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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugsteuerungsvorrichtung, die einen Fahrzeugbetriebszustand steuert, indem sie ein von einem Verbrennungsmotor erzeugtes Drehmoment verwendet.
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Stand der Technik
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Bei einem bekannten Verbrennungsmotor mit Funkenzündung wird als Mittel zum Steuern seines Drehmoments eine Zündzeitpunkteinstellung zusammen mit einer Einstellung einer Luftmenge verwendet. Bei der in der
JP-A-2005-113877 offenbarten Technik wird zum Beispiel ein verlangtes Drehmoment mit einem Zündzeitpunktwirkungsgrad korrigiert, der entsprechend einer Differenz zwischen einem Basiszündzeitpunkt und einem MBT-Zündzeitpunkt bestimmt wird, und beruhend auf dem mit dem Wirkungsgrad korrigierten verlangten Drehmoment wird ein verlangter Drosselklappenöffnungsgrad berechnet. Außerdem wird beim MBT-Zündzeitpunkt anhand einer Ist-Luftmenge und einer Motordrehzahl ein geschätztes Drehmoment ermittelt, und beruhend auf einem Verhältnis zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem verlangten Drehmoment vor der Korrektur wird bezogen auf den MBT-Zündzeitpunkt ein Zündverzögerungsbetrag berechnet.
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Gemäß der in der obigen Druckschrift offenbarten Technik ändert sich der Drosselklappenöffnungsgrad entsprechend einer Änderung des verlangten Drehmoments, und die Luftmenge ändert sich entsprechend der Änderung des Drosselklappenöffnungsgrads. Das geschätzte Drehmoment ändert sich dann entsprechend der Änderung der Luftmenge. Genauer gesagt ändert sich das geschätzte Drehmoment im Anschluss an das verlangte Drehmoment. Während des Prozesses, in dem sich das verlangte Drehmoment in dem geschätzten Drehmoment niederschlägt, entstehen verschiedene Arten von Ansprechverzögerungen, wie zum Beispiel eine Verzögerung bei Rechenoperationen, die durch ein Steuerungssystem durchgeführt werden, und bei einer Signalübertragung, die innerhalb eines Steuerungssystems erfolgt, eine Verzögerung bei einer Drosselklappenbetätigung oder eine Verzögerung bei einer Sensorausgabe. Infolge dessen gibt es zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem verlangten Drehmoment immer eine Zeitabweichung.
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Die oben genannte Zeitabweichung stellt ein Problem dar, wenn sich das verlangte Drehmoment vorübergehend ändert oder insbesondere wenn sich das verlangte Drehmoment verringert. Wenn sich das verlangte Drehmoment zum Beispiel schwingend ändert, folgt das geschätzte Drehmoment dem verlangten Drehmoment so, dass es sich schwingend ändert. Die oben genannten verschiedenen Arten von Ansprechverzögerungen treten dabei als eine Phasenverschiebung zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem verlangten Drehmoment auf. Dies führt dazu, dass periodisch eine Zeitspanne auftritt, während der das geschätzte Drehmoment größer als das verlangte Drehmoment ist.
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Gemäß der in der obigen Druckschrift offenbarten Technik wird der Zündverzögerungsbetrag entsprechend dem Verhältnis zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem verlangten Drehmoment bestimmt, sodass der Zündzeitpunkt während der Dauer, während der das geschätzte Drehmoment größer als das verlangte Drehmoment ist, mehr als der MBT-Zündzeitpunkt verzögert wird. Diese Zündverzögerung erfolgt auch dann automatisch, wenn der Zündzeitpunktwirkungsgrad auf den maximalen Wirkungsgrad eingestellt wird, das heißt wenn der Betrieb beim MBT-Zündzeitpunkt verlangt wird. Genauer gesagt bedingt die in der obigen Druckschrift offenbarte Technik in Folge einer unbeabsichtigten Verzögerung des Zündzeitpunkts eine mögliche unnötige Verschlechterung des Kraftstoffnutzungsgrads.
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Bezüglich des obigen Problems hat die Anmelderin in der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2008-178963 eine Erfindung vorgeschlagen, die als Lösung dafür dient. Gemäß der Erfindung dieser Anmeldung wird, wenn eine Änderungsgeschwindigkeit des verlangten Drehmoments durch eine Drosselklappenbetätigung erreicht werden kann, der Drehmomentwirkungsgrad, der als Grundlage zum Einstellen des Zündzeitpunkts dient, auf 1 als maximalen Wirkungsgrad festgelegt. Sollte das geschätzte Drehmoment in Folge der Zeitabweichung zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem verlangten Drehmoment größer als das verlangte Drehmoment werden, kann daher aufgrund des auf den maximalen Wirkungsgrad festgelegten Drehmomentwirkungsgrads eine unnötige Zündverzögerung verhindert werden.
