DE112006002959T5

DE112006002959T5 - Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE112006002959T5
Application number: DE112006002959T
Authority: DE
Inventors: Seiji Toyota Kuwahara; Masato Toyota Kaigawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-11-08
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2008-10-02
Also published as: CN101305177B; CN101305177A; JP4466539B2; WO2007055144A1; JP2007132203A; US8010272B2; US20090037066A1

Abstract

Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die jede Komponente in dem Verbrennungsmotor basierend auf einem eingestellten Soll-Drehmoment regelt, wobei die Regelungsvorrichtung
das geschätzte Drehmoment, das durch den Verbrennungsmotor erzeugt wird, berechnet;
eine Abweichung zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem Soll-Drehmoment berechnet;
eine drehmomentgesteuerte Größe, für die eine Reaktionsverzögerung kompensiert worden ist, basierend auf der berechneten Abweichung berechnet; und
eine jede Komponente regelt, indem ein Anweisungswert in Bezug auf eine jede Komponente basierend auf der berechneten, drehmomentgesteuerten Größe erzeugt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regelungsvorrichtung für ein Fahrzeug, das eine Leistungsantriebsgruppe mit einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe beinhaltet, und insbesondere eine Antriebskraft-Regelungsvorrichtung (eine Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor), die in der Lage ist, eine Antriebskraft entsprechend einer durch einen Fahrer angeforderten Antriebskraft abzugeben, während eine ausgezeichnete Regelungsreaktionskennlinie und Regelungsstabilität realisiert werden kann.
Hintergrund der Erfindung
In Bezug auf ein Fahrzeug, das einen Motor und ein Automatikgetriebe aufweist, das in der Lage ist, ein Motorabgabedrehmoment unabhängig von einer Fahrpedalbetätigung durch einen Fahrer zu steuern, wird der Begriff der „Antriebskraftregelung" verwendet, bei der ein positives und ein negatives Soll-Antriebsdrehmoment, die basierend auf dem Grad der Verstellung des Fahrpedals durch den Fahrer, einem Fahrzeugbetriebszustand und dergleichen berechnet werden, als Motordrehmoment und Zähnezahlverhältnis des Automatikgetriebes erreicht werden. Ebenso umfasst in diesem Begriff sind Regelungsschemata, die mit dem Präfix "Antriebskraftanforderung" und „Antriebskraftforderung" versehen sind.
Bei dieser Antriebskraftregelung kann ein Soll-Antriebsdrehmoment bestimmt werden, so dass die Fahrdynamikkennlinien ohne Weiteres geändert werden können. In einem Beschleunigungs-/Verlangsamungszustand (instationäre Reaktion) bewirkt jedoch nicht nur das Trägheitsmoment, das sich auf eine Veränderung des Zähnezahlverhältnisses des Automatikgetriebes in Bezug auf den Zeitverlauf bezieht, sondern auch das Trägheitsmoment, das sich auf eine Veränderung einer Raddrehzahl in Bezug auf den Zeitverlauf bezieht, dass das Antriebsdrehmoment vom Sollwert abweicht. Somit besteht die Notwendigkeit, das Drehmoment zu korrigieren.
In dem Fall, wo die Frage, wie das Zähnezahlverhältnis zu ändern ist, basierend auf einem Getriebekennfeld unter Heranziehung einer Drosselklappenposition und einer Fahrzeuggeschwindigkeit beantwortet wird, kommt es ferner zu folgendem Problem. Wenn es sich bei der Antriebsquelle des Fahrzeugs um einen Motor handelt, nimmt das erzeugte Drehmoment zu, während die Drosselklappe zu einem erhöhten Grad geöffnet wird. In dem Fall, in dem der Fahrer das Fahrzeug so betreibt, dass die angeforderte Antriebskraft zunimmt, kann somit die Antriebskraft grundsätzlich erhöht werden, indem der Grad erhöht wird, zu dem die Drosselklappe geöffnet wird. Die resultierenden Kennlinien sehen jedoch folgendermaßen aus. Wenn die Drosselklappe zu einem bestimmten Grad geöffnet wird, ist die vom Motor erzeugte Antriebskraft gesättigt, was bedeutet, dass, selbst wenn die Drosselklappe zu einem höheren Grad geöffnet wird, die Antriebskraft nur zu einem geringen Grad geändert wird (Antriebskraft wird nicht erhöht) (bedeutet also, dass nicht die Kennlinien eines Modells, sondern die Kennlinien eines tatsächlichen Objekts nicht linear sondern nicht-linear sind). In dem Zustand, wo eine relativ große Antriebskraft durch den Motor erzeugt wird, und wenn bewirkt wird, dass die Antriebskraftanforderung die Antriebskraft nur geringfügig erhöht, wird die Drosselklappenposition zu einem hohen Grad geändert. Somit wird die Drosselklappenposition zu einem hohen Grad geändert, so dass sich das Zähnezahlverhältnis so verändert, dass es die Gangschaltlinie auf dem Getriebekennfeld kreuzt. In diesem Fall liegt eine Abweichung zwischen dem Soll-Antriebsdrehmoment und dem erzeugten Drehmoment vor, und daher wird das durch den Fahrer beabsichtigte Fahrverhalten nicht umgesetzt.
In der japanischen Offenlegungsschrift 2002-87117 ist eine Antriebskraftregelungsvorrichtung, die eine durch einen Fahrer angeforderte Antriebskraft erreichen kann und dadurch das Leistungsverhalten und Fahrverhalten erheblich verbessert, mit Regelungsvorgaben offenbart, wie z. B. dass ein stationärer Zielwert und ein instationäre Zielwert der Antriebskraft durch eine abgestimmte Regelung des Verbrennungsdrehmoments und des Zähnezahlverhältnisses erreicht werden.
In einer Leistungsantriebsgruppe mit einem Motor und einem Getriebe beinhaltet die Antriebskraft-Regelungsvorrichtung, die in dieser Veröffentlichung offenbart ist,: eine Fahrpedalverstellweg-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Grads der Verstellung eines Fahrpedals; eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit; eine Soll-Antriebskraft-Betriebseinrichtung zum Betrieb gemäß einer feststehenden Soll-Antriebskraft basierend auf dem erfassten Grad der Verstellung des Fahrpedals und der Fahrzeuggeschwindigkeit; eine Antriebskraftschema-Betriebseinrichtung zum Betrieb gemäß eines Musters einer Variation der Soll-Antriebskraft; eine Betriebseinrichtung für einen stationären Soll-Wert zum Betrieb gemäß eines stationären Soll-Werts eines Motordrehmoments basierend auf der Soll-Antriebskraft und zum Betrieb gemäß eines stationären Sollwerts eines Zähnezahlverhältnisses basierend auf dem erfassten Grad einer Verstellung des Fahrpedals und der Fahrzeuggeschwindigkeit; eine Betriebseinrichtung für einen instationären Soll-Wert zum Betreiben eines instationären Soll-Werts eines Motordrehmoments und eines instationären Soll-Werts eines Zähnezahlverhältnisses basierend auf dem Muster einer Variation der Soll-Antriebskraft; eine Soll-Motordrehmoment-Erreichungseinrichtung zum Erreichen des stationären Soll-Werts des Motordrehmoments und des instationären Soll-Werts des Motordrehmoments; und eine Erreichungseinrichtung eines Soll-Zähnezahlverhältnisses zum Erreichen des stationären Sollwerts des Zähnezahlverhältnisses und des instationären Soll-Werts des Zähnezahlverhältnisses.
Gemäß der Antriebskraft-Regelungsvorrichtung arbeitet die Soll-Antriebskraft-Betriebseinrichtung während des Fahrbetriebs mit der feststehenden Soll-Antriebskraft basierend auf dem Verstellweg des Fahrpedals, der durch die Fahrpedalverstellweg-Erfassungseinrichtung erfasst wird, und der Fahrzeuggeschwindigkeit, die durch die Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung erfasst wird, und die Antriebskraftmuster-Betriebseinrichtung arbeitet gemäß dem Muster der Variation der Soll-Antriebskraft. Darüber hinaus arbeitet die Betriebseinrichtung des stationären Soll-Werts gemäß dem Soll-Wert des stationären Motordrehmoments basierend auf der Soll-Antriebskraft und arbeitet gemäß dem stationären Soll-Wert des Zähnezahlverhältnisses basierend auf dem erfassten Verstellweg des Fahrpedals und der Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Betriebseinrichtung des instationären Soll-Werts arbeitet gemäß dem instationären Soll-Wert des Motordrehmoments und gemäß dem instationären Soll-Wert des Zähnezahlverhältnisses basierend auf dem Muster der Variation der Soll-Antriebskraft. Dann erreicht die Einrichtung zum Erreichen eines Soll-Motordrehmoments den stationären Soll-Wert des Motordrehmoments und den instationären Soll-Wert des Motordrehmoments, und die Einrichtung zum Erreichen eines Soll-Zähnezahlverhältnisses erreicht den stationären Soll-Wert des Zähnezahlverhältnisses und den instationären Soll-Wert des Zähnezahlverhältnisses. Die Regelungsvorgaben sind genauer gesagt derart beschaffen, dass das Motordrehmoment die Erzeugung eines Trägheitsmoments, das an der Übertragungsverzögerung des Getriebes oder einer Variation der Drehzahl beteiligt ist, nicht vollkommen kompensiert, doch das stationäre Ziel und das instationäre Ziel der Antriebskraft durch eine abgestimmte Regelung des Motordrehmoments und des Zähnezahlverhältnisses erreicht werden. Daher kann die durch den Fahrer angeforderte Antriebskraft erreicht werden, und es ist eine erhebliche Verbesserung des Leistungsverhaltens und des Fahrverhaltens möglich.
