DE19536398A1 - Adaptive Steuerung für Hydrauliksysteme - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft Automobilsteuerungen und insbe­ sondere eine Steuerung mit geschlossenem Regelkreis eines Automobilhydraulikaktuators.

Hintergrund der Erfindung

Es sind Automobilhydrauliksteuersysteme vorgeschlagen worden, in welchen der Druck eines Steuerfluids, wie Motor­ öl, gesteuert wird, um einen Hydraulikaktuator zu positio­ nieren. Die Steuerfluidviskosität kann signifikant mit Fluid­ temperatur und -alterung variieren. Der Steuerfluiddruck kann selbst während eines Steuerzyklus signifikant variie­ ren. Variationen der Fluidviskosität und des Fluiddrucks beeinflussen signifikant die Leistungsfähigkeit der dynami­ schen Hydrauliksteuerung. Demgemäß ist mancher Versuch unter­ nommen worden, um Steuerfluidviskosität und -druck abzuschät­ zen und Steuerverstärkungen in Abhängigkeit davon zu vari­ ieren. Beispielsweise sind Steuerfluidalterung, -temperatur und -druck gemessen oder abgeschätzt worden, und die Temperatur- und Alterungsabschätzungen sind verwendet worden, um die Fluidviskosität abzuschätzen, und die abge­ schätzte Viskosität und der abgeschätzte Druck sind verwen­ det worden, um die Steuerverstärkungen zu variieren. Derart komplexes Wahrnehmen, Abschätzen und Verarbeiten lieferte manche Verbesserung der Leistungsfähigkeit eines dynamischen Hydrauliksteuersystems.

Jedoch sind Steuerfluidtemperatur, -alterung und -druck nur drei von vielen Faktoren, die die Leistungsfähigkeit der dynamischen Hydrauliksteuerung beeinflussen können. Des weiteren können Fluidtemperatur und -druck, die bei einem Punkt in einem Hydrauliksystem abgetastet werden, die Tempe­ ratur und den Druck des Steuerfluids eine kurze Entfernung weiter oder einen kurzen Zeitraum später nicht genau wider­ spiegeln. Außerdem kann die Beziehung zwischen abgeschätzter oder gemessener Fluidalterung und einer Änderung der Fluid­ viskosität schwierig genau zu charakterisieren sein. Zudem erhöht der Gebrauch von Temperatur-, Alterungs- und Druck­ sensoren oder -abschätzern die Kosten und Komplexheit eines Steuersystems.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung überwindet die Mängel des Standes der Technik durch ein hydraulisches Steuersystem, das für eine Kompensation von Variationen aller Faktoren, einschließ­ lich Fluidtemperatur, -alter und -druck sorgt, die zu Variationen der Leistungsfähigkeit einer Hydraulikaktuator­ dynamiksteuerung, wie der Leistungsfähigkeit der Transienten­ antwort führen, in einer einfachen Kompensationsannäherung, die keine zusätzlichen Sensoren über typische Systeme hinaus hinzufügt.

Genauer mißt die vorliegende Erfindung direkt die Dynamik­ leistungsfähigkeit eines Hydraulikaktuators und kompensiert Dynamikleistungsfähigkeitsvariationen weg von der bevorzug­ ten Aktuatorleistungsfähigkeit des Hydrauliksteuersystems. Variationen der Ölviskosität aus irgendeiner Ursache und Variationen des Öldrucks, die Auswirkungen auf die Dynamik­ leistungsfähigkeit haben, werden in der Messung in der Form einer Variation der Aktuatortransientenantwort manifestiert. Dann kann eine Kompensation angewendet werden, um die Dynamikleistungsfähigkeit des Aktuators in Richtung einer gewünschten Leistungsfähigkeitscharakteristik ungeachtet der Quelle der Variation zu steuern.

Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung kann ein Rück­ koppelsignal durch eine herkömmliche Positionsrückkopplungs­ messung einer Hydraulikaktuatorposition geliefert werden. Es werden gewöhnlich Sensoren in Hydrauliksteuersystemen ver­ wendet, um die tatsächliche Aktuatorposition zu messen, die leicht und billig zur Anwendung gemäß dieser Erfindung angepaßt werden können. Es wäre weder ein weiteres Messen von Parametern zur Viskositäts- oder Druckkompensation in dem Steuersystem mit geschlossenem Regelkreis notwendig, noch das Wahrnehmen oder Abschätzen irgendeines anderen Parameters, der Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit der Steuerung mit geschlossenem Regelkreis haben kann, was die Systemkosten und -komplexheit signifikant verringert.

In noch einem weiteren Aspekt dieser Erfindung wird eine nicht eindringende Leistungsfähigkeitsmessung vorgesehen, indem nur die Dynamikleistungsfähigkeit analysiert wird, wenn bestimmte Systembetriebsbedingungen im Verlauf des nor­ malen Systembetriebs vorhanden sind. Eine signifikante Schrittänderung der befohlenen Aktuatorposition kann gemäß diesem Aspekt der Erfindung erforderlich sein, bevor eine Leistungsfähigkeitsanalyse ausgeführt werden kann, um Ände­ rungen der Systemtransientenantwort genauestens zu charakte­ risieren und zu kompensieren.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine allgemeine Darstellung der Hardware des Hydrauliksteuersystems der bevorzugten Ausführungsform in einer Automobilanwendung,

Fig. 2 ein Blockdiagramm des hydraulischen Steuersy­ stems der bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 3 ein Computerflußdiagramm, das eine schritt­ weise Prozedur zur Ausführung der in Fig. 2 beschriebenen Steuerfunktion gemäß der bevor­ zugten Ausführungsform darstellt, und