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Falls sich jedoch das verlangte Drehmoment selbst mit einer Geschwindigkeit ändert, die nicht allein durch die Drosselklappenbetätigung erreicht werden kann, wird die Zündverzögerung aktiviert. Gesetzt den Fall, dass zum Beispiel zu dem verlangten Drehmoment eine periodisch zunehmende oder abnehmende Komponente hinzugefügt wird, um zum Beispiel ein Fahrzeugnicken zu unterdrücken, dann verschlechtert sich der Kraftstoffnutzungsgrad, obwohl die Änderungsgeschwindigkeit des verlangten Drehmoments dank der Aktivierung der Zündverzögerung erreicht werden kann. Der Kraftstoffnutzungsgrad ist unter den Leistungsanforderungen an ein Fahrzeug besonders wichtig. Um einem verbesserten Kraftstoffnutzungsgrad die oberste Priorität zu geben, sollte die Verzögerung des Zündzeitpunkts soweit wie möglich unterbunden werden.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die Erfindung erfolgte, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Steuerungsvorrichtung für ein Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, die eine Verschlechterung des Kraftstoffnutzungsgrads in Folge einer Verzögerung des Zündzeitpunkts eines Verbrennungsmotors unterbinden kann.
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Eine Steuerungsvorrichtung für ein Fahrzeug enthält erfindungsgemäß eine Antriebssystemsteuerungseinheit und eine Motorsteuerungseinheit. Die Antriebssystemsteuerungseinheit befindet sich bezogen auf die Motorsteuerungseinheit auf einer höheren Hierarchieebene eines Steuerungssystems, wobei sie das Antriebssystem des Fahrzeugs umfassend steuert. Die Motorsteuerungseinheit steuert beruhend auf einem verlangten Drehmoment, das von der Antriebssystemsteuerungseinheit ausgestellt wird, einen Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor ist ein Kraftantriebssystem des Fahrzeugs, und die Antriebssystemsteuerungseinheit steuert einen Betriebszustand des Fahrzeugs, indem sie ein durch den Verbrennungsmotor erzeugtes Drehmoment verwendet.
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Genauer gesagt stellt die Motorsteuerungseinheit beruhend auf dem verlangten Drehmoment eine Ansaugluftmenge ein und stellt einen Zündzeitpunkt so ein, dass jegliche Abweichung zwischen einem Drehmoment, das durch eine Einstellung der Ansaugluftmenge erreichbar ist, und dem verlangten Drehmoment ausgeglichen wird. Die Antriebssystemsteuerungseinheit berechnet ein Drehmoment, das erwünschtermaßen an den Verbrennungsmotor auszugeben ist, um einen Soll-Betriebszustand des Fahrzeugs zu erreichen, und verwendet dieses erwünschte Drehmoment als das verlangte Drehmoment, das an die Motorsteuerungseinheit auszugeben ist. Das erwünschte Drehmoment wird beruhend auf einem Fahrpedalbetätigungsbetrag durch einen Fahrer oder Signalen von verschiedenen Arten an dem Fahrzeug angebrachter Sensoren berechnet. Die Antriebssystemsteuerungseinheit begrenzt eine Änderungsgeschwindigkeit des wie oben beschrieben berechneten erwünschten Drehmoments, indem sie einen vorbestimmten Schutzwert verwendet, der anhand eines Drehmomenteinstellvermögens des Verbrennungsmotors bestimmt wird, und rechnet als das verlangte Drehmoment das erwünschte Drehmoment nach der Begrenzung aus. Der Schutzwert wird mit Bezug auf einen Bereich der Drehmomentänderungsgeschwindigkeit eingestellt, der durch die Einstellung der Ansaugluftmenge in dem Verbrennungsmotor erreichbar ist.
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Gemäß der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung wird in einer Phase, in der das verlangte Drehmoment durch die Antriebssystemsteuerungseinheit erzeugt wird, ein Bereich der Drehmomentänderungsgeschwindigkeit beachtet, der durch die Einstellung der Ansaugluftmenge erreichbar ist. Je kleiner das verlangte Drehmoment als das durch die Einstellung der Ansaugluftmenge erreichbare Drehmoment ist, umso mehr wird der Zündzeitpunkt durch die Motorsteuerungseinheit verzögert; allerdings hilft die vorherige Beachtung des oben angegeben Bereichs beim verlangten Drehmoment dabei, eine Verzögerung des Zündzeitpunkts zu verhindern oder den Zündzeitpunkt innerhalb eines zulässigen Bereichs zu halten, sodass eine Verschlechterung des Kraftstoffnutzungsgrads in Folge einer Verzögerung des Zündzeitpunkts unterbunden werden kann.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Schutzwert ein Grenzwert des Bereichs der Drehmomentänderungsgeschwindigkeit, der durch die Einstellung der Ansaugluftmenge in dem Verbrennungsmotor erreichbar ist. Eine solche Einstellung ermöglicht es, das verlangte Drehmoment lediglich durch die Einstellung der Ansaugluftmenge zu erreichen, was dabei hilft, zuverlässig die Verzögerung des Zündzeitpunkts zu verhindern, die eine Verschlechterung des Kraftstoffnutzungsgrads bedingt.