An dieser Stelle sollte allerdings, da in dem Motor oder dem am Fahrzeug angebrachten Automatikgetriebe von der Ausgabe einer Regelungsanweisung bis zum tatsächlichen Betrieb eine mechanische Verzögerung besteht, die Verzögerung kompensiert werden können. Daher erfolgt auch in der japanischen Patentoffenlegungsschrift 2002-87117 der Betrieb gemäß der Soll-Antriebskraft derart, dass der Betrieb gemäß einer feststehenden Soll-Antriebskraft basierend auf dem Verstellweg des Fahrpedals erfolgt, der den Betrieb durch den Fahrers darstellt, und die instationären Kennlinien berechnet werden, indem eine Verzögerung in einer jeweiligen Komponente des Fahrzeugs zu dem Muster einer Variation der Soll-Antriebskraft hinzuaddiert wird. Somit wird die Soll-Antriebskraft berechnet, indem eine Betätigung durch den Fahrer und Kennlinien einer jeweiligen Komponente des Fahrzeugs (Verzögerungskennlinien) miteinander verknüpft werden.
Andererseits schließen eine Regelungsantwortkennlinie und eine Regelungsstabilität bei Vornahme einer Verzögerungskompensation einander aus, und es besteht die Notwendigkeit, die Reaktionskennlinie zu verbessern, während für eine Sicherstellung der Stabilität gesorgt wird. Auch in der Antriebskraft-Regelungsvorrichtung gemäß der japanischen Patentoffenlegungsschrift 2002-87117 besteht die Möglichkeit zur Verbesserung der Reaktionskennlinie bei gleichzeitiger weiterer Verbesserung der Regelungsstabilität.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebskraft-Regelungsvorrichtung für ein Fahrzeug (eine Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor) zu schaffen, die in der Lage ist, eine weitere Verbesserung der Regelungsreaktionskennlinie und Regelungsstabilität der Antriebskraftregelung des Fahrzeugs zu erreichen.
Eine Regelungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung steuert eine jeweilige Komponente in einem Verbrennungsmotor basierend auf dem eingestellten Soll-Drehmoment. Die Regelungsvorrichtung berechnet ein geschätztes Drehmoment, das durch einen Verbrennungsmotor erzeugt wird, berechnet eine Abweichung zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem Soll-Drehmoment, berechnet eine drehmomentgesteuerte Größe, für die eine Reaktionsverzögerung kompensiert worden ist, basierend auf der berechneten Abweichung und steuert eine jeweilige Komponente durch Erzeugen eines Anweisungswerts in Bezug auf eine jeweilige Komponente basierend auf der berechneten drehmomentgesteuerten Größe.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bezieht sich bei der Drehmomentanforderungsregelung oder ähnlichem die drehmomentgesteuerte Größe zum Steuern einer jeweiligen Komponente (Stellglied) im Verbrennungsmotor zum Realisieren des Soll- Drehmoments auf eine drehmomentgesteuerte Größe, die basierend auf der Abweichung zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem Soll-Drehmoment und einer drehmomentgesteuerten Größe berechnet wird, für die eine Kompensation der Reaktionsverzögerung vorgenommen wurde. Während die Reaktionsverzögerung im Verbrennungsmotor auf diese Weise kompensiert wird, kann eine Reaktionsverzögerung aufgehoben und eine Regelungsreaktionskennlinie verbessert werden. Folglich kann eine Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die als eine Antriebskraft-Regelungsvorrichtung für ein Fahrzeug dient, die in der Lage ist, eine weitere Verbesserung der Regelungsreaktionskennlinie in der Antriebskraftregelung in dem Fahrzeug zu erreichen, geschaffen werden.
Beim Berechnen des geschätzten Drehmoments wird vorzugsweise das geschätzte Drehmoment durch Verwendung einer Modellgleichung berechnet, die so formuliert ist, dass sie eine Reaktionsverzögerung im Verbrennungsmotor beinhaltet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das geschätzte Drehmoment beispielsweise basierend auf der drehmomentgesteuerten Größe durch Verwendung einer Modellgleichung berechnet, die so formuliert ist, dass sie eine Reaktionsverzögerung im Verbrennungsmotor beinhaltet (wobei die Modellgleichung bezüglich ihrer Umsetzung vorzugsweise linear verläuft). Somit wird das geschätzte Drehmoment mit der darin wiedergegebenen Reaktionsverzögerung berechnet, und die drehmomentgesteuerte Größe wird basierend auf der Abweichung zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem Soll-Drehmoment berechnet. Somit ist eine Verbesserung der Regelungsreaktionskennlinie möglich.
Beim Berechnen der drehmomentgesteuerten Größe wird ferner vorzugsweise die drehmomentgesteuerte Größe berechnet, in dem ein Wert, der infolge eines Betriebs gemäß der berechneten Abweichung erhalten wird, und ein Koeffizient dem Soll-Drehmoment hinzuaddiert wird. Die Regelungsvorrichtung ändert den Koeffizienten basierend auf einer Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Reaktionsverzögerung durch Berechnen der drehmomentgesteuerten Größe kompensiert, indem ein Wert, der infolge eines Betriebs gemäß der Abweichung erhalten wird, und der Koeffizient (beispielsweise Abweichung × Koeffizient) dem Soll-Drehmoment hinzugefügt wird. Eine Reaktionsverzögerung im Verbrennungsmotor fluktuiert abhängig von einer Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors (wie z. B. einer Drehzahl oder eine Saugluftmenge), der Koeffizient wird abhängig von der Betriebsbedingung geändert. Da der Koeffizient, der für die Reaktionsverzögerungskompensation verwendet wird, die Ist-Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors widerspiegelt, kann somit eine Reaktionsverzögerung passender kompensiert werden.
Beim Ändern des Koeffizienten wird der Koeffizient ferner vorzugsweise so geändert, dass er eine Totzeit im Verbrennungsmotor beinhaltet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Übertragungsfunktion für den Verbrennungsmotor neben einer Reaktionsverzögerungskomponente eine Totzeitkomponente beinhalten. Daher wird der für die Reaktionsverzögerungskompensation verwendete Koeffizient unter Berücksichtigung von nicht nur einer Reaktionsverzögerung, sondern auch einer Totzeit berechnet. Während eine solcher Verarbeitung ausgeführt wird, kann die Totzeitkomponente ohne weiteres kompensiert werden. Durch Berücksichtigung der Totzeitkomponente kann ein Überschwingen (Überschwingen und Unterschwingen), das aus der Totzeit resultiert, verhindert und eine Regelungsstabilität verbessert werden. Folglich kann eine Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor geschaffen werden, die als eine Antriebskraft-Regelungsvorrichtung für ein Fahrzeug dient, die in der Lage ist, eine weitere Verbesserung der Regelungsreaktionskennlinie und der Regelungsstabilität in der Antriebskraftregelung des Fahrzeugs zu erreichen.
Ferner wird beim Ändern des Koeffizienten eine Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors basierend auf einer Totzeit im Verbrennungsmotor geschätzt, und der Koeffizient wird basierend auf der geschätzten Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors geändert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Bedingung des Verbrennungsmotors (die Motordrehzahl oder die Saugluftmenge), die eine Verzögerung für die Totzeit beinhaltet, geschätzt, und der Koeffizient wird durch Verwendung der geschätzten Motordrehzahl und der geschätzten Saugluftmenge geändert. Somit kann die Totzeitkomponente ohne weiteres kompensiert werden.
Beim Ändern des Koeffizienten wird ferner vorzugsweise der Koeffizient basierend auf einer Drehzahl und einer Saugluftmenge des Verbrennungsmotors geändert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Koeffizient basierend auf der Drehzahl und der Saugluftmenge, bei denen es sich um wichtige Faktoren in dem Verbrennungsmotor handelt, passend geändert werden, und die Regelungsreaktionskennlinie und Regelungsstabilität können ebenso passend verbessert werden.
