DE19534844C2 - Verfahren zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftma­ schine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE 37 01 483 A1 bekannt. Üblicherweise soll im Leer­ laufbetrieb die Drehzahl der Brennkraftmaschine auf einer vorgegebenen Soll-Drehzahl konstant gehalten werden. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine, insbe­ sondere 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 Brennkraftmaschine erfolgt. Derartige hohe Lastmomente für die Brenn­ kraftmaschine werden beispielsweise durch das Ein­ schalten 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 beispiels­ weise bekannt die Leerlaufdrehzahl beim Einschalten der Klimaanlage, beim Einschalten hoher elektrischer Ströme und/oder beim Einlegen eines Ganges zu erhö­ hen. Hierzu kann beispielsweise das Einschalten des Kli­ makompressors oder das Einlegen eines Ganges jeweils durch einen ohnehin vorhandenen einfachen Schalter­ sensor erfaßt werden. Es sind jedoch auch starke Last­ änderungen der Brennkraftmaschine durch Systeme möglich, für die keine Einschaltsensorik oder nur sehr teure Einschaltsensoren vorhanden sind. Ein derartiges System ist beispielsweise das Servolenksystem. Bei Ser­ volenksystemen tritt ein besonders hoher Lastzustand der Brennkraftmaschine dann auf, wenn ein zumindest nahezu maximaler Lenkeinschlag vorgenommen wird. Um hierfür eine kosten intensive Lenkwinkelsensorik einzusparen, wird bei dem Verfahren nach der DE 37 01 483 A1 vorgeschlagen, den zumindest nahezu maximalen Lenkeinschlag indirekt über die damit ver­ bundene Drehzahlabnahme zu ermitteln. Hierzu wird die Differenz zwischen der Ist-Drehzahl und der Soll- Drehzahl der Brennkraftmaschine mit einer Bezugsdif­ ferenz verglichen. Die Bezugsdifferenz wird entspre­ chend der servolenkungsbezogenen Drehzahlabnahme bestimmt. Tritt eine Reduzierung der Ist-Drehzahl von der Soll-Drehzahl um die Bezugsdifferenz auf, wird eine Erhöhung der Drehzahl der Brennkraftmaschine durch Erhöhen eines Verstärkungsfaktors eines Proportional­ gliedes der Leerlaufdrehzahlregelung um einen vorge­ gebenen Wert vorgenommen. Die Leerlaufdrehzahlre­ gelung nach dem bekannten Verfahren enthält demnach ein Proportionalglied und ein Integralglied, in dem die Abweichung der Ist-Drehzahl von der Soll-Drehzahl er­ mittelt wird.

Bei Versuchen hat sich herausgestellt, daß eine derar­ tige PI-Regelung bei indirekt über die Drehzahlände­ rung ermittelten erhöhten Lastzuständen der Brenn­ kraftmaschine zu langsam ist. Bei einer Leerlaufdreh­ zahlregelung nach dem aus der DE 37 01 483 A1 be­ kannten Verfahren tritt ein ungewollt langes Ein­ schwingverhalten auf.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren eingangs genannter Art derart zu verbessern, daß das Ein­ schwingverhalten verkürzt und Überschwinger vermin­ dert werden. Allgemein sollen Schwankungen der Brennkraftmaschinendrehzahl verhindert werden, da sie sich besonders negativ auf den Fahrkomfort auswir­ ken.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird der Gradient des Verlaufs der Ist-Drehzahl der Brennkraftmaschine ermittelt und die Stellgröße zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl in Ab­ hängigkeit 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 übli­ cherweise verwendeten Drehzahlerfassungssensoren um ein Vielfaches schneller auf Laständerungen hin­ weist, als die Drehzahl selbst. Üblicherweise wird die Drehzahl oder die Differenz zwischen der Ist-Drehzahl und der Soll-Drehzahl, wie auch bei dem bekannten Verfahren nach der DE 37 01 483 A1, über ein Integra­ tionsglied bzw. über eine vorgegebene Zeit gemittelt erfaßt. Diese gemittelte Drehzahlerfassung ist notwen­ dig, da auch weitere langsame Regelfunktionen zur Steuerung der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von deren Drehzahl vorgenommen werden.