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Bei einer noch mehr bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Schutzwert in der Motorsteuerungseinheit beruhend auf einem Ist- oder Soll-Betriebszustand des Verbrennungsmotors berechnet und von der Motorsteuerungseinheit an die Antriebssystemsteuerungseinheit ausgegeben. Die Gestaltung, bei der die Motorsteuerungseinheit, die den Verbrennungsmotor direkt steuert, den Schutzwert berechnet, ermöglicht es, dass sich der Bereich der Drehmomentänderungsgeschwindigkeit, der durch die Einstellung der Ansaugluftmenge erreichbar ist, noch genauer in dem Schutzwert niederschlägt.
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Bei einer noch mehr bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht oder verhindert die Antriebssystemsteuerungseinheit die Begrenzung des erwünschten Drehmoments durch den Schutzwert entsprechend dem Soll-Betriebszustand des Fahrzeugs. Wenn der Betriebszustand zum Beispiel dem Kraftstoffnutzungsgrad Vorrang gibt, wird die Begrenzung des erwünschten Drehmoments durch den Schutzwert ermöglicht. Wenn der Betriebszustand dagegen der Drehmomentgenauigkeit gegenüber dem Kraftstoffnutzungsgrad Vorrang gibt, wird die Begrenzung des erwünschten Drehmoments durch den Schutzwert verhindert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Blockdiagramm, das eine Gestaltung einer Fahrzeugsteuerungsvorrichtung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
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2 ist ein Blockdiagramm, das eine Gestaltung einer Motorsteuerungseinheit der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
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3 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung von Arbeitsprozessen eines Gradientenschutzes gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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4 ist ein Blockdiagramm, das ein abgewandeltes Beispiel einer Gestaltung einer Antriebssystemsteuerungseinheit der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung zeigt.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Fahrzeugsteuerungsvorrichtung
- 4
- Antriebssystemsteuerungseinheit
- 6
- Motorsteuerungseinheit
- 10
- Gradientenschutz
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Beste Ausführungsarten für die Erfindung
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Unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
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1 ist ein Blockdiagramm, das eine Gestaltung einer Fahrzeugsteuerungsvorrichtung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält in einem Steuerungssystem zwei Bestandteile einer zueinander höheren oder niedrigeren Hierarchieebene. Auf der höheren Hierarchieebene befindet sich eine Antriebssystemsteuerungseinheit 4, während sich auf der niedrigeren Hierarchieebene eine Motorsteuerungseinheit 6 befindet, die einen Motor (Verbrennungsmotor) steuert. Zusätzlich enthält die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 2 zum Beispiel eine Getriebesteuerungseinheit, die ein Automatikgetriebe steuert, die allerdings nicht gezeigt oder beschrieben werden, da sie nicht mit dem Ausführungsbeispiel der Erfindung in Beziehung steht.
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Die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 2 verwendet die Antriebssystemsteuerungseinheit 4, um eine umfassende Steuerung eines Fahrzeugantriebssystems durchzuführen. Die Antriebssystemsteuerungseinheit 4 lässt den Motor über die Motorsteuerungseinheit 6 ein erwünschtes Drehmoment erzeugen und steuert unter Verwendung des von dem Motor abgegebenen Drehmoments einen Fahrzeugbetriebszustand. In die Antriebssystemsteuerungseinheit 4 werden neben einem Fahrpedalbetätigungsbetrag eines Fahrers Signale (Fahrzeuginformationen) von verschiedenen an dem Fahrzeug angebrachten Sensoren (zum Beispiel von einem Radgeschwindigkeitssensor, einem Gierratensensor und einem Beschleunigungssensor) eingegeben. Die Antriebssystemsteuerungseinheit 4 berechnet nicht nur beruhend auf dem Fahrpedalbetätigungsbetrag das von dem Fahrer des Fahrzeugs verlangte Drehmoment, sondern auch beruhend auf den von den Sensoren ermittelten Fahrzeuginformationen verschiedene Arten von Drehmomentarten (zum Beispiel ein die Stabilität steuerndes Drehmoment, ein die Traktion steuerndes Drehmoment, ein Gangwechselerschütterungen verhinderndes Drehmoment und ein Nicken unterbindendes Drehmoment), die zur Fahrzeugsteuerung verlangt werden. Diese Arten von Drehmomenten werden miteinander austariert, um ein erwünschtes Drehmoment zu erlangen, das von dem Motor abzugeben ist. Ein Rechenabschnitt 8 führt die Austarierung durch, um das erwünschte Drehmoment zu berechnen. Der Begriff Austarierung steht dabei für eine Operation, die in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Rechenregel aus einer Vielzahl von numerischen Werten einen einzigen numerischen Wert ermittelt. Die Rechenregel schließt zum Beispiel die Auswahl eines Maximalwerts, die Auswahl eines Minimalwerts, eine Durchschnittsbildung oder ein Aufsummieren ein. Es können mehrere dieser Rechenregeln geeignet miteinander kombiniert werden.