Ferner verbietet die Regelungsvorrichtung vorzugsweise eine Berechnung der drehmomentgesteuerten Größe, wenn die berechnete Abweichung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wenn keine große Abweichung vorliegt, eine Berechnung der gesteuerten Größe verboten und keine Verzögerungskompensation wiedergegeben. Dabei wird keine Verzögerungskompensationsregelung für eine geringfügige Variation ausgeführt, und ein Nachlaufen einer elektronischen Drosselklappe oder dergleichen, die ein Stellglied in dem Verbrennungsmotor darstellt, kann verhindert werden.
Die Regelungsvorrichtung berechnet ferner vorzugsweise einen Änderungsbetrag des Soll-Drehmoments. Wenn der berechnete Änderungsbetrag des Soll-Drehmoments innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, verbietet die Regelungsvorrichtung eine Berechnung der drehmomentgesteuerten Größe.
Wenn das Soll-Drehmoment keine deutlichen Schwankungen erfahren hat, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Berechnung der gesteuerten Größe verboten und keine Verzögerungskompensation wiedergegeben. Dabei wird keine Verzögerungskompensationsregelung für eine geringfügige Variation ausgeführt, und ein Nachlaufen einer elektronischen Drosselklappe oder ähnlichem, die ein Stellglied im Verbrennungsmotor darstellt, kann verhindert werden.
Ferner berechnet die Regelungsvorrichtung vorzugsweise einen Änderungsbetrag im Soll-Drehmoment. Wenn ein Anstieg im Soll-Drehmoment umgekehrt wird, so dass er abnimmt, oder umgekehrt, und der Änderungsbetrag des Soll-Drehmoments innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, verbietet die Regelungsvorrichtung die Berechnung der drehmomentgesteuerten Größe.
Wenn die Veränderung des Soll-Drehmoments nicht groß ist, selbst wenn eine Zunahme des Soll-Drehmoments umgekehrt wird, so dass sie abnimmt oder umgekehrt, wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Berechnung der gesteuerten Größe verboten und keine Verzögerungskompensation wiedergeben. Dabei wird für geringfügige Schwankungen keine Verzögerungskompensationsregelung ausgeführt, und ein Nachlaufen einer elektronischen Drosselklappe oder ähnliches, die ein Stellglied im Verbrennungsmotor darstellt, kann verhindert werden.
Ferner behält die Regelungsvorrichtung die zuallerletzt berechnete drehmomentgesteuerte Größe vorzugsweise bei, wenn eine Berechnung der drehmomentgesteuerten Größe verboten wird.
Wenn gemäß der vorliegenden Erfindung die Änderung des Soll-Drehmoments nicht deutlich ist, selbst wenn eine Zunahme des Soll-Drehmoment so umgekehrt wird, dass sie abnimmt, oder umgekehrt (abrupte Änderung), wird eine Berechnung der gesteuerten Größe verboten und die zuallerletzt gesteuerte Größe beibehalten, und dann wird die Verzögerungskompensation unter Verwendung dieser gesteuerten Größe vorgenommen. Dabei wird eine Verzögerungskompensationsregelung ausgeführt, während ein Nachlaufen gleichzeitig verhindert wird. Daher kann eine Regelung, die eher an eine abrupte Veränderung des Soll-Drehmoments angepasst ist, im Vergleich zu einer Glättung des Soll-Drehmoments ausgeführt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist ein Steuerungsblockdiagramm eines Antriebskraft-Regelungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 stellte eine Beziehung zwischen einer Motordrehzahl und einer Zeitkonstante einer Übertragungsfunktion dar, wobei ein Drehmomentverhältnis als Parameter dient.
3 stellt eine Reaktion auf eine Stufeneingangssignal in das Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
4 stellt eine Reaktion auf ein Rampeneingangssignal in das Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
5 stellt eine Reaktion auf ein Stufeneingangssignal in das Antriebskraft-Regelungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
6 stellt eine Reaktion auf ein Rampeneingangssignal in das Antriebskraft-Regelungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
7 stellt eine Reaktion auf ein Stufeneingangssignal und ein Rampeneingangssignal in das Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
8 bis 10 stellen eine Erfassung einer geringfügigen Variation in einem Antriebskraft-Regelungssystem gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
11 stellt einen Regelungszustand in dem Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Beste Art und Weise zum Ausführen der Erfindung
Es erfolgt eine Beschreibung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In der sich nun anschließenden Beschreibung sind identischen Elementen identische Bezugszeichen zugewiesen. Deren Bezeichnung und Funktion sind also demnach identisch. Auf eine ausführliche Beschreibung wird daher verzichtet. In der nachstehenden Beschreibung steht die Bezeichnung Verbrennungsmotor synonym zur Bezeichnung Motor. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass eine Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (Motor) in einem ein Antriebskraft-Regelungssystem beinhaltet ist.
<Erste Ausführungsform>
Das Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung zielt auf die Verbesserung der Reaktionskennlinie ab. Beim Berechnen einer motordrehmomentgesteuerten Größe zum Implementieren eines Soll-Motordrehmoments berechnet das Antriebskraft-Regelungssystem das Soll-Motordrehmoment durch Kompensieren einer Reaktionsverzögerung der Regelung im Hinblick auf eine Differenz zwischen dem geschätzten Motordrehmoment, das anhand der durch ein Soll-Motordrehmoment gesteuerten Größe geschätzt wird, und einem Soll-Motordrehmoment. Somit kann die gesteu erte Größe, für die eine Reaktionsverzögerung der Regelung exakt kompensiert worden ist, berechnet werden. An dieser Stelle wird von einem Verbrennungsmotormodell, das zum Berechnen des geschätzten Motordrehmoments verwendet wird, als einem linearen Modell ohne Berücksichtigung der Totzeit ausgegangen, so dass die Umsetzung auf einer ECU (elektronischen Steuerungseinheit) vereinfacht wird.
Unter Bezugnahme auf 1 erfolgt eine Beschreibung eines Steuerungsblockdiagramms des Antriebskraft-Regelungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Es ist zu beachten, dass eine Übertragungsfunktion für ein Verbrennungsmotormodell 1000 keine Totzeit beinhaltet und eine Reaktionsverzögerungsregelung als zeitliche Verzögerung erster Ordnung ausgedrückt wird.
Das Verbrennungsmotormodell 1000 empfängt ein Eingangssignal von einem geschätzten Motordrehmoment Te_out_i–1 von einem unmittelbar vorhergehenden Zyklus und eine motordrehmomentgesteuerte Größe Te_ac_i–1 von dem unmittelbar vorhergehenden Zyklus, und das geschätzte Motordrehmoment Te_out in einem Berechnungszyklus wird wie folgt berechnet. Te_out = (1 – N) × Te_outi–1 + N × Te_aci–1 (1)
Das N in der Gleichung (1) stellt einen Wert dar, der einer Zeitkonstante einer zeitlichen Verzögerung erster Ordnung zugeordnet ist. Später erfolgt eine Beschreibung eines spezifisches Verfahrens zum Berechnen von N. Es ist zu beachten, dass eine Gleichung (1) einer Z-Transformation unterzogen wird, wobei eine Umsetzung auf der ECU berücksichtigt wird. Darüber hinaus entspricht die Gleichung (1) der nachstehenden Gleichung. Te_out = Te_outi–1 + N × (Te_aci–1 – Te_outi–1) (2)
Das geschätzte Motordrehmoment Te_out in dem Berechnungszyklus wird nämlich berechnet, in dem ein Wert, der durch Multiplizieren einer Abweichung zwischen einer motordrehmomentgesteuerten Größe Te_ac_i–1 (in dem unmittelbar vorhergehenden Zyklus) und einem geschätzten Motordrehmoment Te_out_i–1 (in dem unmittelbar vorhergehenden Zyklus) mit einem Wert N erhalten wird, der der Zeitkonstante der zeitlichen Verzögerung erster Ordnung zugeordnet ist, zu dem geschätzten Motordrehmoment Te_out_i–1 addiert wird, das in dem unmittelbar vorhergehenden Zyklus berechnet wurde.
Eine motordrehmomentgesteuerte Größe Te_ac ist als ein Ausgangssignal eines Addierers 4000 definiert. Eingabe in den Addierer 4000 sind ein Soll-Motordrehmoment Te_tgt und eine Ausgabe aus einem Verzögerungskompensator 3000. Bei einer Eingabe in den Verzögerungskompensator 3000 handelt es sich um eine Ausgabe aus einem Kalkulator 2000, und der Kalkulator 2000 berechnet eine Abweichung zwischen einem Soll-Motordrehmoment Te-tgt und einem geschätzten Motordrehmoment Te_out. Daher führt der Verzögerungskompensator 3000 eine lineare Berechnung aus (Berechnung für eine Multiplikation mit 1/N, wobei es sich um einen Umkehrwert des Werts N handelt, der der Zeitkonstante der zeitlichen Verzögerung erster Ordnung zugeordnet ist), und eine motordrehmomentgesteuerte Größe Te_ac, für die eine Reaktionsverzögerung einer Regelung kompensiert worden ist, wird mit der nachstehenden Gleichung berechnet. Te_ac = Te_tgt + 1/N × (Te_tgt – Te_out) (3)
