils betrachteten Betriebszustand vorgegeben wobei dieser Betriebszustand im folgenden beispielhaft der Leerlaufbetriebszustand sein soll. Aus den vom Drehzahlsensor ermittelten zeitlichen Verlauf der Istdrehzahl lässt sich auch der Gradient dnmot/dt in bekannter Weise in der Motorsteuerung berechnen. Auch die Regeldifferenz dn kann in der Motorsteuerung berechnet werden. Die Regelvorrichtung 45 liefert als Ausgangsgröße den Integralanteil dmllri. Dieser wird einerseits dem ersten Additionsglied 50 zugeführt und dort mit dem Fahrerwunschmoment m_F addiert. Das Additionsergebnis wird einem oder mehreren Fahrbarkeitsfiltern 90 zugeführt, die beispielsweise eine Lastschlagdämpfung beispielsweise mit Hilfe einer Dashpotfunktion realisieren. Ausgang des oder der Fahrbarkeitsfilter 90 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein erstes Sollmoment misoll1 für einen Luftpfad 5 zur Einstellung der Luftzufuhr zum Verbrennungsmotor, beispielsweise über eine geeignete Einstellung der Drosselklappe, und ein zweites Sollmoment misoll2 für einen Zündungspfad 1 zur Einstellung eines Zündwinkels für den Verbrennungsmotor. Das erste Sollmoment misoll1 wird als über den Luftpfad 5 und das zweite Sollmoment misoll2 wird über den Zündungspfad 1 umgesetzt. Auf den Luftpfad 5 wird noch der für diesen Pfad von der Regelvorrichtung 45 vorgesehene Proportional- und/oder Differenzialanteil dmllr1 in einem zweiten Additionsglied 55 hinzuaddiert. Auf den Zündungspfad 1 kommt der entsprechende von der Regelvorrichtung 45 gelieferte Proportional- und/oder Differenzialanteil dmllr für diesen Pfad über ein drittes Additionsglied 60 hinzu.
Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass der Integralanteil dmllri einem zweiten Vorzeichenbildner 85 zugeführt ist, der das Vorzeichen des Integralanteils dmllri bildet und ein entsprechendes Ausgangssignal signum (dmllri) an ein drittes Multiplikationsglied 75 abgibt. Im dritten Multiplikationsglied 75 wird der Ausgang signum (dmllri) des zweiten Vorzeichenbildners 85 mit der Regeldifferenz dn multipliziert. Das Multiplikationsergebnis ist als Ausgang des dritten Multiplikationsgliedes 75 mit dn' bezeichnet. Der Ausgang dn' des dritten Multiplikationsgliedes 75 ist auf zweite Wichtungsmittel 25 geführt, die eine zweite Wichtungsfunktion realisieren. Dabei wird gemäß 3 ein Wichtungsfaktor ww in Abhängigkeit des Ausgangs dn' des dritten Multiplikationsgliedes 75 gebildet. Der Wichtungsfaktor ww ist gleich Eins, wenn die Ausgangsgröße dn' des dritten Multiplikationsgliedes 75 größer oder gleich Null ist. Wenn die Ausgangsgröße dn' des dritten Multiplikationsgliedes 75 kleiner Null ist, so sinkt der Wichtungsfaktor ww von Eins ab und geht gegen Null, wenn der Betrag der Ausgangsgröße dn' des dritten Multiplikationsgliedes 75 ansteigt und die Ausgangsgröße dn' selbst negativ bleibt. Der Wichtungsfaktor ww wird dann einem vierten Multiplikationsglied 80 zugeführt und dort mit dem Integralanteil dmllri multipliziert und auf diese Weise wird der Integralanteil dmllri mit dem Wichtungsfaktor ww gewichtet. Das Multiplikationsergebnis wird auf dem Zündungspfad 1 mittels eines ersten Subtraktionsgliedes 65 vom Ausgang des dritten Additionsgliedes 60 subtrahiert. Zusätzlich und wie in 3 gestrichelt dargestellt kann es vorgesehen sein, dass der Ausgang des vierten Multiplikationsgliedes 80 mittels eines zweiten Subtraktionsgliedes 70 vom Ausgang des zweiten Additionsgliedes 55 auf den Luftpfad 5 subtrahiert wird.
Auf diese Weise wird der am Ausgang des dritten Additionsgliedes 60 enthaltene Integralanteil dmllri im Zündungspfad 1 durch den Ausgang des vierten Multiplikationsgliedes 80 im ersten Subtraktionsglied 65 zumindest zeitweise je nach Wichtungsfaktor ww kompensiert. Entsprechendes gilt für den Integralanteil dmllri am Ausgang des zweiten Additionsgliedes 55 im Luftpfad 5 für den Fall, dass im zweiten Subtraktionsglied 70 ebenfalls der Ausgang des vierten Multiplikationsgliedes 80 subtrahiert wird.