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Die Antriebssystemsteuerungseinheit 4 enthält neben dem oben genannten Rechenabschnitt 8 einen Gradientenschutz 10. Der Gradientenschutz 10 ist eine Einrichtung, um auf einen Gradienten des erwünschten Drehmoments, genauer gesagt auf eine Änderungsgeschwindigkeit, einen Schutz aufzubringen. Die Antriebssystemsteuerungseinheit 4 verlangt das durch den Rechenabschnitt 8 berechnete erwünschte Drehmoment nicht direkt von dem Motor, sondern gibt aus, was von dem Gradientenschutz 10 als verlangtes Drehmoment aufbereitet worden ist. Dieser Gradientenschutz 10 ist eines der wichtigen Merkmale der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 2.
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Einzelheiten des Gradientenschutzes 10 werden später beschrieben.
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Die Motorsteuerungseinheit 6 steuert den Motor beruhend auf dem verlangten Drehmoment, das von der Antriebssystemsteuerungseinheit 4 zugeführt wird. Bei dem Fahrzeug, bei dem die Erfindung zum Einsatz kommt, steht der Motor für einen Motor mit Funkenzündung, der das Drehmoment mit der Ansaugluftmenge und dem Zündzeitpunkt steuern kann. Der Motor gemäß diesem Ausführungsbeispiel enthält eine Drosselklappe, die als Stellglied zum Einstellen der Ansaugluftmenge dient, und eine Zündvorrichtung, die als Stellglied zum Einstellen des Zündzeitpunkts dient. Die Motorsteuerungseinheit 6 betätigt diese Stellglieder, um das von dem Motor erzeugte Drehmoment zu steuern.
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2 ist ein Blockdiagramm, das eine Gestaltung der Motorsteuerungseinheit 6 zeigt. Die Motorsteuerungseinheit 6 verwendet zunächst einen darin enthaltenen Rechenabschnitt 12, um das erhaltene verlangte Drehmoment in eine entsprechende Luftmenge (KL) umzuwandeln. Die durch diesen Umwandlungsprozess ermittelte Luftmenge stellt eine Soll-Luftmenge des Motors dar. Der hier verwendete Begriff der Luftmenge steht für eine Zylinderansaugluftmenge pro Takt, die von Einheiten befreit sein kann und durch eine Füllleistung (einen Lastfaktor) ersetzt werden kann. Für den Umwandlungsprozess wird ein Kennfeld verwendet, das das Drehmoment mit der Luftmenge in Beziehung setzt. Das Kennfeld verwendet Schlüssel, die verschiedene Arten von Betriebsbedingungen darstellen, die den Zusammenhang zwischen dem Drehmoment und der Luftmenge beeinflussen, wie zum Beispiel eine Motordrehzahl und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Dabei ist zu beachten, dass davon ausgegangen wird, dass der Zündzeitpunkt der MBT-Zündzeitpunkt ist.
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Die Motorsteuerungseinheit 6 verwendet als nächstes einen darin enthaltenen Rechenabschnitt 14, der anhand der Soll-Luftmenge einen Drosselklappenöffnungsgrad berechnet. Zum Berechnen des Drosselklappenöffnungsgrads wird ein Umkehrmodel eines Luftmodells verwendet. Das Luftmodell ist ein physikalisches Modell eines Einlasssystems, um beruhend auf zum Beispiel der Strömungslehre das Ansprechen der Luftmenge auf Drosselklappenbetätigungen zu modellieren. Die Motorsteuerungseinheit 6 stellt den aus der Soll-Luftmenge umgewandelten Drosselklappenöffnungsgrad als einen Drosselklappenbetätigungsbetrag ein und betätigt die Drosselklappe entsprechend dem eingestellten Drosselklappenöffnungsgrad.