Was an dieser Stelle den Wert N anbelangt, der der Zeitkonstante der zeitlichen Verzögerung erster Ordnung zugeordnet ist, und da die Übertragungsfunktion für den Verbrennungsmotor (von der hierin als zeitliche Verzögerung erster Ordnung ausgegangen wird) abhängig von der Motordrehzahl oder der Saugluftmenge (und schließlich von einem Kraftstoffeinspritzbetrag fluktuiert), werden diese Faktoren als Parameter in der vorliegenden Ausführungsform dargestellt.
Wie in 2 gezeigt ist, stellt beispielsweise die Abszisse die Motordrehzahl dar, und das Drehmomentverhältnis (= Saugluftmenge/maximale Luftmenge) wird als Parameter herangezogen, und 2 zeigt einen Wert N, der der Zeitkonstante der Übertragungsfunktion (von einer zeitlichen Verzögerung erster Ordnung) in einem Verbrennungsmotormodell 1000 zugeordnet ist.
Wie in 2 gezeigt ist, nimmt N zu, wenn die Motordrehzahl abnimmt. Insbesondere in einem Niederdrehzahlbereich ist die Variation bei N im Vergleich zu einer Variation der Motordrehzahl hoch (wobei N erheblich zunimmt, selbst wenn die Drehzahl nur geringfügig abnimmt). Alternativ ist N kleiner, wenn die Motordrehzahl höher ist. Insbesondere ist die Variation bei N in einem hohen Drehzahlbereich im Vergleich zu einer Variation der Motordrehzahl klein (wobei N nicht wesentlich abnimmt, selbst wenn die Drehzahl ansteigt).
Ein Betrieb des Antriebskraft-Regelungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung basierend auf der vorstehenden Konfiguration wird unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben.
3 zeigt einen Reaktionszustand, wenn das Soll-Verbrennungsdrehmoment, das die angeforderte Antriebskraft darstellt, in dem Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform schrittweise variiert wird. Die Abszisse stellt die Zeit dar, und die Ordinaten stehen für das Motordrehmoment und eine Motordrehzahl in 3(A) bzw. 3(B).
Wie in 3(A) gezeigt ist, wird die motordrehmomentgesteuerte Größe Te_ac (Te-gesteuerte Größe in 3(A)) basierend auf der Gleichung (3) berechnet, wenn das Soll-Motordrehmoment Te_tgt (Soll-Te in 3(A)) schrittweise variiert. An dieser Stelle wird N in der Gleichung (3) unter Heranziehung der Motordrehzahl oder des Drehmomentverhältnisses (Saugluftmenge), wie in 2 gezeigt ist, als Parameter berechnet.
Im Rahmen einer herkömmlichen Regelung wird ohne Berücksichtigung der Motorverzögerungskennlinien die Reaktionskennlinie nicht bevorzugt, wie 3(A) bei der Bezeichnung „Ist-Te (herkömmlich)" zu entnehmen ist. In dem Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung, wird, wie 3(A) bei der Bezeichnung „Ist-Te (vorliegende Erfindung) zu entnehmen ist, die Reaktionskennlinie verbessert. Dies ist darin begründet, dass die motordrehmomentgesteuerte Größe Te_ac mit einer Reaktionsverzögerung in einer Regelung berechnet wird, die in Bezug auf die Differenz zwischen einem geschätzten Motordrehmoment Te_out, das anhand der motordrehmomentgesteuerten Soll-Größe Te_ac geschätzt wird, und dem Soll-Motordrehmoment Te_Tgt (Multiplikation mit 1/N) kompensiert wird. Da die Totzeitkomponente in dem Verbrennungsmotor hingegen nicht berücksichtigt wird, kommt es zu einem Überschwingen (Überschwingen in 3(A)).
Wie in 3(B) gezeigt ist, nimmt die Motordrehzahl (Ist-Ne) mit der Zunahme des Motordrehmoments Ist-Te (hinter dem Stufeneingangssignal) zu.
4 zeigt einen Reaktionszustand, wenn das Soll-Motordrehmoment, das die angeforderte Antriebskraft darstellt, in dem Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform rampenartig variiert wird. Die Abszisse stellt eine Zeit dar, und die Ordinaten stellen in 4(A) bzw. 4(B) ein Motordrehmoment und eine Motordrehzahl dar.
Wie in 4(A) gezeigt ist, wird die motordrehmomentgesteuerte Größe Te_ac (Te-gesteuerte Größe in 4(A)) basierend auf einer Gleichung (3) berechnet, wenn ein Soll-Motordrehmoment Te_tgt (Soll-Te in 4(A)) rampenartig variiert wird. An dieser Stelle wird N in der Gleichung (3) unter Heranziehung der Motordrehzahl oder des Drehmomentverhältnisse (Saugluftmenge), die in 2 gezeigt sind, als Parameter verwendet.
Gemäß einer herkömmlichen Regelung ohne Berücksichtigung der Motorverzögerungskennlinie wird die Reaktionskennlinie nicht bevorzugt, wie der Bezeichnung „Ist-Te (herkömmlich)" in 4(A) zu entnehmen ist. In dem Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wird, wie der Bezeichnung „Ist-Te (vorliegende Erfindung)" in 4(A) zu entnehmen ist, die Reaktionskennlinie verbessert. Dies ist darin begründet, dass, wie bei der Schrittantwort, eine motordrehmomentgesteuerte Größe Te_ac mit einer Reaktionsverzögerung in einer Regelung berechnet wird, die in Bezug auf die Differenz zwischen einem geschätzten Motordrehmoment Te_out, das anhand einer motordrehmomentgesteuerten Soll-Größe Te_ac geschätzt wird, und einem Soll-Motordrehmoment Te_tgt (Multiplikation mit 1/N) kompensiert wird. Da demgegenüber die Totzeitkomponente in dem Verbrennungsmotor nicht in Betracht gezogen wird, kommt es zu einem Überschwingen (Überschwingen in 4(A)), obwohl das Ausmaß desselben gering ist.
Wie in 4(B) gezeigt ist, nimmt die Motordrehzahl (Ist-Ne) mit dem Anstieg des Motordrehmoments Ist-Te (hinter dem Rampeneingangssignal) zu.
Um die Reaktionsverzögerung in einer an einem Fahrzeug (insbesondere dem Motor) angebrachten Komponente zu kompensieren, wird, wie vorstehend beschrieben, entsprechend dem Antriebskraft-Regelungssystem der vorliegenden Ausführungsform eine Schätzfunktion eines Regelungssollwerts (geschätztes Motordrehmoment) anhand der gesteuerten Größe (motordrehmomentgesteuerte Größe) berechnet, und die Reaktionsverzögerung in der Regelung wird in Bezug auf die Differenz zwischen dem Schätzwert und dem Soll-Wert (Soll-Motordrehmoment) kompensiert. Somit ist es möglich, das Antriebskraft-Regelungssystem unter Berücksichtigung der Reaktionsverzögerung in der Regelung bereitzustellen.
<Zweite Ausführungsform>
Anschließend erfolgt eine Beschreibung eines Antriebskraft-Regelungssystems gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung zielt darauf ab, das Auftreten eines Überschwingens aufgrund einer Totzeit in dem Verbrennungsmotor zu verhindern. Da die Übertragungsfunktion für den Verbrennungsmotor die Totzeitkomponente beinhaltet, unterscheiden sich in dem Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der ersten Ausfüh rungsform, das vorstehend beschrieben ist, die Übertragungsfunktion für den Verbrennungsmotor zum Zeitpunkt der Berechnung der motordrehmomentgesteuerten Größe und die Übertragungsfunktion, wenn die drehmomentgesteuerte Größe implementiert wird, voneinander, und es kommt zu einem Überschwingen in Form einer Über- oder Unterschreitung. Folglich kommt es zu einer Störung des Fahrverhaltens.
In dem Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher unter Berücksichtigung der Totzeit im Verbrennungsmotor die Übertragungsfunktion, die basierend auf der geschätzten Motordrehzahl berechnet wird, und die geschätzte Saugluftmenge zu dem Zeitpunkt, wenn die motordrehmomentgesteuerte Größe wiedergegeben wird (insbesondere der Wert N in der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform), als die Übertragungsfunktion verwendet, die zum Berechnen der motordrehmomentgesteuerten Größe verwendet werden soll.
Daher sind das Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform und das Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der ersten Ausführungsform im Steuerungsblock in 1 identisch, unterscheiden sich jedoch dahingehend, dass die Abszisse in 2 anstelle der Motordrehzahl die geschätzte Motordrehzahl darstellt, und dass anstelle der Saugluftmenge die geschätzte Saugluftmenge als Parameter verwendet wird. Da die Kurve an sich, die in 2 gezeigt ist, auch auf das Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform anwendbar ist, wird von einer Beschreibung derselben abgesehen.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung eines Verfahrens zum Berechnen der geschätzten Motordrehzahl und eines Verfahrens zum Berechnen der geschätzten Saugluftmenge, die für die vorliegende Ausführungsform spezifisch sind.
Unter der Annahme, dass eine Totzeit T anhand von Messergebnissen eines tatsächlichen Objekts im voraus berechnet worden ist, kann eine geschätzte Motordrehzahl Ne wie folgt berechnet werden.