Fig. 4 eine Reihe von Graphen, die die typische dy­ namische Antwort eines Hydraulikaktuators unter der Steuerung des Systems von Fig. 2 darstellen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Nach Fig. 1 ist ein Hydrauliksteuersystem vorgesehen, um die Position eines Hydraulikaktuators 12, wie eines Kolbens, zu steuern und somit für dessen lineare Positionierung längs eines Bewegungsbereiches zu sorgen. Der Kolben 12 kann sich in dieser Ausführungsform bidirektional bewegen, wobei Hydraulikfluiddruck an eine erste Seite des Kolbens 12 von Hydraulikfluid angelegt wird, das durch Durchgang 14 zu einer ersten Seite des Kolbens zugelassen wird, und kann sich in einer umgekehrten Bewegungsrichtung bewegen, von Druck, der durch Hydraulikfluid angelegt wird, das durch einen zweiten Durchgang 16 fließt. Der Kolben kann sich, wenn er durch daran angelegten Hydraulikdruck beeinflußt wird, längs einer Hülse (nicht gezeigt) bewegen, die an einer Phaseneinstellungsvorrichtung 10 angebracht ist, wobei die Phaseneinstellungsvorrichtung eine herkömmliche Konstruktion aufweisen kann, um die Winkelbeziehung zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle zu variieren, wie es allgemein in der Technik verstanden wird. Beispielsweise kann der Kolben 12, wie über eine herkömmliche paarweise Blockkonfiguration oder eine herkömmliche schraubenförmige Kerbkonfiguration, an einem Zahnrad (nicht gezeigt) angebracht sein, auf welchem eine Kette 8 angeordnet ist, die mit einer Motorkurbelwelle 38 verbunden ist. Der Phasenschieber 10 kann dann mechanisch mit einer Nockenwelle 40 fest verbunden sein. Ein Steuerventil A 18 und ein Steuerventil B 20 sind so positioniert, um eine variierende Menge von Hydraulikfluid durch jeweilige erste und zweite Durchgänge 14 und 16 zu jeweiligen ersten und zweiten Seiten des Kolbens 12 zuzulassen und somit Druck an diese Seiten anzulegen, wobei der Relativdruck, der an die ersten und zweiten Seiten des Kolbens 12 angelegt wird, die stetige Zustandsposition des Kolbens festlegt. Eine präzise Kol­ benpositionierung längs eines Positionskontinuums in der Hülse des Phasenschiebers 10 wird über eine präzise Steuerung der Relativposition der Steuerventile A 18 und B 20 vorgesehen. Die Steuerventile empfangen Hydraulikfluid, wie herkömmliches Motoröl, von einer Ölzufuhr 22, wie einer Ölpumpe, welche Hydraulikfluid aus einem Reservoir abzieht und das Fluid zu einer Einlaßseite von jedem der Steuer­ ventile bei einem im wesentlichen regulierten Druck leitet. Die Steuerventile 18 und 20 können herkömmliche Dreiwege­ ventile mit linearen, magnetfeldgesteuerten Solenoiden sein, die in Übereinstimmung mit dem Strompegel positioniert werden, der über entsprechende Spulen 24 und 26 fließt. In einer Ruheposition ist das Solenoid der Steuerventile 18 und 20 so positioniert, daß der Fluideinlaß zu dem Ventil voll­ ständig aus dem Ventil weg von Kolben 12 ausgelassen ist, so daß die Kolbenposition nicht durch Fluiddruck beeinflußt wird. Wenn die Ventile 18 und 20 aus ihren Ruhepositionen weg durch Stromfluß über die entsprechenden Steuerventile A 18 und B 20 betätigt werden, wird ein Teil des ausgelas­ senen Fluids zu der entsprechenden Seite des Kolbens 12 gerichtet, um eine Hydraulikkraft daran anzulegen und somit den Kolben aus seiner Ruheposition weg in Übereinstimmung mit der relativen Fluiddruckkraft, die über den Kolben angelegt ist, zu verschieben. Es gibt eine im wesentlichen lineare Beziehung zwischen dem Ventilstrom und dem an den Kolben 12 angelegten Hydraulikdruck. Die an den Kolben ange­ legte Kraft kann allgemein als Hydraulikdruck multipliziert mit Kolbenfläche ausgedrückt werden. In der Ausführungsform dieser Erfindung, in welcher der Kolben 12 linear in Überein­ stimmung mit dem Relativdruck darüber betätigt wird, wird der Kolben 12 in eine erste Richtung verschoben werden, wenn das Steuerventil A 18 einen signifikanteren Fluiddruck durch Durchgang 16 zuführt, als das Steuerventil B 20 durch seinen Durchgang 14, und wird in eine zweite Richtung verschoben werden, wenn das Steuerventil B 20 einen signifikanteren Fluiddruck zuführt. In der vorliegenden Ausführungsform, in welcher der Kolben längs im wesentlichen kontinuierlicher Positionen positioniert wird, um die Winkelbeziehung zwischen der Kurbelwelle 38 und der Nockenwelle 40 in Über­ einstimmung mit allgemein verstandenen Automobilphasen­ einstelltechniken zu variieren, wird eine variable zeitliche Ventilabstimmung vorgesehen, indem die lineare Verschiebung des Kolbens 12 im Phasenschieber 10 variiert wird. Beispiele derartiger Phaseneinstell-Hardware können allgemein in den US-Patenten 5 119 691, 5 033 327 und 5 163 872 gefunden werden, die dem Zessionär dieser Anmeldung zediert sind.

Es wird eine Pulsbreitenmodulations-PWM-Steuerung zur Strom­ steuerung durch Spulen 24 und 26 vorgesehen, wobei eine feste Frequenz, eine feste Amplitude und ein variables Tastverhältnissignal zu einem Schalter 30 in einer nicht invertierten Form geleitet und dann in invertierter Form über einen Inverter 34 zu Schalter 28 geleitet wird. Die Schalter 28 und 30 können herkömmliche Transistoren sein, und das PWM-Signal kann an deren Basis angelegt werden, wobei die Transistoren vom Kollektor zum Emitter leiten, wenn das PWM-Signal, das an deren Basis angelegt wird, auf Hoch-Pegel liegt, und ansonsten nicht leiten. Das Inver­ tieren des Signals PWM durch den Inverter 34 sorgt dafür, daß nur ein Schalter oder Transistor zu einem Zeitpunkt während der Hydrauliksteuerung dieser Ausführungsform leitend sein wird.