Somit wird im vierten Multiplikationsglied 80 der zu kompensierende Integralanteil dmllri mit einem ersten Wichtungsfaktor ww1 multipliziert, der gleich Eins ist und somit einer maximalen Kompensation zugeordnet ist, wenn die Regeldifferenz dn das gleiche Vorzeichen wie der Integralanteil dmllri aufweist. Der zu kompensierende Integralanteil dmllri wird hingegen mit einem zweiten Wichtungsfaktor ww2 multipliziert, der einer reduzierten Kompensation zugeordnet und kleiner als Eins ist, wenn die Regeldifferenz dn und der Integralanteil dmllri unterschiedliches Vorzeichen aufweisen.
Im Falle des ersten Wichtungsfaktors ww1 gleich Eins wird der Integralanteil dmllri auf dem Zündungspfad 1 wieder subtrahiert und damit neutralisiert. Der erste Wichtungsfaktor ww1 kann auch etwas kleiner als Eins gewählt werden, wobei dann der Integralanteil auf dem Zündungspfad 1 nicht vollständig neutralisiert wird. Wird der zweite Wichtungsfaktor ww2 gleich oder nahe Null gewählt, dann wird auf den Zündungspfad 1 nichts bzw. nichts wesentlich subtrahiert und der Integralanteil dmllri bleibt voll bzw. nahezu voll wirksam auf den Zündungspfad 1. Dehnt man die beschriebene Subtraktion gemäß der gestrichelten Linie in 3 auch auf den Luftpfad 5 aus, so sollte man aufgrund der Verzögerungszeiten im Luftpfad aufgrund der Saugrohrdynamik darauf achten, dass man keine Instabilität des Regelkreises erhält. Falls dieses Problem auftritt, kann es helfen, nur einen Teil des Multiplikationsergebnisses des vierten Multiplikationsgliedes 80 auf dem Lufpfad 5 zu subtrahieren.
Der negativ aufgeladene Integralanteil dmllri gemäß 1b) wirkt während des Drehzahlunterschwingers vom dritten Zeitpunkt t₃ im Falle der ersten Istdrehzahl nist1 bzw. vom vierten Zeitpunkt t₄ im Falle der zweiten Istdrehzahl nist2 an sowohl auf den Luftpfad 5 als auch auf den Zündungspfad 1. Das bedeutet, dass der Zündwinkel in Richtung spät gezogen wird, obwohl die jeweilige Istdrehzahl unter der Solldrehzahl nsoll liegt. Sonst wird das Unterschreiten der Solldrehzahl nsoll durch die jeweilige Istdrehzahl noch unterstützt. Dem wird gemäß dem Funktionsdiagramm nach 3 dadurch begegnet, dass im Falle der die Solldrehzahl nsoll unterschreitenden jeweiligen Istdrehzahl ein negativer Integralanteil dmllri auf dem Zündungspfad 1 und ggf. auch auf dem Luftpfad 5 zumindest teilweise neutralisiert wird.
Gemäß der Ausführungsform nach 3 erfolgt also die Gewichtung des Integralanteils dmllri derart, dass auf mindestens einem Stellpfad der Antriebseinheit, in diesem Beispiel des Zündungspfades 1 und ggf. des Luft- oder Füllungspfades 5 zur Umsetzung des Integralanteils dmllri der Integralanteil dmllri vollständig oder nahezu vollständig kompensiert wird, sobald die Regeldifferenz dn aufgrund der Regelung der Regelvorrichtung 45 ihr Vorzeichen ändert. Für negative Werte der Ausgangsgröße dn' des dritten Multiplikationsgliedes 75 ist es dabei vorgesehen, das die Gewichtung derart erfolgt, dass auf mindestens einem Stellpfad zur Umsetzung des Integralanteils dmllri, in diesem Beispiel dem Zündungspfad 1 und ggf. dem Luftpfad 5 der Integralanteil dmllri umso stärker kompensiert wird, je mehr sich die Istdrehzahl der Solldrehzahl nsoll annähert und damit je geringer der Betrag der Ausgangsgröße dn' des dritten Multiplikationsgliedes 75 ist.
Auch bei der Ausführungsform nach 3 kann es vorgesehen sein, dass die Wichtungsfunktion in den zweiten Wichtungsmitteln 25 an der Ordinate zu spiegeln ist, wenn die Regeldifferenz dn durch Subtraktion des Istwertes vom Sollwert nsoll gebildet wird.
Weiterhin kann es auch beim Ausführungsbeispiel nach 3 vorgesehen sein, anstatt des zwischen Null und Eins veränderlichen zweiten Wichtungsfaktors ww2 einen konstanten zweiten Wichtungsfaktor ww2 < 1 und kleiner dem ersten Wichtungsfaktor ww1 zu wählen.