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Außerdem berechnet die Motorsteuerungseinheit 6 ein Verhältnis des verlangten Drehmoments zu einem geschätzten Drehmoment des Motors (nachstehend als Drehmomentwirkungsgrad bezeichnet) und berechnet beruhend auf dem Drehmomentwirkungsgrad den Zündzeitpunkt. Der Drehmomentwirkungsgrad wird von einem Rechenabschnitt 18 berechnet. Der hier verwendete Ausdruck des geschätzten Drehmoments steht für ein Drehmoment, das erreichbar ist, wenn der Zündzeitpunkt bei dem gegenwärtigen Drosselklappenöffnungsgrad auf den MBT-Zündzeitpunkt, genauer gesagt auf das bei der gegenwärtigen Ansaugluftmenge erreichbare maximale Drehmoment, eingestellt wird. Bei der Berechnung des geschätzten Drehmoments wird zunächst das oben genannte Luftmodell verwendet, um die Luftmenge zu berechnen, die schätzungsweise mit dem gegenwärtigen Drosselklappenöffnungsgrad erreichbar ist. Dann wird das Kennfeld, das das Drehmoment mit der Luftmenge beim MBT-Zündzeitpunkt in Beziehung setzt, verwendet, um die geschätzte Luftmenge in das entsprechende Drehmoment umzuwandeln. Das auf diese Weise ermittelte Drehmoment ist das geschätzte Drehmoment.
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Diese Berechnungen erfolgen durch einen Rechenabschnitt 16, der in der Motorsteuerungseinheit 6 enthalten ist.
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Die Motorsteuerungseinheit 6 enthält einen Ober-/Untergrenzenschutz 22. Der Ober-/Untergrenzenschutz 22 ist eine Einrichtung, um die Höhe (Niedrigkeit) des Drehmomentwirkungsgrads mit einem Schutz zu belegen. Anstatt den von dem Rechenabschnitt 18 berechneten Drehmomentwirkungsgrad direkt zum Berechnen des Zündzeitpunkts zu verwenden, berechnet die Motorsteuerungseinheit 6 den Zündzeitpunkt beruhend auf dem, was von dem Ober-/Untergrenzenschutz 22 aufbereitet wird. Der Ober-/Untergrenzenschutz 22 wird durch ein Signal von einem Gradientenbestimmungsabschnitt 24 betätigt, der in der Motorsteuerungseinheit 6 enthalten ist. Der Ober-/Untergrenzenschutz 22 und der Gradientenbestimmungsabschnitt 24 werden später ausführlich beschrieben.
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Die Motorsteuerungseinheit 6 verwendet einen darin enthaltenen Rechenabschnitt 20, um den Drehmomentwirkungsgrad in einen entsprechenden Zündzeitpunkt umzuwandeln. Der durch diesen Umwandlungsprozess ermittelte Zündzeitpunkt dient als ein Betätigungsbetrag der Zündvorrichtung. Für den Umwandlungsprozess wird ein Kennfeld verwendet, das den Drehmomentwirkungsgrad mit dem Zündzeitpunkt in Beziehung setzt. Das Kennfeld verwendet Schlüssel, die verschiedene Arten von Betriebsbedingungen darstellen, die den Zusammenhang zwischen dem Drehmomentwirkungsgrad und dem Zündzeitpunkt beeinflussen, wie zum Beispiel das verlangte Drehmoment, die Motordrehzahl und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Entsprechend diesem Kennfeld wird der Zündzeitpunkt auf den MBT-Zündzeitpunkt eingestellt, wenn der Drehmomentwirkungsgrad der Maximalwert von 1 ist, und er wird bezogen auf den MBT-Zündzeitpunkt bei Drehmomentwirkungsgraden von kleiner als 1 zur Verzögerungsseite hin eingestellt.
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Oben wurde die grundsätzliche Gestaltung der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 2 beschrieben. Im Folgenden werden nun in ihren Einzelheiten der Gradientenschutz 10, der einen Hauptbestandteil der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 2 bildet, sowie der Ober-/Untergrenzenschutz 22 und der Gradientenbestimmungsabschnitt 24 beschrieben, die damit in Beziehung stehen.
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Der Gradientenschutz 10 begrenzt einen Gradienten des eingegebenen erwünschten Drehmoments, indem er einen vorbestimmten Schutzwert verwendet, der sich anhand eines Drehmomenteinstellvermögens des Motors bestimmt. Der Schutzwert wird unter Bezugnahme auf einen Bereich eines Drehmomentgradienten erstellt, der durch Einstellung der Ansaugluftmenge in dem Motor erreichbar ist. Und zwar dienen einen oberer Grenzwert und ein unterer Grenzwert des durch Einstellung der Ansaugluftmenge erreichbaren Drehmomentgradienten als Schutzwerte des Gradientenschutzes 10. Der obere Grenzwert des durch Einstellung der Lufteinsaugmenge erreichbaren Drehmomentgradienten ist der Drehmomentgradient, der durch vollständiges Öffnen der Drosselklappe erzielt wird, und der untere Grenzwert ist der Drehmomentgradient, der durch vollständiges Schließen der Drosselklappe erzielt wird.