(A) geschätzte Motordrehzahl Ne = aktuelle Motordrehzahl Ne + Veränderungsbetrag ΔNe bei aktueller Motordrehzahl × Totzeit T (4)

Darüber hinaus kann eine geschätzte Motordrehzahl Ne wie folgt berechnet werden.

(B) geschätzte Motordrehzahl Ne = Veränderungsbetrag ΔNe der Motordrehzahl, die anhand des geschätzten Motordrehmoments Te_out × Totzeit T berechnet wird (5)

An dieser Stelle kann ein Änderungsbetrag ΔNe der Motordrehzahl, die anhand des geschätzten Motordrehmoments Te_out berechnet wird, wie folgt berechnet werden, wobei Ie ein Trägheitsmoment des Verbrennungsmotors darstellt Winkelbeschleunigung dω/dt/Te/Ie (rad/sec2) (6) ΔNe = dω/det × 60/2π (rpm/sec) (7)
Außerdem kann eine geschätzte Motordrehzahl Ne wie folgt berechnet werden.

(C) geschätzte Motordrehzahl Ne = Ist-Motordrehzahl Ne + konstanter Wert (8)

Wenn die Motordrehzahl Ne wie unter (C) berechnet wird, indem sie auf einen relativ hohen Wert geschätzt wird, wird die Reaktionskennlinie des Verbrennungsmotors an sich verbessert, da die Motordrehzahl höher ist (siehe 2). Daher ist es sicherer, wenn eine relativ hoch geschätzte Motordrehzahl berechnet wird, indem somit der konstante Wert hinzuaddiert wird.

(D) Ferner, auch wenn hier eine Beschränkung auf ein Fahrzeug vorliegt, das einen Drehmomentwandler beinhaltet (natürlich ist in einem Fahrzeug mit einem Automatikgetriebe in vielen Fällen ein Drehmomentwandler als Fluidkupplung vorhanden) kann eine geschätzte Motordrehzahl Ne auch berechnet werden, indem ein statischer Ausgleichspunkt des Drehmomentwandlers verwendet wird.

Unter Verwendung einer aktuellen Turbinendrehzahl Nt und einem geschätzten Motordrehmoment Te_out wird ein Punkt, an dem die Motordrehzahl Ne in der Zukunft ausgeglichen werden soll, im voraus berechnet, der wiederum als geschätzte Motordrehzahl Ne berechnet wird.
Eine ähnliche Berechnung kann auch vorgenommen werden, indem eine geschätzte Turbinendrehzahl Nt, die wie unter (A) bis (C) berechnet wird, anstelle der aktuellen Turbinendrehzahl Nt verwendet wird und indem ein Soll-Motordrehmoment Te_tgt anstelle eines geschätzten Motordrehmoments Te_out verwendet wird.

(E) Wie unter (C) oben wird die Reaktionskennlinie des Verbrennungsmotors an sich verbessert, während die Motordrehzahl ansteigt. Die Untergrenze einer geschätzten Motordrehzahl Ne wird auf eine aktuelle Motordrehzahl Ne als Wächter angestellt (so dass die geschätzte Motordrehzahl Ne nicht geringer ist als die aktuelle Motordrehzahl Ne), so dass eine Reaktionskennlinie verbessert wird und ein Überschwingen oder Unterschwingen gemindert werden kann.

