DE19534844A1

DE19534844A1 - Verfahren zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19534844A1
Application number: DE1995134844
Authority: DE
Inventors: Uwe Riedemann; Frank Meir
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1995-09-20
Filing date: 1995-09-20
Publication date: 1997-03-27
Anticipated expiration: 2015-09-21
Also published as: DE19534844C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der Leerlauf drehzahl einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE 37 01 483 A1 be kannt. Üblicherweise soll im Leerlaufbetrieb die Drehzahl der Brennkraftma schine auf einer vorgegebenen Soll-Drehzahl konstant gehalten werden. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine, insbesondere die Leerlaufdrehzahl, hängt jedoch von einer Vielzahl von Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges ab. Insbesondere beim Einschalten hoher Lastmomente kann ein Einbruch der Leerlaufdrehzahl in dem Maße auftreten, daß ein Absterben der Brennkraft maschine erfolgt. Derartige hohe Lastmomente für die Brennkraftmaschine werden beispielsweise durch das Einschalten des Klimakompressors, durch das Einschalten der Scheinwerfer und/oder der Heckscheibenheizung, durch das Einlegen der Getriebekupplung oder durch einen zumindest nahezu maximalen Lenkeinschlag bei Servolenksystemen ausgeübt. Um ein Absterben der Brennkraftmaschine zu verhindern, ist daher beispielsweise bekannt, die Leerlaufdrehzahl beim Einschalten der Klimaanlage, beim Ein schalten hoher elektrischer Ströme und/oder beim Einlegen eines Ganges zu erhöhen. Hierzu kann beispielsweise das Einschalten des Klimakompressors oder das Einlegen eines Ganges jeweils durch einen ohnehin vorhandenen einfachen Schaltersensor erfaßt werden. Es sind jedoch auch starke Laständerungen der Brennkraftmaschine durch Systeme möglich, für die keine Einschaltsensorik oder nur sehr teure Einschaltsensoren vorhanden sind. Ein derartiges System ist beispielsweise das Servolenksystem. Bei Servolenksystemen tritt ein besonders hoher Lastzustand der Brennkraft maschine dann auf, wenn ein zumindest nahezu maximaler Lenkeinschlag vorgenommen wird. Um hierfür eine kosten intensive Lenkwinkelsensorik ein zusparen, wird bei dem Verfahren nach der DE 37 01 483 A1 vorgeschla gen, den zumindest nahezu maximalen Lenkeinschlag indirekt über die damit verbundene Drehzahlabnahme zu ermitteln. Hierzu wird die Differenz zwischen der Ist-Drehzahl und der Soll-Drehzahl der Brennkraftmaschine mit einer Bezugsdifferenz verglichen. Die Bezugsdifferenz wird entsprechend der servolenkungsbezogenen Drehzahlabnahme bestimmt. Tritt eine Redu zierung der Ist-Drehzahl von der Soll-Drehzahl um die Bezugsdifferenz auf, wird eine Erhöhung der Drehzahl der Brennkraftmaschine durch Erhöhen eines Verstärkungsfaktors eines Proportionalgliedes der Leerlaufdrehzahl regelung um einen vorgegebenen Wert vorgenommen. Die Leerlaufdrehzahlregelung nach dem bekannten Verfahren enthält demnach ein Propor tionalglied und ein Integralglied, in dem die Abweichung der lst-Drehzahl von der Soll-Drehzahl ermittelt wird.

Bei Versuchen hat sich herausgestellt, daß eine derartige PI-Regelung bei indirekt über die Drehzahländerung ermittelten erhöhten Lastzuständen der Brennkraftmaschine zu langsam ist. Bei einer Leerlaufdrehzahlregelung nach dem aus der DE 37 01 483 A1 bekannten Verfahren tritt ein ungewollt langes Einschwingverhalten auf.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren eingangs genannter Art derart zu verbessern, daß das Einschwingverhalten verkürzt und Überschwinger vermindert werden. Allgemein sollen Schwankungen der Brennkraftmaschi nendrehzahl verhindert werden, da sie sich besonders negativ auf den Fahr komfort auswirken.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan spruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird der Gradient des Verlaufs der Ist-Drehzahl der Brennkraftmaschine ermittelt und die Stellgröße zur Steuerung der Leerlauf drehzahl in Abhängigkeit von dem Betrag des Gradienten bestimmt, wenn der Betrag des Gradienten einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß der Gradient des Verlaufs der Ist-Drehzahl bei den üblicherweise verwendeten Drehzahlerfassungs sensoren um ein Vielfaches schneller auf Laständerungen hinweist, als die Drehzahl selbst. Üblicherweise wird die Drehzahl oder die Differenz zwi schen der Ist-Drehzahl und der Soll-Drehzahl, wie auch bei dem bekannten Verfahren nach der DE 37 01 483 A1, über ein Integrationsglied bzw. über eine vorgegebene Zeit gemittelt erfaßt. Diese gemittelte Drehzahlerfassung ist notwendig, da auch weitere langsame Regelfunktionen zur Steuerung der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von deren Drehzahl vorgenommen wer den.