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3 ist ein Diagramm, das die Schutzwerte von dem Gradientenschutz 20 bezogen auf das verlangte Drehmoment zeigt, das von der Motorsteuerungseinheit 6 ausgegeben wird. In 3 entspricht die Obergrenzenschutzlinie dem Drehmomentgradienten, der durch vollständiges Öffnen der Drosselklappe erreichbar ist, und die Untergrenzenschutzlinie entspricht dem Drehmomentgradienten, der durch vollständiges Schließen der Drosselklappe erreichbar ist. Dementsprechend ist bezogen auf den gegenwärtigen Wert des verlangten Drehmoments die Zone zwischen der Obergrenzenschutzlinie und der Untergrenzenschutzlinie der Drehmomentbereich, der sich durch die Einstellung der Ansaugluftmenge erreichen lässt. Die Zündverzögerung kommt in einem Bereich unterhalb der Untergrenzenschutzlinie zum Tragen.
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Wenn das erwünschte Drehmoment nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne vom gegenwärtigen Zeitpunkt (in diesem Fall im folgenden Schritt) in den Bereich zwischen der Ober- und Untergrenzenschutzlinie fällt, wird der Wert, so wie er ist, als das verlangte Drehmoment ausgegeben. Wenn das erwünschte Drehmoment im folgenden Schritt jedoch über die Untergrenzenschutzlinie hinausgeht, begrenzt der Gradientenschutz 20 das erwünschte Drehmoment, indem er die Untergrenzenschutzlinie verwendet, und gibt das begrenzte erwünschte Drehmoment (unterer Grenzwert für verlangtes Drehmoment in der Figur) als das verlangte Drehmoment aus. Wenn das erwünschte Drehmoment an Stelle dessen im folgenden Schritt über die Obergrenzenschutzlinie hinausgeht, begrenzt der Gradientenschutz 20 das erwünschte Drehmoment, indem er die Obergrenzenschutzlinie verwendet, und gibt das begrenzte erwünschte Drehmoment (oberer Grenzwert für verlangtes Drehmoment in der Figur) als das verlangte Drehmoment aus.
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Genauer gesagt ist der Gradientenschutz 20 so ausgelegt, dass er den Gradienten des verlangten Drehmoments auf einen Bereich begrenzt, der in einer Phase, in der das verlangte Drehmoment durch die Antriebssystemsteuerungseinheit 4 erzeugt wird, durch die Einstellung der Ansaugluftmenge erreicht werden kann. Wird die Motorsteuerungseinheit 6 mit dem verlangten Drehmoment versorgt, das einen wie oben beschrieben begrenzten Gradienten hat, hilft dies dabei, eine Zündverzögerung zum Erreichen des verlangten Drehmoments zu verhindern.
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Zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem verlangten Drehmoment können Zeitabweichungen, insbesondere Phasenverschiebungen, vorliegen, die mit verschiedenen Arten von Ansprechverzögerungen im Zusammenhang stehen, wie zum Beispiel mit einer Verzögerung bei Rechenoperationen und einer Signalübertragung, einer Verzögerung bei einer Drosselklappenbetätigung oder einer Verzögerung bei einer Sensorausgabe. Falls sich das verlangte Drehmoment verringert, wenn zu einer solchen Phasenverschiebung kommt, wird das geschätzte Drehmoment vorübergehend größer als das verlangte Drehmoment, was dazu führt, dass der Drehmomentwirkungsgrad selbst in dem durch die Einstellung der Ansaugluftmenge erreichbaren Bereich kleiner als 1 wird. Der Ober-/Untergrenzenschutz 22 und der Gradientenbestimmungsabschnitt 24 sind Einrichtungen, um in solchen Fällen eine unnötige Zündverzögerung zu verhindern.
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Der Ober-/Untergrenzenschutz 22 unterzieht dem eingegebenen Drehmomentwirkungsgrad einer Schutzverarbeitung mit einem Obergrenzenschutzwert und einem Untergrenzenschutzwert. Der Obergrenzenschutzwert ist auf den Maximalwert von 1 festgesetzt. Der Untergrenzenschutzwert ist dagegen im Allgemeinen auf einen ungültigen Wert eingestellt und wird nur dann, wenn ein Flag-Signal des Gradientenbestimmungsabschnitts 24 auf AN geschaltet ist, auf den Maximalwert von 1 als einen gültigen Wert eingestellt. Wenn der Untergrenzenschutzwert des Ober-/Untergrenzenschutzes 22 tatsächlich arbeitet, wird der Drehmomentwirkungsgrad demnach ungeachtet einer Höhenbeziehung zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem verlangten Drehmoment auf 1 festgesetzt.