Die Schalter 28 und 30 sind zwischen einer Niedrig-Seite von entsprechenden Spulen 24 und 26 und einer Massereferenz ge­ schaltet. Die Hoch-Seite der Spulen 24 und 26, die der Niedrig-Seite derartiger Spulen gegenüberliegt, ist elektrisch mit einer Versorgungsspannung V+ von näherungs­ weise zwölf Volt in dieser Ausführungsform verbunden. Wenn demgemäß der Schalter 28 oder 30 leitet, wird der Strom in der entsprechenden Spule exponentiell auf einen Durch­ schnittsstrom ansteigen, der eine vorbestimmte Funktion der Spannung über der Spule und des Spulenwiderstandes ist. Wenn alternativ ein derartiger Schalter nicht leitet, wie während des Aus-Abschnitts jedes PWM-Zyklus, wird der Strom exponen­ tiell in der entsprechenden Spule auf Null abfallen. Das entsprechende Ventil wird für ein gegebenes Tastverhältnis im wesentlichen bei einer festen Position entsprechend dem Durchschnittsstrom in der Spule gehalten, wie es allgemein in der Solenoidsteuertechnik verstanden wird. Die Frequenz des PWM-Signals sollte hoch genug eingestellt werden, daß die Kolbenposition für einen festen PWM-Wert stabil ist, wobei für einen festen PWM-Wert der sich ändernde Strom über jede der Spulen 24 und 26 nicht zu irgendeiner signifikanten Variation der Kolbenposition führt. Eine Kalibrierung des Hydrauliksteuersystems, wobei die elektrische Dämpfung, die durch Spulen 24 und 26 vorgesehen wird, und Hydraulikfluid­ dämpfung dafür verantwortlich sein können, kann Informatio­ nen über eine hinreichend hohe PWM-Frequenz liefern, die verwendet werden kann, um für eine derartige Stabilität zu sorgen.

Die Position des Kolbens 12, der über die Steuerung dieser Ausführungsform betätigt wird, wird über einen herkömmlichen Positionssensor 36 wahrgenommen, der in der Nähe des Kolbens 12 positioniert ist, um die Kolbenverschiebung wahrzunehmen und um ein auf diese hinweisendes Signal PA aus zugeben, welches durch eine Steuerung 32 empfangen wird, um für die Steuerung gemäß dieser Erfindung zu sorgen. Die Steuerung 32 kann ein einfacher Einchip-Mikrocontroller mit herkömmlichen Steuerelementen, wie einer zentralen Verarbeitungseinheit, nichtflüchtigen und flüchtigen Speichereinheiten, Ein­ gangs-/Ausgangs-Einheiten und anderen Einheiten sein, die allgemein in der Technik bekannt sind, um für Fahrzeugsteuer­ operationen verwendet zu werden. Im allgemeinen nimmt die Steuerung durch eine Ausführung von periodischen Steuer­ operationen die Antwort des Kolbens 12 wahr, um Befehle zu steuern, die in der Form von PWM-Befehlen ausgegeben werden, um Hydraulikverzögerung in dem Hydrauliksteuersystem von Fig. 1 zu bestimmen und um den PWM-Befehl auf eine gesteuer­ te Weise einzustellen und somit eine derartige Hydraulik­ verzögerung zu überwinden, um für eine empfindlichste Posi­ tionssteuerung des Kolbens 12 ohne Oszillation, signifikan­ tes Überschwingen oder signifikante Antwortverzögerung, wie durch Vorsehen einer kritisch gedämpften Hydrauliksteuerung, zu sorgen.

Derartige Steueroperationen können über die im Diagramm der Fig. 2 dargestellte, allgemeine Steuerfunktion beschrieben werden, in welcher der durch die Steuerung 32 generierte Steuerbefehl Pd beispielsweise als eine vorbestimmte Funktion von Motorparametern, wie Motorgeschwindigkeit, Belastung oder Einlaßdruck, und in Übereinstimmung mit einer gewünschten Phaseneinstellung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle eines Systems, bei welchem die Steuerfunk­ tion angewendet wird, dem Summierknoten 60 geliefert wird. Das wahrgenommene Kolbenpositionssignal Pa vom Sensor 36 wird wahlweise in negierter Form an den Summierknoten 60 angelegt, so daß es vom Signal Pd abgezogen wird, um ein Positionsfehlersignal Pe zu bilden, das in Übereinstimmung mit der Steuerfunktion von Fig. 2 minimiert wird. Die Signale Pd und Pa werden auch an einen Neigungsgenerator 64 angelegt, welcher in dieser Ausführungsform m erzeugt, eine Änderungsrate von Pa über einen vorbestimmten Zeitraum. In alternativen Ausführungsformen dieser Erfindung kann der Neigungsgenerator das Ansprechverhalten des Aktuators 62 auf eine Änderung der befohlenen Aktuatorposition messen. Der Aktuator 62 von Fig. 2 stellt einfach den gemäß dieser Erfindung gesteuerten Hydraulikaktuator, wie den Kolben 12 von Fig. 1, dar.

Beispielsweise kann ein Vergleich zwischen einer Änderungs­ größe im Wert CMD und einer resultierenden Änderungsgröße der wahrgenommenen Aktuatorposition Pa über einen vorbestimm­ ten Transientenantwortzeitraum verwendet werden, um eine Transientenantwortübertragungsfunktion zu generieren, die das Ansprechverhaltensmaß liefert. Als anderes Beispiel kann die Verringerungsrate von jedem signifikanten Positions­ fehler Pe in dem System auf das Ansprechverhalten des Systems gemäß dieser Erfindung hinweisen.