Die geschätzte Saugluftmenge wird wie folgt berechnet.
Ein Kennfeld einer Saugluftmenge, die basierend auf einem Drehmoment und einer Drehzahl berechnet wird, wird auf Grundlage von Daten über das Ist-Objekt erzeugt, und unter Bezugnahme auf das Kennfeld der Saugluftmenge wird die geschätzte Saugluftmenge auf Grundlage eines Soll-Motordrehmoments Te_tgt oder eines geschätzten Motordrehmoments Te_out und einer geschätzten Motordrehzahl Ne berechnet.
Da die geschätzte Motordrehzahl und die geschätzte Saugluftmenge wie vorstehend beschrieben berechnet werden können, wird der Wert von N zur Berücksichtigung der Totzeit im Verbrennungsmotor auf Grundlage des in 2 gezeigten Kennfelds berechnet. Hier handelt es sich bei dem berechneten Wert N um einen Wert unter Berücksichtigung der Totzeit im Verbrennungsmotor, weil zumindest die geschätzte Motordrehzahl unter Berücksichtung der Totzeit T berechnet worden ist.
Eine Beschreibung eines Betriebs des Antriebskraft-Regelungssystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf Grundlage der Konfiguration erfolgt unter Bezugnahme auf 5 und 6.
5 zeigt einen Reaktionszustand, wenn das Soll-Motordrehmoment, das eine angeforderte Antriebskraft darstellt, im Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform schrittweise variiert wird. Die Abszisse steht für die Zeit, und die Ordinaten stehen für ein Motordrehmoment und eine Motordrehzahl in 5(A) bzw. 5(B) dar.
Wenn ein Soll-Motordrehmoment Te_tgt (Soll-Te in 5(A)) wie in 5(A) gezeigt schrittweise variiert, wird die motordrehmomentgesteuerte Größe Te_ac (Te-gesteuerte Größe in 5(A)) berechnet, indem ein Wert N verwendet wird, der der Zeitkonstante der Übertragungsfunktion zugeordnet ist, die durch Ersetzen der geschätzten Motordrehzahl und der geschätzten Saugluftmenge in dem in 2 gezeigten Kennfeld (Gleichung (3) berechnet wird). Entsprechend einer herkömmlichen Regelung ohne Berücksichtigung der Motorverzögerungskennlinien und der Totzeit wird eine Reaktionskennlinie, wie sie mit Ist-Te (herkömmlich) in 5(A) gezeigt ist, nicht bevorzugt. In diesem Fall ist Ist-Te (herkömmlich) in 5(A) mit Ist-Te (herkömmlich) in 3(A) nicht identisch. In dem Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine Reaktionskennlinie verbessert und es kommt nicht zum Überschwingen, wie bei Ist-Te (vorliegende Erfindung) in 5(A) gezeigt ist. Dies ist darin begründet, dass eine motordrehmomentgesteuerte Größe Te_ac berechnet wird, wobei eine Reaktionsverzögerung in der Regelung in Bezug auf die Differenz zwischen einem geschätzten Motordrehmoment Te_out, das anhand der durch das Soll-Motordrehmoment gesteuerten Größe Te_ac und des Soll-Motordrehmoments Te_tgt geschätzt wird (Multiplikation durch 1/N) (die erste Ausführungsform), kompensiert wird, und darin dass die Totzeit berücksichtigt wird. Die Totzeit wird durch Berechnung der geschätzten Motordrehzahl und der geschätzten Saugluftmenge unter Berücksichtigung der Totzeit und durch Berechnung des der Zeitkonstante der Übertragungsfunktion von 2 zugeordneten Werts N unter Verwendung eben dieser geschätzten Motordrehzahl und dieser geschätzten Saugluftmenge in Betracht gezogen.
Wie in 5(B) gezeigt ist, nimmt die Motordrehzahl (Ist-Ne) bei Anstieg des Motordrehmoments (Ist-Te) (nach der Stufenvariation) zu.
6 zeigt einen Reaktionszustand, wenn das Soll-Motordrehmoment, das eine angeforderte Antriebskraft darstellt, rampenartig in dem Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform variiert wird. Die Abszisse steht für die Zeit, und die Ordinaten stellen ein Motordrehmoment und eine Motordrehzahl in 6(A) bzw. 6(B) dar.
Wenn das Soll-Motordrehmoment Te_tgt (Soll-Te in 6(A)) rampenartig Variiert, wie in 6(A) gezeigt ist, wird die motordrehmomentgesteuerte Größe Te_ac (Te-gesteuerte Größe in 6(A)) unter Verwendung des Werts N berechnet, der der Zeitkonstante der Übertragungsfunktion zugeordnet ist, die durch Ersetzen der geschätzten Motordrehzahl und der geschätzten Saugluftmenge in dem in 2 gezeigten Kennfeld (Gleichung (3)) berechnet wird. Gemäß einer herkömmlichen Regelung ohne Berücksichtigung der Motorverzögerungskennlinien und der Totzeit wird die Reaktionskennlinie wie sie in 6(A) bei „Ist-Te (herkömmlich)" gezeigt ist nicht bevorzugt. In diesem Fall ist Ist-Te (herkömmlich) in 6(A) mit Ist-Te (herkömmlich) in 4(A) identisch. In dem Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird, wie bei Ist-Te (vorliegende Erfindung) in 6(A) gezeigt ist, die Reaktionskennlinie verbessert. Dies ist darin begründet, dass wie bei der Schrittreaktion die motordrehmomentgesteuerte Größe Te_ac berechnet wird, wobei die Reaktionsverzögerung in Bezug auf die Differenz zwischen dem geschätzten Motordrehmoment Te_out, das anhand der durch das Soll-Motordrehmoment gesteuerten Größe Te_ac geschätzt wird, und dem Soll-Motordrehmoment Te-tgt (Multiplikation durch 1/N) (die erste Ausführungsform) kompensiert wird, und darin dass die Totzeit in Betracht gezogen wird. Die Totzeit wird durch Berechnen der geschätzten Motordrehzahl und der geschätzten Saugluftmenge unter Berücksichtigung der Totzeit und durch Berechnen eines der Zeitkonstante der Übertragungsfunktion von 2 zugeordneten Werts N unter Verwendung eben dieser geschätzten Motordrehzahl und dieser geschätzten Saugluftmenge berücksichtigt.
Wie in 6(B) gezeigt ist, nimmt die Motordrehzahl (Ist-Ne) mit Anstieg des Motordrehmoments (Ist-Te) (hinter dem Rampeneingangssignal) zu.
Wie vorstehend beschrieben wird gemäß dem Antriebskraft-Regelungssystem der vorliegenden Erfindung, wie in der ersten Ausführungsform gezeigt ist, ein Schätzwert eines Regelungssollwerts (geschätztes Motordrehmoment) anhand der gesteuerten Größe (durch motordrehmomentgesteuerte Größe) berechnet und eine Reaktionsverzögerung der Regelung in Bezug auf die Differenz zwischen dem Schätzwert und dem Soll-Wert (Soll-Motordrehmoment) kompensiert, und hier wird ein Koeffizient zum Kompensieren der Reaktionsverzögerung unter Berücksichtigung der Totzeit berechnet. Folglich kann das Antriebskraft-Regelungssystem unter Berücksichtigung von nicht nur der Reaktionsverzögerung der Regelung, sondern auch der Totzeitkomponenten bereitgestellt werden.
<Andere Reaktionsbeispiele>
7 stellt ein Beispiel für eine Reaktion dar, wenn eine Rampensignal nach dem Stufensignal in des Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der ersten Ausführungsform und das Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform eingegeben wird.
In 7 entsprechen die Te-gesteuerte Größe (1) und Ist-Te (1) dem Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der ersten Ausführungsform (unter Berücksichtigung der Verzögerungszeit der Regelung), während die Te-gesteuerte Größe (2) und Ist-Te (2) dem Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform entsprechen (unter Berücksichtigung der Verzögerungszeit der Regelung und der Totzeit).
Bei jeweils der Stufenreaktion und der Rampenreaktion ist gemäß dem Antriebskraft-Regelungssystem in der ersten Ausführungsform zu ersehen, dass Ist-Te (herkömmlich) Ist-Te (1) erreicht und eine Reaktionskennlinie verbessert wird, es jedoch zu einem Überschwingen kommt und die Regelungsstabilität schlecht ist. Gemäß dem Antriebskraft-Regelungssystem in der zweiten Ausführungsform ist zu ersehen, dass Ist-Te (herkömmlich) Ist-Te (2) erreicht und die Reaktionskennlinie verbessert wird sowie ein Überschwingen verhindert und die Regelungsstabilität verbessert wird.
Wie vorstehend beschrieben, werden die Verzögerungskomponente und die Totzeitkomponente, die in der Übertragungsfunktion für die am Fahrzeug montierte Komponente beinhaltet sind, kompensiert, so dass das Antriebskraft-Regelungssystem eine hervorragende Regelungsreaktionskennlinie aufweist und eine Regelungsstabilität erzeugt werden kann.
<Dritte Ausführungsform>
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird eine Verzögerungskompensation oder, neben einer Verzögerungskompensation, eine Totzeitkompensation ausgeführt. In anderen Worten wird eine solche Kompensation vorgenommen (wird eine Kompensation vorgenommen, um eine gesteuerte Größe anzuheben, indem eine Abweichung zwischen einem geschätzten Ist-Ausgangswert und einem Soll-Wert mit einer Verstärkung multipliziert wird, wodurch eine Verzögerung und Totzeit berücksichtigt wird). Wenn eine derartige Kompensation ausnahmslos bei geringfügigen Variationen im Soll-Wert vorgenommen wird, kommt es zu einem Nachlaufen eines Stellglieds (wie z. B. einer elektronischen Drosselklappe, die die Saugluftmenge einstellt), und die Dauerhaftigkeit kann dadurch gemindert werden. Selbst wenn ein Rückkopplungsvorgang ausgeführt wird und ein stabiler Zustand erreicht wird (grundsätzlich also, wenn die Antriebskraft, die durch einen Fahrer oder ein Fahrzeugregelungssystem (wie z. B. eine Geschwindigkeitsregelung) angefordert wird, nicht geändert wird), wird insbesondere der Soll-Wert, der während des Betriebs berechnet wird, konstant variiert.
Eine derartige Fluktuation ist normalerweise geringfügig, und durch die dazugehöre Reaktionskennlinie wird kein Anlass zu Problemen gegeben. In der vorliegenden Ausführungsform wird daher eine Verzögerungskompensation vorgenommen, die einer derart geringfügigen Schwankung entspricht.
In dem Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform

(1) wird keine Verzögerungskompensationsregelung für eine geringfügige Variation im Soll-Wert ausgeführt, und
(2) ein Nachlaufen an sich verhindert, indem eine Modifizierung zum Realisieren von (ausschließlich) geringfügigen Variationen im Soll-Wert vorgenommen wird.