Üblicherweise verwendete Drehzahlerfassungssenso­ ren weisen ein mit der Schwungscheibe der Brennkraft­ maschine verbundenes Zahnrad auf, dessen Zähne mit­ tels eines Induktivgebers abgetastet werden. Einer Um­ drehung der Brennkraftmaschine ist somit eine vorge­ gebene Anzahl von Zähnen zugeordnet. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine wird üblicherweise durch Ab­ tastung der Zähnezahl über eine Umdrehung oder meh­ rere Umdrehungen erfaßt, während der Gradient des Verlaufs der Ist-Drehzahl bereits nur über eine geringe Anzahl von Zähnen ermittelt werden kann. Diese Tatsa­ che 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 Leerlaufdrehzahlregelung um ein Differenzierglied er­ weitert, das eine schnellere Reaktion auf eine Lastände­ rung zuläßt. Die Stellgröße zur Steuerung der Leerlauf­ drehzahl kann beispielsweise das Ansteuersignal für ei­ nen Füllungseingriff mittels Verstellung der Drossel­ klappe oder des Leerlaufstellers, für eine Zündwinkel­ beeinflussung oder für eine Kraftstoffmengenbeeinflus­ sung sein. Insbesondere bei einem Füllungseingriff ist eine schnelle Ermittlung des Gradienten bzw. der Ände­ rungstendenz 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 än­ dern würde. Durch diese Vorausschau können demnach Maßnahmen ergriffen werden, um eine nennenswerte Drehzahländerung von vorneherein zu verhindern. Er­ findungsgemäß wird demnach im Gegensatz zu dem aus der DE 37 01 483 A1 bekannten Verfahren nicht erst ab­ gewartet, bis die der Laständerung entsprechende Drehzahländerung bereits eingetreten ist, bevor Ge­ genmaßnahmen zum Regeln auf eine vorgegebene Soll- Drehzahl ergriffen werden. Somit wird sowohl die Re­ gelzeit verkürzt als auch Schwankungen der Drehzahl minimiert.

Erfindungsgemäß wird weiterhin 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.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind die Gegenstände der Un­ teransprüche 2 und 3.

Gemäß Patentanspruch 2 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 3 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 2 und 3 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 Brennkraft­ maschine zugeführt. In Abhängigkeit vom Betrag dieser Differenz wird ein erster Anteil der Stellgröße zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl in Form eines Propor­ tionalanteils 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 Stell­ größe in Form eines Differentialanteils S_D gebildet. Die drei Anteile S_P, S_I und S_D werden einer Berechnungs­ einheit 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 Brennkraftma­ schine konstant gehalten wird.

Der dritte Anteil der Stellgröße in Form des Differen­ tialanteils S_D wird jedoch bei bestimmten vorgegebe­ nen Betriebsbedingungen ausgeschaltet. Derartige Be­ triebsbedingungen sind nach dem Ausführungsbeispiel der Startvorgang der Brennkraftmaschine (Start), ein Anfahrvorgang (v < v₀) und steigende Drehzahlwerte (Grad n < 0). Ein abgeschlossener Startvorgang der Brennkraftmaschine wird beispielsweise dadurch er­ kannt, daß die Drehzahl der Brennkraftmaschine ausge­ hend von einem Wert Null eine vorgegebene Start- Drehzahl überschritten hat. Ein Anfahrvorgang wird beispielsweise dadurch erkannt, daß die Fahrzeugge­ schwindigkeit v einen vorgegebenen Geschwindigkeits­ wert v₀ überschreitet. Die steigende Drehzahländerung wird dadurch erkannt, daß der Gradient Grad n des Verlaufs der Ist-Drehzahl n_istt positiv ist. Liegt eine die­ ser drei Bedingungen vor oder liegt der Betrag des Gra­ dienten Grad n unterhalb des vorgegebenen Schwell­ wertes 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. An­ dernfalls wird zur Bestimmung und Einstellung der Ge­ samt-Stellgröße S_reg ein PID-Regler verwendet, um möglichst schnell auf einen Drehzahlabfall aufgrund von hohen Laständerungen reagieren zu können. Hierdurch wird insgesamt der Komfort während einer Leerlauf­ drehzahlregelung optimiert.

Claims (3)

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, wobei die Stellgröße (S_D; S_reg) ausschließlich zur Erhöhung der Leerlaufdrehzahl bestimmt wird und nur, wenn der Gradient (Grad n) negativ ist.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, 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.

3. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 2, 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.