Zurückgekehrt zu Fig. 2, der Neigungsgenerator 64 liefert ein Ausgangssignal m, das die Änderungszeitrate oder ein anderes Ansprechverhaltensmaß des Aktuators 62 darstellt, zur Anwendung bei der Einstellung des Steueransprechverhal­ tens gemäß dieser Erfindung. In dieser Ausführungsform, zur Darstellung und nicht zur Einschränkung der Erfindung, in welcher proportionale plus differentielle plus integrale PID-Steuerung verwendet wird, um eine tatsächliche Aktuator­ position Pa in Richtung einer gewünschten oder befohlenen Aktuatorposition Pd zu steuern, wird beispielsweise der Wert m an Steuerblöcke 66, 68 und 70 geliefert, bei welchen Steuerverstärkungen Kp, Kd und Ki als vorbestimmte Funktio­ nen des Wertes m eingestellt werden. Derartige Funktionen können einfache lineare Beziehungen zwischen der Größe von m und der Steuerverstärkungsgröße sein, wobei die Verstärkungs­ größe mit zunehmendem m zunimmt und mit abnehmendem m abnimmt. Ein weiteres Detail derartiger linearer Beziehungen würde durch einen herkömmlichen Kalibrierungsprozeß für ein gegebenes System vorgesehen werden, um für eine geeignete und erwünschte Steueransprechverhaltenseinstellung zu sorgen. Alternativ können derartige Funktionen komplexere, nichtlineare Funktionen sein, die detaillierte, nichtlineare Beziehungen zwischen wahrgenommenem oder abgeschätztem Systemansprechverhalten und gewünschter Einstellung des Steueransprechverhaltens beschreiben. Weiter können derarti­ ge Funktionen sehr einfachen inkrementalen Zunahmen oder Abnahmen der Steuerverstärkungen entsprechen. Beispielsweise können die Verstärkungen um eine feste Größe vergrößert werden, wann immer das Systemansprechverhaltensmaß zu gering ist, wie unterhalb einer vorbestimmten Schwelle, und die Verstärkungen können um eine feste Größe verringert werden, wann immer das Maß zu hoch ist, wie über einer vorbestimmten Schwelle.

In anderen Ausführungsformen dieser Erfindung, in welchen an­ dere bekannte Steuerstrategien, wie nichtlineare oder moder­ ne oder adaptive oder Optimalstrategien durch gewöhnliche Fachkenntnis für die vorliegende PID-Strategie substituiert werden, kann das Ansprechverhalten der Steuerung gemäß dieser Erfindung durch andere herkömmlich verstandene Mittel variiert werden. Zurückgekehrt zu Fig. 2, der Neigungsgene­ rator 64 kann nur dann arbeiten, wenn bestimmt wird, daß eine signifikante Änderung in Pd über einen vorbestimmten Zeitraum aufgetreten ist, so daß ein Maß des Ansprechver­ halten und somit der Hydraulikverzögerung des Systems dieser Ausführungsform gemessen oder abgeschätzt werden kann.

Die Steuerverstärkungen, die jeder Einstellung daran bei den Blöcken 66-70 folgen, werden auf den Positionsfehler Pe angewendet, um proportionale, differentielle und integrale Aktuatorpositionsbefehlskorrekturen bei den jeweiligen Blöc­ ken 72, 74 und 76 gemäß allgemein verstandener PID-Steuerpra­ xis abzuleiten. Die Korrekturen werden dann an den Summier­ knoten 78 angelegt, um einen Aktuatorbefehl CMD zu bilden, um die Aktuator-62-Position in Richtung der gewünschten Position zu steuern, die durch das Signal Pd dargestellt wird, wie beschrieben. Der Befehl CMD wird dann an Block 80 angelegt, um auf ein entsprechendes Tastverhältnis für den an den Aktuator 62 angelegten PWM-Befehl zu verweisen. Der Block 80 kann einfach eine Nachschlagtabelle im nichtflüch­ tigen Speicher der Steuerung darstellen, in welchem eine Festlegung von PWM-Tastverhältniswerten gespeichert ist, um darauf zu verweisen, wenn das Tastverhältnis in der Lage ist, den Aktuator 62 wie durch CMD befohlen zu steuern.

Die Steueroperationen, die die Funktion von Fig. 2 bilden, können als eine Reihe von schrittweisen Computeroperationen ausgeführt werden, die periodisch durch eine Betriebssteu­ erung durchgeführt werden, wie während das Hydrauliksteuersy­ stem von Fig. 1 arbeitet. Diese Reihe von Operationen kann die Form einer Anzahl von Unterbrechungsdienstoperationen an­ nehmen, die bei Auftreten einer herkömmlichen zeitbasierten Steuerungsunterbrechung ausgeführt werden. Die zeitbasierte Unterbrechung kann so eingestellt werden, daß sie näherungs­ weise alle vier Millisekunden auftritt, während die Steuerung 32 von Fig. 1 arbeitet.

Beim Auftreten der zeitbasierten Unterbrechung kann die Steuerung zeitweilig jegliche Stromsteuerungsoperationen ver­ schieben und die Unterbrechungsdienstroutine von Fig. 3 beginnen, die bei einem Schritt 100 startet und zu einem Schritt 102 fortschreitet, um zu bestimmen, wie aus dem Sta­ tus einer Marke im Steuerungsspeicher, ob ein neuer Fahrzy­ klus ausgeführt wird. Ein neuer Fahrzyklus ist in dieser Aus­ führungsform ein neuer Hydrauliksteuerungszyklus, der einem Zeitraum von Steuerungsinaktivität folgt, wie einem Zeit­ raum, während welchem keine Leistung aufgebracht wird, um die Steuerung 32 zu aktivieren. Wenn die Steuerung in einem neuen Fahrzyklus zuerst mit Leistung beaufschlagt wird, wie bei dem Schritt 102 bestimmt, muß eine Initialisierung eintreten und ausgeführt werden, indem von dem Schritt 102 zu einem Schritt 104 fortgeschritten wird, um die Steuer­ verstärkungen KP, KI und KD mit einem Satz vorbestimmter Anfangswerte zu initialisieren und um den Wert einer Marke im Steuerungsspeicher einzustellen, um eine neue Fahrzyklus­ anzeige zu entfernen. Diese Anfangswerte von KP, KI und KD können aus einem vorhergehenden Fahrzyklus gelernt werden, wie durch Speichern vorher eingestellter Werte davon in einem nicht flüchtigen Speicher der Steuerung und Verweisen auf derartige, gespeicherte Werte bei dem Schritt 104. Die vorbestimmten Anfangswerte für die Steuerverstärkungen können über eine Kalibrierung des Systems geliefert werden, um für eine Steuerantwort von der Steuerfunktion von Fig. 2 zu sorgen, die nicht schlechter als eine kritisch gedämpfte Steuerantwort ist. Mit anderen Worten sollten Anfangswerte für die Verstärkungen ausgewählt werden, um für eine Antwort zu sorgen, die geringfügig langsamer als die kritisch gedämpfte Antwort der Steuerfunktion von Fig. 2 ist, aber für keine signifikante Oszillation in der Aktuatortransien­ tenantwort sorgt.