Nachstehend erfolgt eine Beschreibung in Bezug auf die jeweils vorstehend angeführten Punkte.
(1) Erfassen einer geringfügigen Variation des Sollwerts
Die nachstehenden beiden Verfahren können als das Verfahren zum Erfassen einer geringfügigen Variation herangezogen werden.

(1-1) Wenn eine Differenz (Abweichung) zwischen dem Soll-Wert (Soll-Motordrehmoment Te_tgt) und einer geschätzten Ist-Leistungsabgabe (geschätztes Motordrehmoment Te_out) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, wird die tatsächlich geringfügige Variation erfasst.

Wie in 8 gezeigt ist, wird insbesondere Δte = |Soll-Wert (Soll-Motordrehmoment Te_tgt) – geschätzte Ist-Leistungsabgabe (geschätztes Motordrehmoment Te_out) berechnet, und wenn diese Abweichung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt (nämlich ohne Abweichung von dem „Bereich, der als geringfügige Variation zu betrachten ist" in 8), wird eine geringfügige Variation bestimmt.
Dabei wird nur, wenn eine Abweichung ΔTe außerhalb des „Bereichs, der als geringfügige Variation zu betrachten ist" in 8 liegt, (Notwendigkeit der Verzögerungskompensationsregelung wird bestimmt), wird eine Verzögerungskompensationsregelung ausgeführt. Die Zeitsteuerung, wenn eine Verzögerungskompensationsregelung ausgeführt wird, wird als „Zeitsteuerung zum Ausführen einer Verzögerungskompensationsregelung" in 8 dargestellt.
Die Konfiguration kann dergestalt sein, dass, wenn eine Variation des Sollwerts (Soll-Motordrehmoment Te_tgt) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, die tatsächliche geringfügige Abweichung erfasst werden kann.

(1-2) Wenn eine Variation des Sollwerts (Soll-Motordrehmoment Te-tgt) von einer Zunahme zu einer Abnahme oder umgekehrt erfasst wird, und wenn eine solche Variation innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, wird die tatsächliche geringfügige Variation erfasst.

Wie in 9 erfasst wird, wird insbesondere dTe/dT (Zeitdifferentialwert des Sollwerts) berechnet, und wenn das Zeichen des Zeitdifferentialwerts sich ändert (von + auf – oder von – auf +) und wenn der Differentialwert (Änderungsbetrag) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt (d. h. ohne Abweichung von dem „Schwellwert" in 9), wird eine Bestimmung als geringfügige Variation vorgenommen.
Selbst wenn dabei das Zeichen des Zeitdifferentialwerts dTe/dt sich ändert (von + auf – oder von – auf +), wird eine Verzögerungskompensationsregelung nur ausgeführt, wenn der Zeitdifferentialwert (Änderungswert) von dem „Schwellwert" in 9 abweicht (Notwendigkeit der Verzögerungskompensationsregelung wird vorgenommen). Der Steuerzeitpunkt, wenn eine Verzögerungskompensationsregelung ausgeführt wird, ist in 9 als der „Steuerzeitpunkt zum Ausführen einer Verzögerungskompensationsregelung" dargestellt.
(2) Verhindern eines Nachlaufens an sich, indem eine Modifikation zum Realisieren einer geringfügigen Variation des Sollwerts vorgenommen wird.
Wenn eine Variation des Sollwerts (Soll-Motordrehmoment Te_tgt) von der Zunahme zur Abnahme und umgekehrt erfasst wird, und wenn eine solche Variation innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, ist für eine solche Variation eine Totzone vorgesehen. Insbesondere ist unter der Totzone in diesem Fall ein Merkmal zu verstehen, bei dem beim Berechnen eines modifizierten Sollwerts, der durch Modifizieren des Sollwerts erhalten wird, der modifizierte Soll-Wert sich keiner Variation des Sollwerts anschließen darf, wenn eine vorbestimmte Bedingung (Variation des Sollwerts vom Anstieg zur Abnahme oder umgekehrt) erfüllt ist. Selbst wenn eine Variation des Sollwerts vom Anstieg zur Abnahme oder umgekehrt bewirkt wird, darf der modifizierte Soll-Wert eine solche Variation im Soll-Wert nicht wiedergeben.
Wie in 10 gezeigt ist, wird insbesondere dTe/dT (Zeitdifferentialwert des Sollwerts) berechnet, und wenn das Zeichen des Zeitdifferentialwerts sich ändert (von + auf – oder von – auf +), hält der modifizierte Sollwert den letzten Wert trotz einer Variation des Sollwerts für eine vorbestimmte Zeitdauer nach Erfassen der Variation (bis der Sollwert den Schwellwert übersteigt).
Dabei wird eine Variation nicht unmittelbar auf dem modifizierten Soll-Wert wiedergegeben, selbst wenn das Zeichen des Zeitdifferentialwerts dTe/dt sich ändert (von + auf – oder von – auf +), und es entsteht die Totzone, in der der modifizierte Soll-Wert sich dem Soll-Wert erst anschließen darf, wenn der Soll-Wert den Schwellwert übersteigt. Wenn der Sollwert den „Schwellwert" in 10 übersteigt (es wird bestimmt, dass ein Nachlaufen des Stellglieds verhindert werden kann, selbst wenn der modifizierte Soll-Wert sich dem Soll-Wert anschließen darf), darf der modifizierte Soll-Wert sich dem Soll-Wert anschließen, und es wird eine Verzögerungskompensationsregelung ausführt.
Wenn der Soll-Wert sich plötzlich ändert (das Zeichen eines Zeitvariationsverhältnisses des Sollwerts umgekehrt wird) und wenn der Soll-Wert unbesehen verwendet wird, ohne eine Totzone für eine plötzliche Änderung des Sollwerts vorzusehen, kommt es zu einer plötzlichen Änderung des Betriebs des Stellglieds und zu einem Nachlaufen. Selbst wenn das Zeichen des Zeitvariationsverhältnisses umgekehrt wird, wird in diesem Fall durch Vorsehen der Totzone der allerneueste Soll-Wert (der allerneueste, bevor das Zeichen des Zeitvariationsverhältnisses des Sollwerts umgekehrt wird) als der modifizierte Soll-Wert beibehalten, ohne eine Reflexion auf ein Steuersignal in Bezug auf das Stellglied zu erlauben. Folglich kann ein Nachlaufen des Stellglieds verhindert werden. Obwohl die Totzone vorgesehen ist, wird darüber hinaus eine Reflexion einer plötzlichen Veränderung des Sollwerts einfach verhindert (Verzögerungsregelung wird an sich durch Verwendung des allerneuesten Sollwerts ausgeführt). Daher wird eine plötzliche Veränderung des Sollwerts nicht geglättet, und es wird eine Verzögerungskompensation ausgeführt.
Ein auf dem Antriebskraft-Regelungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform basierender Betrieb wird unter Bezugnahme auf 11 beschrieben.
11(A) zeigt ein Beispiel, bei dem eine geringfügige Variation des Sollwerts nicht in Betracht gezogen werden muss, 11(B) zeigt ein Beispiel, bei dem eine geringfügige Variation des Sollwerts direkt auf einer manipulierten Größe der Verzögerungskompensationsregelung reflektiert wird und Ist-TE folglich aufgrund eines Nachlaufens des Stellglieds instabil wird (herkömmlicher Stand der Technik), und 11(C) zeigt ein Beispiel, bei dem eine geringfügige Variation des Sollwerts nicht direkt auf einer manipulierten Größe in der Verzögerungskompensationsregelung reflektiert wird, und folglich ein Nachlaufen des Stellglieds verhindert werden kann und das Ist-Te nicht instabil wird (vorliegende Ausführungsform).
Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß dem Antriebskraft-Regelungssystem der vorliegenden Erfindung beim Ausführen einer Verzögerungskompensations-(und einer Totzeitkompensations-)regelung eine geringfügige Variation des Sollwerts erfasst und bestimmt, ob eine Kompensationsregelung notwendig ist oder nicht. Darüber hinaus darf auf eine Variation des Sollwerts keine Kompensationsregelung folgen, indem für eine solche Variation eine Totzone vorgesehen wird. Folglich wird keine unnötige Kompensationsregelung für eine nicht notwendige Reaktionskennlinie ausgeführt, und ein Nachlaufen des Stellglieds kann verhindert werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Ausführungsformen, die hierin offenbart sind, in jeder Hinsicht zur Veranschaulichung dienen und keine Einschränkung darstellen sollen. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche definiert, und nicht durch die vorstehende Beschreibung, und soll alle Modifizierungen innerhalb des Schutz- und Bedeutungsbereichs umfassen, der dem der Ansprüche entspricht.
Zusammenfassung
Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor
Ein Antriebskraft-Regelungssystem beinhaltet ein Verbrennungsmotormodell (1000), das durch ein Modell dargestellt wird, das zwar linearisiert ist, aber eine Komponente einer Verzögerung erster Ordnung beinhaltet, einen Kalkulator (2000), der eine Abweichung zwischen einem Soll-Motordrehmoment und einem geschätzten Motordrehmoment berechnet, einen Verzögerungskompensator (3000), der eine Reaktionsverzögerung basierend auf der Abweichung kompensiert, und einen Addierer (4000), der eine motorgesteuerte Größe berechnet, indem er eine verzögerungskompensierte Abweichung dem Soll-Motordrehmoment hinzuaddiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 2002-87117 [0005, 0008, 0009]