Die beiden Ausführungsbeispiele gemäß 2 und 3 lassen sich wie beschrieben auch kombinieren, wobei bei dieser Kombination die Regelvorrichting 45 gemäß dem Funktionsdiagramm nach 2 und der dazugehörigen Beschreibung ausgeführt ist. Ferner wurden die beiden Ausführungsbeispiele für einen Leerlaufbetriebszustand der Antriebseinheit beschrieben. Sie lassen sich jedoch durch geeignete Vorgabe der Solldrehzahl nsoll für beliebige Betriebszustände der Antriebseinheit in entsprechender Weise realisieren. Die Regelvorrichtung 45 kann dabei für alle diese Betriebszustände die Leerlaufregelung bilden.
Im Falle des zweiten Ausführungsbeispiels nach 3 ergibt sich bei Unterschreiten der Solldrehzahl nsoll durch die Istdrehzahl aufgrund der Kompensation des Integralanteils dmllri auf den Zündungspfad eine Frühverstellung des Zündwinkels.
Wird beim zweiten Ausführungsbeispiel nach 3 auch der Integralanteil dmllri auf den Luftpfad 5 kompensiert, wenn die Solldrehzahl nsoll durch die Istdrehzahl unterschritten wird, dann führt dies zu einer entsprechenden stärkeren Öffnung der Drosselklappe.
Auch beim Ausführungsbeispiel nach 2 führt die Reduzierung der Integrationsgeschwindigkeit zu einer Frühverstellung des Zündwinkels bei Verwendung des Zündpfades zur Umsetzung des Integralanteils dmllri und zu einer größeren Öffnung der Drosselklappe bei Verwendung des Luftpfades zur Umsetzung des Integralanteils dmllri.
Der zweite Wichtungsfaktor ww2 beim Ausführungsbeispiel nach 3 kann auch konstant gleich oder nahe Null gewählt werden, um für den Fall, dass die Solldrehzahl nsoll durch die Istdrehzahl nicht unterschritten wird, keine Kompensation des Integralanteils dmllri auf den Zündungspfad 1 bzw. ggf. dem Luftpfad 5 durchzuführen.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinheit, insbesondere eines Fahrzeugs, wobei in mindestens einem vorgegebenen Betriebszustand ein Istwert einer Betriebsgröße der Antriebseinheit auf einen vorgegebenen Sollwert mindestens mit einem Integralanteil eines Reglers geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Integralanteil abhängig vom Verlauf des Istwertes gewichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtung derart erfolgt, dass eine Integrationsgeschwindigkeit reduziert wird, wenn ein Gradient des zeitlichen Verlaufs des Istwertes aufgrund der Regelung sein Vorzeichen wechselt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeldifferenz aus dem Istwert abzüglich dem Sollwert mit einem ersten Wichtungsfaktor multipliziert wird, der einer maximalen Integrationsgeschwindigkeit zugeordnet ist, wenn die Regeldifferenz das gleiche Vorzeichen wie der Gradient des zeitlichen Verlaufs des Istwertes aufweist, und dass die Regeldifferenz mit einem zweiten Wichtungsfaktor multipliziert wird, der der reduzierten Integrationsgeschwindigkeit zugeordnet ist, wenn die Regeldifferenz und der Gradient des zeitlichen Verlaufs des Istwertes unterschiedliche Vorzeichen aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausmaß der Reduzierung der Integrationsgeschwindigkeit abhängig von der Höhe des Gradienten des zeitlichen Verlaufs des Istwertes eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtung derart erfolgt, dass auf mindestens einem Stellpfad zur Umsetzung des Integralanteils der Integralanteil umso stärker kompensiert wird, je mehr sich der Istwert dem Sollwert annähert.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtung derart erfolgt, dass auf mindestens einem Stellpfad zur Umsetzung des Integralanteils der Integralanteil vollständig kompensiert wird, wenn eine Regeldifferenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert aufgrund der Regelung ihr Vorzeichen ändert.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zu kompensierende Integralanteil mit einem ersten Wichtungsfaktor multipliziert wird, der einer maximalen Kompensation zugeordnet ist, wenn eine Regeldifferenz auf dem Istwert abzüglich dem Sollwert das gleiche Vorzeichen wie der Integralanteil aufweist, und dass der zu kompensierende Integralanteil mit einem zweiten Wichtungsfaktor multipliziert wird, der einer reduzierten Kompensation zugeordnet ist, wenn die Regeldifferenz aus dem Istwert abzüglich dem Sollwert und der Integralanteil unterschiedliches Vorzeichen aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass als mindestens ein Stellpfad ein Zündungspfad (1) oder ein Luftpfad (5) eines Verbrennungsmotors gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsgröße eine Motordrehzahl gewählt wird.
Vorrichtung (10) zur Steuerung einer Antriebseinheit, insbesondere eines Fahrzeugs, mit einem Regler (15), der in mindestens einem vorgegebenen Betriebszustand einen Istwert einer Betriebsgröße der Antriebseinheit auf einen vorgegebenen Sollwert regelt und mindestens einen Integralanteil bildet, dadurch gekennzeichnet, dass Wichtungsmittel (20, 25) vorgesehen sind, die den Integralanteil abhängig vom Verlauf des Istwertes wichten.