Nach dem Einstellen der Verstärkungen auf Anfangswerte bei dem Schritt 104, oder wenn der Fahrzyklus kein neuer Fahrzy­ klus ist, wie bei dem Schritt 102 bestimmt, schreitet die Routine zu einem Schritt 106 fort, um zu bestimmen, ob eine Neigungsmessung m gegenwärtig im Gange ist. In dieser Aus­ führungsform tritt die Neigungsmessung über eine vorbe­ stimmte Anzahl von Abtastungen des Wertes Pa von Sensor 36 auf. Während der Messung derartiger Werte und der Berechnung der Neigung daraus, schreitet die Routine von dem Schritt 106 zu Schritten 108-118 fort, um die Messung auszuführen. Wenn jedoch die Messung nicht im Gange ist, schreitet die Routine von dem Schritt 106 zu einem Schritt 120 fort, um eine Vorbedingung zu analysieren, die vorhanden sein muß, bevor eine derartige Messung beginnen kann. Insbesondere wird ein Wert ΔPd bei dem Schritt 120 generiert, welcher eine Änderungsgröße von Pd über einen vorbestimmten Zeitraum darstellt, wie über die zwei am kürzesten zurückliegenden Iterationen der Routine von Fig. 3 in dieser Ausführungs­ form. Das Maß ΔPd liefert Informationen über den Grad der gewünschten Aktuatorpositionsänderung über einen Zeitraum. Wenn dieser Änderungsgrad hinreichend groß ist, kann die Transientenantwort des Aktuators 62, wie des Kolbens 12 von Fig. 1 meßbar sein. Wenn demgemäß das bei dem Schritt 120 generierte ΔPd einen Schwellwert THRPd bei einem Schritt 122 überschreitet, kann die Messung der Transientenantwort ausgeführt werden, indem zu einem Schritt 124 fortgeschrit­ ten wird. Der Schwellwert THRPd kann durch Kalibrierung bestimmt werden, als die Minimaländerung von Pd, die eine signifikante Transientenantwort des Aktuators 62 von Fig. 2 hervorrufen kann, so daß eine Messung eines derartigen Ansprechverhaltens gemäß dieser Erfindung ausgeführt werden kann. Wenn ΔPd diese Schwelle bei dem Schritt 122 nicht überschreitet, schreitet die Routine zu einem zu beschrei­ benden Schritt 132 fort.

Zurückgekehrt zu Schritt 124, um den Meßprozeß zu starten, wird eine Messung-in-Gange-Marke im Steuerungsspeicher gesetzt, und die Routine schreitet zu einem Schritt 126 fort, um ein Zeitglied zu löschen, das zur Zeitbestimmung der Transientenantwortmessung verwendet wird, wie beschrie­ ben wird. Die Routine schreitet dann zu einem Schritt 128 fort, um Pa zu lesen, die tatsächliche, wahrgenommene Kolben­ position des Hydraulikaktuators in dieser Ausführungsform, wie durch die beschriebene Wirkung des Sensors 36 von Fig. 1. Die Routine schreitet als nächstes zu einem Schritt 130 fort, um den wahrgenommenen Pa Wert als OLDPa im Steuerungsspeicher für einen späteren Gebrauch zu speichern. Als nächstes schreitet die Routine zu Schritten 132-138 fort, um die zu beschreibende Aktuatorpositionssteuerung mit geschlossenem Regelkreis auszuführen.

Zurückgekehrt zu Schritt 106, wenn bestimmt wird, daß eine Messung im Gange ist, schreitet die Routine zu einem Schritt 108 fort, um ein Zeitglied zu inkrementieren, das verwendet wird, um die tatsächliche Zeit zwischen Abtastungen von Pa aufzuzeichnen. Die Routine schreitet dann zu einem Schritt 110 fort, um zu bestimmen, ob das Zeitglied einen Minimal­ zeitwert, wie näherungsweise 100 Millisekunden in dieser Aus­ führungsform überschreitet. Wenn das Zeitglied den Minimal­ zeitwert nicht überschreitet, ist dann eine hinreichende Zeit zwischen Abtastungen noch nicht verstrichen, und die Routine schreitet zu dem zu beschreibenden Schritt 132 fort. Auf diese Weise kann das Zeitglied verwendet werden, um innerhalb eines Unterbrechungszeitraums das Aufnehmen von Abtastungen zur Anwendung beim Messen oder Abschätzen der Transientenleistungsfähigkeit des Aktuators 62 präzise zeit­ lich abzustimmen, um Variationen der Hydraulikverzögerung gemäß dieser Erfindung zu messen und abschließend zu kompensieren. Die Zeit, die zwischen Abtastungen von Pa ver­ streichen darf, und die Anzahl aufgenommener Abtastungen können innerhalb des Schutzbereichs dieser Erfindung variieren. Die Erfindung erfordert lediglich manche Messung oder Abschätzung der Leistungsfähigkeit des Systems beim Steuern des Aktuators 62 in Richtung einer gewünschten linearen oder Rotationsposition, und es ist nicht beabsich­ tigt, daß sie auf irgendeine besondere Annäherung einer Leistungsfähigkeitsmessung begrenzt wird, da eine weite Vielfalt von Messungsannäherungen ohne unangemessene Experimentierung durch Anwendung gewöhnlicher Fachkenntnis verfügbar ist.