Claims

Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die jede Komponente in dem Verbrennungsmotor basierend auf einem eingestellten Soll-Drehmoment regelt, wobei die Regelungsvorrichtung das geschätzte Drehmoment, das durch den Verbrennungsmotor erzeugt wird, berechnet; eine Abweichung zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem Soll-Drehmoment berechnet; eine drehmomentgesteuerte Größe, für die eine Reaktionsverzögerung kompensiert worden ist, basierend auf der berechneten Abweichung berechnet; und eine jede Komponente regelt, indem ein Anweisungswert in Bezug auf eine jede Komponente basierend auf der berechneten, drehmomentgesteuerten Größe erzeugt wird.
Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei beim Berechnen des geschätzten Drehmoments das geschätzte Drehmoment durch Verwendung einer Modellgleichung berechnet wird, die so formuliert ist, dass sie eine Reaktionsverzögerung in dem Verbrennungsmotor umfasst.
Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, wobei beim Berechnen der drehmomentgesteuerten Größe die drehmomentgesteuerte Größe durch Addieren eines Werts berechnet wird, der infolge eines Betriebs der berechneten Abweichung und eines Koeffizienten des Soll-Drehmoments erhalten wird, und die Regelungsvorrichtung den Koeffizienten basierend auf einer Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors ändert.
Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, wobei beim Ändern des Koeffizienten der Koeffizient so geändert wird, dass er eine Totzeit in dem Verbrennungsmotor umfasst.
Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, wobei beim Ändern des Koeffizienten eine Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors basierend auf einer Totzeit in dem Verbrennungsmotor geschätzt wird, und der Koeffizient basierend auf der geschätzten Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors geändert wird.
Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei beim Ändern des Koeffizienten der Koeffizient basierend auf einer Drehzahl und einer Saugluftmenge des Verbrennungsmotors geändert wird.
Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei die Regelungsvorrichtung eine Berechnung der drehmomentgesteuerten Größe verbietet, wenn die berechnete Abweichung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei die Regelungsvorrichtung einen Änderungsbetrag des Soll-Drehmoment berechnet, und eine Berechnung der drehmomentgesteuerten Größe verbietet, wenn der berechnete Änderungsbetrag des Soll-Drehmoments innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei die Regelungsvorrichtung einen Änderungsbetrag des Soll-Drehmoments berechnet, und eine Berechnung der drehmomentgesteuerten Größe verbietet, wenn ein Anstieg des Soll-Drehmoments so umgekehrt wird, dass er abnimmt oder umgekehrt, und der Änderungsbetrag des Soll-Drehmoments innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, wobei die Regelungsvorrichtung die drehmomentgesteuerte Größe, die zu allerletzt berechnet wurde, hält, wenn eine Berechnung der drehmomentgesteuerten Größe verboten wird.
Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die eine jede Komponente in dem Verbrennungsmotor basierend auf einem eingestellten Soll-Drehmoment regelt, aufweisend: eine Schätzungseinrichtung zum Schätzen eines Drehmoments, das durch den Verbrennungsmotor erzeugt wird; eine Abweichungsberechnungseinrichtung zum Berechnen einer Abweichung zwischen einem geschätzten Drehmoment, das durch die Berechnungseinrichtungen für ein geschätztes Drehmoment berechnet wird, und dem Soll-Drehmoment; eine Berechnungseinrichtung für eine gesteuerte Größe zum Berechnen einer drehmomentgesteuerten Größe, für die eine Reaktionsverzögerung kompensiert worden ist, basierend auf der Abweichung, die durch die Abweichungsberechnungseinrichtungen berechnet wird; und eine Regelungseinrichtung zum Regeln einer jeden Komponente, indem ein Anweisungswert in Bezug auf die jeweilige Komponente basierend auf der drehmomentgesteuerten Größe erzeugt wird, die durch die Berechnungseinrichtung für die gesteuerte Größe berechnet wird.
Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 11, wobei die Schätzungseinrichtung eine Einrichtung zum Schätzen eines Drehmoments durch Verwendung einer Modellgleichung beinhaltet, die so formuliert ist, dass sie eine Reaktionsverzögerung in dem Verbrennungsmotor umfasst.
Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 12, wobei die Berechnungseinrichtung für eine gesteuerte Größe eine Einrichtung zum Berechnen der drehmomentgesteuerten Größe beinhaltet, indem ein Wert, der infolge eines Betriebs der Abweichung, die durch die Abweichungsberechnungseinrichtung berechnet wird, und eines Koeffizienten erhalten wird, dem Soll-Drehmoment hinzuaddiert wird, und die Regelungsvorrichtung ferner eine Änderungseinrichtung zum Ändern des Koeffizienten basierend auf einer Operationsbedingung des Verbrennungsmotors aufweist.
Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 13, wobei die Änderungseinrichtung eine Einrichtung zum Ändern des Koeffizienten derart beinhaltet, dass er eine Totzeit in dem Verbrennungsmotor umfasst.
Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 13, wobei die Änderungseinrichtung eine Einrichtung zum Schätzen einer Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors basierend auf einer Totzeit in dem Verbrennungsmotor und zum Ändern des Koeffizienten basierend auf der geschätzten Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors beinhaltet.
Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Änderungseinrichtung eine Einrichtung zum Ändern des Koeffizienten basierend auf einer Drehzahl und einer Saugluftmenge des Verbrennungsmotors beinhaltet.
Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 11, die ferner eine Unterbindungseinrichtung zum Verbieten einer Berechnung der gesteuerten Größe durch die Berechnungseinrichtung für eine gesteuerte Größe aufweist, wenn die Abweichung, die durch die Abweichungsberechnungseinrichtung berechnet wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 11, ferner aufweisend: eine Änderungsbetrags-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Änderungsbetrags in dem Soll-Drehmoment; und Unterbindungseinrichtung zum Verbieten einer Berechnung der gesteuerten Größe durch die Berechnungseinrichtung für eine gesteuerte Größe, wenn der Änderungsbetrag des Soll-Drehmoments, der durch die Änderungsbetrags-Berechnungseinrichtung berechnet wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 11, ferner aufweisend: eine Änderungsbetrags-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Änderungsbetrags des Soll-Drehmoments; und eine Unterbindungseinrichtung zum Verbieten einer Berechnung der gesteuerten Größe durch die Berechnungseinrichtung für eine gesteuerte Größe, wenn ein Anstieg des Soll-Drehmoments, der durch die Änderungsbetrags-Berechnungseinrichtung erfasst wird, umgekehrt wird, so dass er abnimmt, oder umgekehrt, und der Änderungsbetrags in dem Soll-Drehmoment innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 19, die ferner eine Einrichtung zum Halten der gesteuerten Größe aufweist, die zuallerletzt berechnet wurde, wenn die Berechnung der gesteuerten Größe durch die Unterbindungseinrichtung verboten wird.