Üblicherweise verwendete Drehzahlerfassungssensoren weisen ein mit der Schwungscheibe der Brennkraftmaschine verbundenes Zahnrad auf, dessen Zähne mittels eines Induktivgebers abgetastet werden. Einer Umdrehung der Brennkraftmaschine ist somit eine vorgegebene Anzahl von Zähnen zuge ordnet. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine wird üblicherweise durch Ab tastung der Zähnezahl über eine Umdrehung oder mehrere Umdrehungen erfaßt, während der Gradient des Verlaufs der Ist-Drehzahl bereits nur über eine geringe Anzahl von Zähnen ermittelt werden kann. Diese Tatsache nützt die Erfindung aus, um möglichst schnell eine Änderung der Drehzahl, die insbesondere durch eine Laständerung auftritt, zu erfassen.

Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren wird die Leerlaufdrehzahlrege lung um ein Differenzierglied erweitert, das eine schnellere Reaktion auf eine Laständerung zuläßt. Die Stellgröße zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl kann beispielsweise das Ansteuersignal für einen Füllungseingriff mittels Verstellung der Drosselklappe oder des Leerlaufstellers, für eine Zünd winkelbeeinflussung oder für eine Kraftstoffmengenbeeinflussung sein. Ins besondere bei einem Füllungseingriff ist eine schnelle Ermittlung des Gra dienten bzw. der Änderungstendenz der Ist-Drehzahl erforderlich. Über den Betrag des Gradienten kann eine Voraussage getroffen werden, wie stark sich ohne Drehzahlbeeinflussung (z. B. durch einen Füllungseingriff) die Ist- Drehzahl ändern würde. Durch diese Vorausschau können demnach Maß nahmen ergriffen werden, um eine nennenswerte Drehzahländerung von vorneherein zu verhindern. Erfindungsgemäß wird demnach im Gegensatz zu dem aus der DE 37 01 483 A1 bekannten Verfahren nicht erst abgewar tet, bis die der Laständerung entsprechende Drehzahländerung bereits eingetreten ist, bevor Gegenmaßnahmen zum Regeln auf eine vorgegebene Soll-Drehzahl ergriffen werden. Somit wird sowohl die Regelzeit verkürzt als auch Schwankungen der Drehzahl minimiert.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind die Gegenstände der Un teransprüche 2 bis 4.

So wird gemäß Patentanspruch 2 die Stellgröße ausschließlich zur Erhöhung der Leerlaufdrehzahl bestimmt und nur, wenn der Gradient negativ ist. Somit wird eine schnelle Regelung auf eine vorgegebene Soll-Drehzahl nur dann vorgenommen, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine abnimmt. Dieser Weiterbildung liegt der Gedanke zugrunde, daß sich insbesondere dreh zahlerniedrigende Lasterhöhungen negativ auf den Brennkraftmaschinenbe trieb auswirken. Durch die erfindungsgemäße Weiterbildung wird die Regel häufigkeit reduziert.

Gemäß Patentanspruch 3 wird die Stellgröße zur Steuerung der Leerlauf drehzahl nur dann in Abhängigkeit von dem Betrag des Gradienten be stimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb eines vorgegebenen Geschwindigkeitswertes liegt. Alternativ oder zusätzlich wird gemäß Patent anspruch 4 die Stellgröße zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl nur dann in Abhängigkeit von dem Betrag des Gradienten bestimmt, wenn der Startvor gang der Brennkraftmaschine abgeschlossen ist.

Die Weiterbildungen gemäß den Patentansprüchen 3 und 4 bewirken eine weitere Reduzierung der Regelhäufigkeit, da insbesondere bei Beschleuni gungsvorgängen und/oder beim Start starke Änderungen des Gradienten auftreten.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Sie zeigt einen PID-Regler zur Bestimmung der Stellgröße nach dem erfin dungsgemäßen Verfahren zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl über einen Füllungseingriff.