Zurückgekehrt zu Schritt 110, wenn das Zeitglied das Minimum überschreitet, so daß eine andere Abtastung von Pa nun vorge­ nommen werden kann, schreitet die Routine zu einem Schritt 112 fort, um den Pa-Wert vom Sensor 36 abzutasten, und ihn im Steuerungsspeicher zu speichern. Die Routine schreitet dann fort, um ein Leistungsfähigkeitsmaß zu bestimmen, wie einen Neigungswert m bei einem Schritt 114. Der Wert m kann herbeigeführt werden, indem die Größe der Änderungszeitrate von abgetasteten aufeinanderfolgenden Pa-Werten über einen Abtastzeitraum bestimmt wird. Alternativ kann eine Anzahl von Berechnungen bei dem Schritt 114 ausgeführt werden, unter Verwendung von Abtastungen Pa über einen vorbestimmte Anzahl von Abtastintervallen, um eine Transientenantwort des Aktuators 62 von Fig. 2, wie dem Kolben 12 von Fig. 1, in Abhängigkeit von einer Änderung in Pd oder in alternativen Ausführungsformen, einer Änderung in CMD zu bestimmen. Beispielsweise kann eine Übertragungsfunktion formal bei dem Schritt 114 beschrieben werden, wobei die tatsächliche Änderungszeitrate der Position über die befohlene Änderungs­ zeitrate der Position durch eine detailliertere Gleichung ausgeführt wird, um eine Hydraulikverzögerung in dem System zu bestimmen, welche auch jegliche mechanische Verzögerung oder elektrische Verzögerung umfassen kann, die Auswirkungen auf das Ansprechverhalten des Systems auf eine befohlene Änderungszeitrate der Aktuatorposition haben kann. Jedoch ist in der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung, welche nur als eine Darstellung dieser Erfindung und nicht um diese Erfindung zu beschränken vorgesehen ist, die Neigung m oder die Änderungszeitrate der Transientenantwort des Aktuators als eine einfache Änderungsgröße von abgeta­ steten Pa-Werten über einen Zeitraum, wie näherungsweise 100 Millisekunden dargestellt.

Nach dem Berechnen der Neigung m bei dem Schritt 114 schrei­ tet die Routine zu einem Schritt 116 fort, um die Änderung der Steuerverstärkungen auf Fälle zu begrenzen, in welchen die Neigung m außerhalb eines Hysteresebandes liegt, um unnötige Steuerverstärkungsänderungen zu vermeiden. Bei­ spielsweise werden Steuerverstärkungsänderungen vermieden, wenn die Neigung m derart ist, daß eine akzeptable Steuer­ leistungsfähigkeit über die PID-Steuerwirkung des Steuer­ systems mit den vorhandenen Verstärkungen vorgesehen wird. Das Hystereseband kann über eine herkömmliche Kalibrierung des Steuersystems herbeigeführt werden, um Neigungs-m-Werte zu umfassen, für welche eine akzeptable Steuersystemantwort vorgesehen werden kann, ohne die Verstärkungen KP, KI und KD einzustellen. Zurückgekehrt zu Schritt 116, wenn die Neigung m nicht in dem Hystereseband liegt, schreitet die Routine zu einem Schritt 118 fort, um Steuerverstärkungen zu bestimmen, die in der Steuerfunktion dieser Ausführungsform verwendet werden. Beispielsweise wird in dieser Ausführungsform eine PID-Steuerfunktion angewendet, um für eine Aktuatorpositions­ steuerung mit geschlossenem Regelkreis zu sorgen. Demgemäß werden Verstärkungen von Kp, Kd und Ki in einer derartigen Steuerung wie beschrieben verwendet. Werte für derartige Verstärkungen können bei dem Schritt 118 als vorbestimmte Funktionen der bestimmten, begrenzten Neigung m bestimmt werden. Derartige Verstärkungen können bestimmt werden, indem eine vorbestimmte Funktion, die im Steuerungsspeicher für jeden der Verstärkungswerte gespeichert ist, vorgesehen wird. Die Funktionen können über einen herkömmlichen Kalibrierungsprozeß für das System dieser Ausführungsform herbeigeführt werden, indem die Änderung der PID-Verstär­ kungswerte der Steuerfunktion von Fig. 2 bestimmt werden, die am besten für eine Änderung der Transientenantwort sorgen, die benötigt wird, um jegliche unbefriedigende Transientenleistungsfähigkeitsmessung zu überwinden, die gemäß dieser Ausführungsform vorgenommen wird.

Beispielsweise stellt Fig. 4 eine Transientenleistungs­ fähigkeit unter einer Anzahl von Hydraulikverzögerungs­ szenarien dar, die durch diese Erfindung kompensiert werden können. Wenn eine Schrittänderung von Pd zum Zeitpunkt tc aus einem Anfangswert zu einem Endwert Pf 150 auftritt, steigt die unterdämpfte Antwort 152 schnell auf den gewünsch­ ten Endwert Pf an, überschwingt dann aber den Wert Pf signi­ fikant und oszilliert um den Endwert, was eine unerwünschte Transientenantwort widerspiegelt, welche signifikante Zeit erfordert, um die Endposition Pf aufzulösen. In einem derar­ tigen Fall von unterdämpfter Steuerung können die Verstär­ kungen Kp, Kd und Ki in dieser Ausführungsform zu hoch sein und würden gemäß der vorliegenden Erfindung verringert werden, um die Dämpfung zu vergrößern und somit die Stabilität der Transientenantwort zu vergrößern. Abtastungen des Antwortsignals 152, die bei Zeitpunkten ts1 und ts2 auf­ genommen werden, würden auf einen schnell ansteigenden Pa-Wert entsprechend einer unterdämpften Antwort hinweisen, welche wie beschrieben eingestellt werden könnte. Die unterdämpfte Antwort kann aus einer Zunahme des Fluiddrucks oder einer Abnahme der Hydraulikfluidviskosität, wie von einer Zunahme der Fluidtemperatur herrühren, was zu einer Abnahme der Nettodämpfung des Aktuators 62 von Fig. 2 führt. Die Steuerungsdämpfung kann dann vergrößert werden, um eine derartige Abnahme der Nettodämpfung zu kompensieren.