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Der Gradientenbestimmungsabschnitt 24 berechnet einen Gradienten des verlangten Drehmoments, das von der Antriebssystemsteuerungseinheit 4 in die Motorsteuerungseinheit 6 eingegeben wird, und zwar genauer gesagt einen Änderungsbetrag des verlangten Drehmoments pro Steuerungstakt. Der Gradientenbestimmungsabschnitt 24 vergleicht dann einen Drehmomentgradienten, der nur durch die Einstellung der Ansaugluftmenge durch die Drosselklappe erreichbar ist, mit dem Gradienten des verlangten Drehmoments. Der nur durch die Einstellung der Ansaugluftmenge erreichbare Drehmomentgradient steht für den Drehmomentgradienten, der sich durch vollständiges Öffnen oder vollständiges Schließen der Drosselklappe erreichen lässt, und steht hier für den Drehmomentgradienten in abnehmender Richtung, der sich durch vollständiges Schließen der Drosselklappe erreichen lässt.
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Wenn sich als Ergebnis des Vergleichs herausstellt, dass der Drehmomentgradient, der sich nur durch die Einstellung der Ansaugluftmenge erreichen lässt, größer als der Gradient des verlangten Drehmoments ist, wenn also der Gradient des verlangten Drehmoments nur durch die Einstellung der Ansaugluftmenge erreicht werden kann, stellt der Gradientenbestimmungsabschnitt 24 das Flag-Signal auf AN. Empfängt der Ober-/Untergrenzenschutz 22 dieses Flag-Signal, setzt er den Untergrenzenschutzwert auf 1. Dies verhindert auch dann, wenn das geschätzte Drehmoment in Folge einer zeitlichen Abweichung zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem verlangten Drehmoment vorübergehend größer als das verlangte Drehmoment wird, dass es dadurch unnötig zu einer Zündverzögerung kommt. Daher kann eine Verschlechterung des Kraftstoffnutzungsgrads, die durch eine unnötige Zündverzögerung hervorgerufen wird, verhindert werden.
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Dabei ist zu beachten, dass in diesem Ausführungsbeispiel sowohl der Untergrenzenschutzwert, der durch den Gradientenschutz 20 eingestellt wird, als auch der Drehmomentgradient, der für die Bestimmung verwendet wird, die durch den Gradientenbestimmungsabschnitt 24 erfolgt, zwar den gleichen Wert haben, aber auf einen Wert des Drehmomentgradienten eingestellt sind, der sich durch vollständiges Schließen der Drosselklappe erreichen lässt. Für diese Berechnung kann ein Kennfeld verwendet werden, das beruhend auf tatsächlich gemessenen Daten oder einem physikalischen Modell wie das zuvor erwähnte Luftmodell erzeugt wurde. Entsprechend kann auch der Wert des Drehmomentgradienten, der sich durch vollständiges Öffnen der Drosselklappe erreichen lässt, berechnet werden, indem ein Kennfeld oder ein physikalisches Modell verwendet wird. In diesem Ausführungsbeispiel werden diese Berechnungen durch die Motorsteuerungseinheit 6 vorgenommen, und jeder von der Motorsteuerungseinheit 6 berechnete Schutzwert wird der Antriebssystemsteuerungseinheit 4 zugeführt und in dem Gradientenschutz 20 eingestellt.
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Der Schutzumfang der Erfindung soll nicht auf das oben beschriebene besondere Ausführungsbeispiel beschränkt sein. Die Erfindung deckt sämtliche Abwandlungen, Äquivalente und Alternativen ab, die unter die Grundidee und den Schutzumfang der Erfindung fallen, wie sie durch die Ansprüche definiert sind. Zum Beispiel kann das oben beschriebene Ausführungsbeispiel wie unten angegeben abgewandelt werden.
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In einem abgewandelten Beispiel wird der Gradientenschutz 20 gezielt entsprechend einem Soll-Fahrzeugbetriebszustand betätigt. Wenn der Soll-Fahrzeugbetriebszustand zum Beispiel dem Kraftstoffnutzungsgrad Vorrang gibt, wird der Gradientenschutz 20 auf exakt die gleiche Weise wie in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel betätigt. Wenn der Soll-Fahrzeugbetriebszustand dagegen der Drehmomentgenauigkeit Vorrang gibt, ist der Gradientenschutz 20 so ausgelegt, dass er nicht arbeitet. Genauer gesagt wird das erwünschte Drehmoment der Motorsteuerungseinheit 6 direkt als das verlangte Drehmoment zugeführt. Der Betriebszustand, der der Drehmomentgenauigkeit Vorrang gibt, schließt zum Beispiel einen Fall ein, in dem ein Notfalldrehmoment verlangt wird, etwa ein die Stabilität steuerndes Drehmoment. Eine mögliche Gestaltung kann in diesem Fall so beschaffen sein, dass normalerweise ein Flag eingestellt wird, das den Betrieb des Gradientenschutzes 20 ermöglicht, und dass nur dann, wenn das Notfalldrehmoment verlangt wird, ein Flag eingestellt wird, das den Betrieb des Gradientenschutzes 20 verhindert. Die Entscheidung, ob der Betrieb des Gradientenschutzes 20 ermöglicht oder verhindert wird, erfolgt vorzugsweise durch die Antriebssystemsteuerungseinheit 4, in die, wie in dem Blockdiagramm von 4 gezeigt ist, verschiedene Arten von Fahrzeuginformationen eingegeben werden.