Einem Proportionalglied P und einem Integralglied I wird jeweils der Betrag der Differenz zwischen der Ist-Drehzahl n_ist und der Soll-Drehzahl n_soll der Brennkraftmaschine zugeführt. In Abhängigkeit vom Betrag dieser Differenz wird ein erster Anteil der Stellgröße zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl in Form eines Proportionalanteils S_P und ein zweiter Anteil der Stellgröße in Form eines Integralanteils S_I ermittelt. Dies ist bereits aus dem Stand der Technik bekannt.

Erfindungsgemäß wird darüber hinaus der Betrag des Gradienten Grad n des Verlaufs der Ist-Drehzahl n_ist ermittelt und mit einem vorgegebenen Schwellwert S verglichen. Liegt der Betrag des Gradienten Grad n oberhalb dieses vorgegebenen Schwellwertes S, wird durch das Differentialglied D ein dritter Anteil der Stellgröße in Form eines Differentialanteils S_D gebildet. Die drei Anteile S_P, S_I und S_D werden einer Berechnungseinheit 1 zugeführt. Die Berechnungseinheit 1 bildet aus diesen drei Anteilen eine Gesamt- Stellgröße S_reg. Die Gesamt-Stellgröße S_reg ist das Ansteuersignal für eine Drosselklappe 2. Über die Gesamt-Stellgröße S_reg wird die Drosselklappe 2 vorzugsweise derart angesteuert, daß eine vorgegebene Soll-Drehzahl der Brennkraftmaschine konstant gehalten wird.

Der dritte Anteil der Stellgröße in Form des Differentialanteils S_D wird jedoch bei bestimmten vorgegebenen Betriebsbedingungen ausgeschaltet. Derar tige Betriebsbedingungen sind nach dem Ausführungsbeispiel der Startvor gang der Brennkraftmaschine (Start), ein Anfahrvorgang (v < v₀) und stei gende Drehzahlwerte (Grad n < 0). Ein abgeschlossener Startvorgang der Brennkraftmaschine wird beispielsweise dadurch erkannt, daß die Drehzahl der Brennkraftmaschine ausgehend von einem Wert Null eine vorgegebene Start-Drehzahl überschritten hat. Ein Anfahrvorgang wird beispielsweise dadurch erkannt, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit v einen vorgegebenen Geschwindigkeitswert v₀ überschreitet. Die steigende Drehzahländerung wird dadurch erkannt, daß der Gradient Grad n des Verlaufs der Ist-Drehzahl n_istt positiv ist. Liegt eine dieser drei Bedingungen vor oder liegt der Betrag des Gradienten Grad n unterhalb des vorgegebenen Schwellwertes S, ist der dritte Anteil der Stellgröße in Form des Differentialanteils S_N gleich Null. Die Stellgröße in Form der Gesamt-Stellgröße S_reg folgt dann einer PI-Regelung, um die Regelhäufigkeit zu minimieren. Andernfalls wird zur Bestimmung und Einstellung der Gesamt-Stellgröße S_reg ein PID-Regler verwendet, um mög lichst schnell auf einen Drehzahlabfall aufgrund von hohen Laständerungen reagieren zu können. Hierdurch wird insgesamt der Komfort während einer Leerlaufdrehzahlregelung optimiert.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftma schine in Kraftfahrzeugen zum Erreichen einer Soll-Drehzahl in Ab hängigkeit von der erfaßten Ist-Drehzahl der Brennkraftmaschine, da durch gekennzeichnet, daß der Gradient (Grad n) des Verlaufs der Ist- Drehzahl (n_ist) der Brennkraftmaschine ermittelt wird und die Stell größe (S_D; S_reg) zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit von dem Betrag (| Grad n |) des Gradienten bestimmt wird, wenn der Betrag des Gradienten einen vorgegebenen Schwellwert (S) über schreitet.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße (S_D; S_reg) ausschließlich zur Erhöhung der Leerlaufdrehzahl bestimmt wird und nur, wenn der Gradient (Grad n) negativ ist.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße (S_D; S_reg) zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl nur dann in Abhängigkeit von dem Betrag (| Grad n |) des Gradienten bestimmt wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit (v) unterhalb eines vorgegebenen Geschwindigkeitswertes (V₀) liegt.

4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Stellgröße (S_D; S_reg) zur Steuerung der Leerlauf drehzahl nur dann in Abhängigkeit von dem Betrag (| Grad n |) des Gradienten bestimmt wird, wenn der Startvorgang der Brennkraftma schine abgeschlossen ist.