Im Fall einer überdämpften Antwort 154 von Fig. 4, in wel­ chem Abtastungen, die bei Zeitpunkten ts1 und ts2 aufgenom­ men werden, auf einen sehr langsam auf eine Schrittänderung in Pd 150 bei einem Zeitpunkt tc ansprechenden Aktuator 62 hinweisen würden, können die Steuerverstärkungen als zu gering interpretiert werden und auf eine gesteuerte Weise gemäß dieser Erfindung vergrößert werden. Während die Überschwing- und Oszillationsbedingungen der unterdämpften Antwort 152 für die überdämpfte Antwort 154 nicht vorhanden sind, ist die schwerfällige überdämpfte Antwort in vielen typischen Steuerungsanwendungen, wie jener dieser bevor­ zugten Ausführungsform, unerwünscht. Demgemäß ist eine Kompensation derartiger Schwerfälligkeit erwünscht. Durch Vergrößern der Steuerungsverstärkungen würde gemäß dieser Erfindung die Steuerdämpfung verringert und die Gesamtaktua­ tordämpfung kompensiert werden. Die überdämpfte Antwort würde einem Zustand entsprechen, in welchem die Viskosität des im Steuersystem von Fig. 1 verwendeten Hydraulikfluids über einen früheren Wert oder über einen erwarteten Wert vergrößert sein könnte, wie infolge einer Fluidtemperatur­ abnahme oder Fluidalterung oder einer Fluiddruckabnahme, was die Nettodämpfung des Aktuators 62 von Fig. 2 vergrößern würde.

In der kritisch gedämpften Antwort 156 von Fig. 4 auf die Schrittänderung in Pd 150, würden Abtastungen des Signals Pa, die bei Zeitpunkten ts1 und ts2 aufgenommen werden, auf einen geeignet auf die Schrittänderung Pd ansprechenden Kolben 12 oder Hydraulikaktuator 62 hinweisen, und es wäre keine entsprechende Änderung der Steuerverstärkungen erfor­ derlich. Wie es in der Steuerungstechnik allgemein bekannt ist, wird in der kritisch gedämpften Antwort die abschlie­ ßend erwünschte Aktuatorposition ohne signifikantes Über­ schwingen oder Oszillation schnell erreicht, wie es in einer Transientenantwortsteuerung vorzuziehen ist. Die Steuerungs­ dämpfungseinstellung, die gemäß dieser Erfindung vorgenommen wird, sollte versuchen, die tatsächliche, wahrgenommene Antwort in Richtung einer derart kritisch gedämpften Antwort zu steuern. Die Antwort 156 kann Hydraulikfluiddruck und -viskosität im wesentlichen bei einem Konstruktionsdruck und -viskosität oder die Wirkung einer Kompensation widerspie­ geln, die durch diese Erfindung für ein System vorgesehen wird, welches Fluid mit einer breiten Vielfalt von Drücken und Viskositäten aufweist.

Zurückgekehrt zu Fig. 3, nach dem Bestimmen der Steuerver­ stärkungen bei dem Schritt 118 in Übereinstimmung mit vorbe­ stimmten Funktionen, welche als herkömmliche Nachschlagtabel­ len festgelegt sein können, auf die gemäß der bestimmten Neigung m verwiesen wird, oder wenn die Neigung m in dem Hystereseband liegt, bei dem Schritt 116, in welchem Fall keine derartige Einstellung der Steuerverstärkungen notwen­ dig ist, schreitet die Routine zu dem beschriebenen Schritt 130 fort. Nach dem Schritt 130, oder nach einer negativen Entscheidung bei den beschriebenen Schritten 110 oder 122 werden die Schritte 132-138 ausgeführt, um für herkömmliche Aktuatorpositionssteueroperationen mit geschlossenem Regel­ kreis zu sorgen. Zuerst wird bei einem Schritt 132 ein Positionsfehler Pe als eine vorbestimmte Funktion der gewünschten Position Pd und einer tatsächlichen, gemessenen Position Pa bestimmt, wie durch einfaches Substrahieren von PA von PD in dieser Ausführungsform. Die Routine schreitet als nächstes zu einem Schritt 134 fort, um einen Befehl CMD als eine vorbestimmte Funktion des Positionsfehlers wie folgt zu generieren:

CMD = Kp_*Pe + Ki_*∫Pe(dt) + Kd_*d(Pe)/dt

in Übereinstimmung mit allgemein verstandenen PID-Steuerprin­ zipien.

Nach dem Generieren des Befehls CMD bei dem Schritt 134 schreitet die Routine zu einem Schritt 136 fort, um auf einen PWM-Wert zu verweisen, entsprechend dem generierten Befehl, wie dem kalibrierten Pulsbreitenmodulationstastver­ hältnis, das für den Positionsbefehl CMD für eine geeignete Aktuatorpositionierung sorgt. In dieser Ausführungsform, in welcher der Hydraulikaktuator der Kolben 12 von Fig. 1 ist, muß die Beziehung zwischen PWM-Befehlen und Kolbenpositionen unter Verwendung der Informationen kalibriert werden, die aus der Beziehung zwischen der Kolbenposition und dem an jeder Seite des Kolbens von den ersten und zweiten Steuer­ ventilen 18 und 20 von Fig. 1 angelegten Relativdruck verfüg­ bar sind. Nach dem Verweisen auf den geeigneten PWM-Wert, wie aus einer Nachschlagtabelle, die kalibriert und im Steuerungsspeicher gespeichert ist, schreitet die Routine zu einem Schritt 138 fort, um den PWM-Wert zum Steuerventil A 18 und Steuerventil B 20 von Fig. 1 auszugeben. Der PWM- Wert, der bei dem Schritt 138 ausgegeben wird, kann sofort an derartige Aktuatoren ausgegeben oder um einen geeigneten Zeitraum verzögert werden, der vorbestimmt ist, um eine gewünschte Positionssteuerantwort in Übereinstimmung mit den Antworterfordernissen des Hydrauliksystems zu liefern. Nach dem Ausgeben des PWM-Werts bei dem Schritt 138 schreitet die Routine zu einem Schritt 140 fort, um aus der Unterbrechungs­ dienstroutine von Fig. 3 zu Steuerungsoperationen zurückzu­ kehren, die zeitweilig beim Auftreten der Unterbrechung, was die Routine von Fig. 3 aufrief, verschoben werden konnten.

Die bevorzugte Ausführung für den Zweck der Erläuterung dieser Erfindung soll nicht so aufgefaßt werden, daß sie diese Erfindung einschränkt oder begrenzt, da viele Modifi­ kationen durch das Ausüben von gewöhnlicher Fachkenntnis vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich dieser Erfindung abzuweichen.