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In einem anderen abgewandelten Ausführungsbeispiel berechnet die Antriebssystemsteuerungseinheit 4 die durch den Gradientenschutz 20 eingestellten Schutzwerte. Für die Berechnung kann ein Kennfeld verwendet werden, das beruhend auf tatsächlich gemessenen Daten oder einem physikalischen Modell wie dem Luftmodell erzeugt wurde. Für die Berechnung erforderliche Motorinformationen, zum Beispiel der Drosselklappenöffnungsgrad und die Motordrehzahl, können von der Motorsteuerungseinheit 6 oder direkt von Sensoren bezogen werden.
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In noch einem anderen abgewandelten Beispiel werden die von dem Gradientenschutz 20 eingestellten Schutzwerte außerhalb des Drehmomentgradientenbereichs eingestellt, der nur durch die Einstellung der Ansaugluftmenge erreichbar ist. Genauer gesagt wird der Untergrenzenschutzwert zwar bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel so eingestellt, dass er dem durch vollständiges Schließen der Drosselklappe erreichbaren Drehmomentgradienten entspricht, doch kann er auch auf einen Wert eingestellt werden, der niedriger als dieser ist. In diesem Fall kann das verlangte Drehmoment soweit verringert werden, dass es den nur durch die Einstellung der Ansaugluftmenge erreichbaren Bereich überschreitet, wobei die Zündverzögerung aktiviert wird, um den Anteil, der nicht durch die Einstellung der Ansaugluftmenge erreicht werden kann, auszugleichen. Wie weit der Untergrenzenschutzwert bezogen auf den Drehmomentgradienten, der sich durch vollständiges Schließen der Drosselklappe erreichen lässt, herabgesetzt werden soll, kann in Übereinstimmung mit dem Zündverzögerungsbetrag bestimmt werden, der unter dem Gesichtspunkt des Kraftstoffnutzungsgrads zulässig ist. Dies erreicht einen Kompromiss zwischen der Kraftstoffnutzungsgradanforderung und der Drehmomentgenauigkeitsanforderung des Fahrzeugs. Darüber hinaus können die Schutzwerte des Gradientenschutzes 20 auch im Zusammenhang mit dem Soll-Fahrzeugbetriebszustand geändert werden.
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In einem weiteren abgewandelten Beispiel werden der Ober-/Untergrenzenschutz 22 und der Gradientenbestimmungsabschnitt 24, die in der Motorsteuerungseinheit 6 enthalten sind, weggelassen. Diese Funktionselemente können entfallen, wenn die Phasenverschiebung des geschätzten Drehmoments bezogen auf das verlangte Drehmoment vernachlässigbar ist.
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In noch einem weiteren abgewandelten Beispiel ist die Motorsteuerungseinheit 6 so ausgestaltet, dass sie einen Filter enthält. Das verlangte Drehmoment wird durch den Filter gehen gelassen und dadurch in eine Drehmomentkomponente mit einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz, die durch die Einstellung der Ansaugluftmenge erreicht werden kann, und eine Drehmomentkomponente mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz, die nur durch die Einstellung des Zündzeitpunkts erreicht werden kann, unterteilt. Auch bei einer solchen Gestaltung kann die Ansaugluftmenge beruhend auf dem verlangten Drehmoment eingestellt werden, und der Zündzeitpunkt kann so eingestellt werden, dass er jegliche Abweichung zwischen dem durch die Einstellung der Ansaugluftmenge erreichbaren Drehmoment und dem verlangten Drehmoment ausgleicht. Genauer gesagt kann die Motorsteuerungseinheit 6 intern anders als das oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ausgestaltet sein.
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In noch einem weiteren abgewandelten Beispiel steuert die Motorsteuerungseinheit 6 einen Motor, der die Ansaugluftmenge einstellt, indem er ein anderes Stellglied als die Drosselklappe verwendet. Zum Beispiel kann der Steuerung ein Motor unterzogen werden, der ein variables Einlassventil enthält, das kontinuierlich einen Hubbetrag oder einen Wirkwinkel ändern kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2005-113877 A [0002]
- JP 2008-178963 [0006]