Claims (8)

1. Steuerverfahren zur Steuerung einer Automobilhydraulik­ aktuatorposition, indem der an den Aktuator angelegte Hydraulikdruck in Übereinstimmung mit einem befohlenen Druck, der durch Anwenden eines gewünschten Druckwertes auf eine hydraulische Steuerfunktion generiert wird, gesteuert wird, mit den Schritten, daß:
eine Aktuatortransientenantwort gemessen wird;
die gemessene Aktuatortransientenantwort mit einer be­ vorzugten Transientenantwort verglichen wird; und
die Hydrauliksteuerfunktion adaptiert wird, wenn die gemessene Aktuatorantwort von der bevorzugten Transiente­ nantwort abweicht, um die gemessene Antwort in Richtung der bevorzugten Transientenantwort zu steuern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt, daß die Aktuatortransientenantwort gemessen wird, weiter die Schritte umfaßt, daß:
die Aktuatorposition wahrgenommen wird, und
ein Wert generiert wird, der eine Änderungszeitrate der Aktuatorposition als einen Hinweis für die Aktuator­ transientenantwort darstellt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, das weiter die Schritte um­ faßt, daß:
eine Änderung des gewünschten Druckwerts detektiert wird,
die detektierte Änderung mit einem vorbestimmten Ände­ rungsschwellwert verglichen wird, und wobei der Schritt, daß die Aktuatortransientenantwort gemessen wird, die Transientenantwort mißt, wenn die detektierte Änderung den vorbestimmten Änderungsschwellwert überschreitet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Hydrauliksteuer­ funktion einen Satz von Steuerverstärkungen umfaßt, um das Ansprechverhalten der Steuerfunktion auf eine Änderung des gewünschten Druckwertes zu beeinflussen, wobei das Verfahren weiter die Schritte umfaßt, daß:
auf vorhandene Werte für den Satz von Steuerverstär­ kungen verwiesen wird, indem die gemessene Transienten­ antwort auf einen Satz von vorbestimmten Funktionen entsprechend dem Satz von Steuerverstärkungen angewendet wird, und daß der Adaptiersschritt die Steuerfunktion adaptiert, indem die verwiesenen, vorhandenen Werte auf die Steuerfunktion angewendet werden.

5. Steuerverfahren zum Steuern der Automobilhydraulik­ aktuatorposition, indem der an den Aktuator angelegte Hydraulikdruck in Übereinstimmung mit einem befohlenen Druck, der durch Anwenden eines gewünschten Druckwertes auf eine Hydrauliksteuerfunktion generiert wird, gesteuert wird, mit den Schritten, daß:
die Aktuatortransientenantwort auf eine Änderung des befohlenen Drucks gemessen wird,
die gemessene Transientenantwort mit einer gewünsch­ ten Transientenantwort verglichen wird,
wenn die gemessene Transientenantwort von der ge­ wünschten Transientenantwort abweicht, die Steuerfunk­ tion kompensiert wird, um die Transientenantwort in Richtung der gewünschten Transientenantwort zu steuern, indem (a) der wenigstens eine Steuerfunktionsverstär­ kungseinstellungswert als eine vorbestimmte Funktion der gemessenen Transientenantwort bestimmt wird, und (b) wenigstens ein Steuerfunktionsverstärkungseinstellungs­ wert auf die Steuerfunktion angewendet wird, um die Steuerfunktion zu kompensieren.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Meßschritt weiter die Schritte umfaßt, daß:
bestimmt wird, wann der Aktuator sich in Abhängigkeit von einer Änderung des gewünschten Druckwertes bewegt,
die Größe der Aktuatorverschiebung während eines vor­ bestimmten Zeitintervalls gemessen wird, während welchem bestimmt wird, daß sich der Aktuator bewegt, und
die Transientenantwort als eine vorbestimmte Funktion der gemessenen Verschiebungsgröße und des vorbestimmten Zeitintervalls gemessen wird.

7. Steuerverfahren zur Steuerung der Position eines hydrau­ lisch angetriebenen Kolbens in einem hydraulischen, variablen Automobilnockenphasenschieber, in welchem Hy­ draulikdruck in Übereinstimmung mit einem Hydraulikdruck­ befehl gesteuert wird, der durch eine Steuerfunktion mit geschlossenem Regelkreis mit wenigstens einer Steuerver­ stärkung generiert wird, und auf ein Kolbenpositions­ fehlersignal anspricht, mit den Schritten, daß:
eine Änderung des Hydraulikdruckbefehls detektiert wird,
bestimmt wird, wann die detektierte Änderung eine vorbestimmte Schwellbefehlsänderung überschreitet,
die Aktuatorposition wahrgenommen wird,
eine Änderungszeitrate der Aktuatorposition generiert wird, nachdem bestimmt ist, daß die detektierte Änderung die Schwellbefehlsänderung überschreitet,
auf wenigstens eine gespeicherte Steuerverstärkung als eine vorbestimmte Funktion der Änderungszeitrate verwiesen wird,
die Steuerfunktion kompensiert wird, indem die wenigstens eine verwiesene Steuerverstärkung auf die Steuerfunktion angewendet wird, und
Hydraulikdruck in Übereinstimmung mit der kompensier­ ten Steuerfunktion gesteuert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, welches weiter die Schritte umfaßt, daß:
ein bevorzugter Wert abgeschätzt wird, der eine bevor­ zugte Änderungszeitrate der Aktuatorposition darstellt,
eine Änderungsdifferenz zwischen dem bevorzugten Wert und der generierten Änderungszeitrate bestimmt wird, und
eine Festlegung von Steuerfunktionsverstärkungen her­ beigeführt wird, auf die in Übereinstimmung mit einer entsprechenden Festlegung von Änderungsdifferenzen verwiesen wird, wobei die Verstärkungen herbeigeführt werden, um die Steuerfunktion in die Richtung, um die entsprechende Änderungsdifferenz in Richtung Null zu steuern, zu kompensieren, und
daß der Verweisschritt auf wenigstens eine Steuer­ funktionsverstärkung als die Verstärkung in der herbeige­ führten Festlegung entsprechend der bestimmten Änderungs­ differenz verweist.