DE19622637B4

DE19622637B4 - Verfahren und Regelungssystem für eine Motordrehzahl mit veränderlicher Regelabweichung

Info

Publication number: DE19622637B4
Application number: DE19622637A
Authority: DE
Inventors: Paul L. Blaine Middleton; John L. Zeller
Original assignee: Cummins Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-06-05
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2016-06-06
Also published as: GB9611162D0; DE19622637A1; US5553589A; GB2301908A; JP3662346B2; JPH08338280A

Abstract

Verfahren zum Regeln der Motordrehzahl eines Verbrennungsmotors mit einem damit verbundenen Drosselstellungssensor, um eine Drosselstellung abzufühlen, einem Motordrehzahlsensor zum Abfühlen einer tatsächlichen Motordrehzahl und einem Kraftstoffsystem, das auf ein Kraftstoffsteuersignal anspricht, um den Motor mit Kraftstoff zu versorgen, mit den folgenden Schritten:
(1) Abfühlen einer Drosselstellung und Bestimmen einer gewünschten Motordrehzahl daraus;
(2) Abfühlen einer tatsächlichen Motordrehzahl;
(3) Bestimmen einer Fehlerdrehzahl, die die Differenz zwischen der gewünschten Motordrehzahl und der tatsächlichen Motordrehzahl ist;
(4) Erzeugen eines Kraftstoffsteuersignals aus der Fehlerdrehzahl, das eine Funktion von zumindest dem Betrag, der Dauer und Rate einer Änderung der Fehlerdrehzahl ist; und
(5) Versorgen des Motors mit Kraftstoff gemäß dem Kraftstoffsteuersignal, um dadurch die tatsächliche Motordrehzahl zu regeln;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Funktion des im Schritt (4) erzeugten Kraftstoffsteuersignals im stationären Bereich derart eingestellt wird, dass das Kraftstoffsteuersignal einer Motorbelastung derart proportional ist, dass die tatsächliche Motordrehzahl abnimmt,...

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Systeme zum Regeln einer Motordrehzahl in einem Verbrennungsmotor und spezieller auf solche Regelungssysteme, die eine Änderung in einer Motordrehzahl als Antwort auf eine Änderung in einer Motorbelastung zulassen. (vgl. ansonsten die Oberfläche der Ansprüche 1 und 11).
Hintergrund der Erfindung
Regelungssysteme für eine Motordrehzahl, die allgemein als Motordrehzahlregler bezeichnet werden, sind in der Kraftfahrzeugindustrie bekannt. Bei einem Typ eines Motordrehzahlreglers, der gewöhnlich in Personenkraftwagen verwendet wird, entspricht die Stellung des Gaspedals ungefähr dem Motordrehmoment. Um mit solch einem Regler eine konstante Fahrzeuggeschwindigkeit beizubehalten, muss die Drosselstellung als Antwort auf Änderungen in einer Steigung bzw. einem Gefälle einer Straße reguliert werden, um dadurch eine Motordrehmomentabgabe entsprechend zu erhöhen bzw. zu verringern. Bei einem Motor eines Diesellastkraftwagens ist dieser Typ einer Drosseleingabe wegen der Funktionseigenschaften eines Begrenzens von sowohl der minimalen als auch maximalen Motordrehzahl, aber ohne eine Regulierung der Drehzahl zwischen diesen Grenzen, als ein "Min-Max"-Regler bekannt.

Ein anderer Typ eines Motordrehzahlreglers, der in Motoren von Diesellastkraftwagen gewöhnlich verwendet wird, ist als ein Regler "für alle Drehzahlen" bekannt, worin die Drosselstellung statt dem Motordrehmoment der Motordrehzahl zugeordnet wird. Eine Art solcher Regler "für alle Drehzahlen" ist als "isochroner" Regler für alle Drehzahlen bekannt, worin für eine konstante Drosselstellung eine konstante Motordrehzahl geliefert wird. Bei dem isochronen Regler wird somit eine Fahrdrehzahlregelfunktion geliefert, worin eine Motordrehzahl (und Fahrzeuggeschwindigkeit) ungeachtet einer Belastung konstant bleiben wird, falls die Drossel festgehalten wird. Isochrome Regler zeigen auch die Druckschriften DE 693 00 146 T2 , DE 35 07 126 A1 und DE-PS 859917.

In 1 ist ein Beispiel eines bekannten isochronen Regelungssystems 10 für eine Motordrehzahl dargestellt. Eine einer gewünschten Motordrehzahl entsprechende Bezugsdrehzahl "BEZUGSDREHZAHL" wird typischerweise als Antwort auf eine Drosselstellung erzeugt. BEZUGSDREHZAHL wird an einen positiven Eingang eines Summierknotens 14 geliefert. Der Summierknoten 14 hat auch einen negativen Eingang, der eine TATSÄCHLICHE DREHZAHL als eine Ausgabe eines Motordrehzahlsensors 32 in dem Verbrennungsmotor 30 empfängt. Die Ausgabe des Summierknotens 14 liefert somit ein Drehzahlfehlersignal "e", das der Differenz zwischen BEZUGSDREHZAHL und TATSÄCHLICHE DREHZAHL entspricht. Das Drehzahlfehlersignal e wird als eine Eingabe an einen isochronen Motordrehzahlregler 16 geliefert. Die Ausgabe 26 des Reglers 16 wird dann an das Kraftstoffsystem 28 geliefert, um dadurch den Motor 30 dementsprechend mit Kraftstoff zu versorgen.

Eine P-Komponente 18 des isochronen Motorreglers 16 liefert eine "proportionale" Verstärkungsfunktion für das Drehzahlfehlersignal e, so dass kleine Kraftstoffänderungen für kleine Fehler und größere Kraftstoffänderungen für größere Fehler vorgenommen werden. Eine I-Komponente 20 liefert eine "Integral"-Funktion für das Drehzahlfehlersignal e, so dass Kraftstoffänderungen mit der Zeit langsam (und stetiger) vorgenommen werden. Die durch den Motordrehzahlregler 16 gelieferte Korrekturfunktion für einen Drehzahlfehler ist somit nicht nur dem Betrag des Drehzahlfehlers, sondern auch der Zeit proportional, in der der Fehler vorliegt. Schließlich liefert eine D-Komponente 22 eine "Differenzier"-Funktion für das Drehzahlfehlersignal e, so dass Kraftstoffänderungen bezüglich der Richtung und Rate einer Änderung in e genau erwartet werden können. Die Ausgaben von P 18, I 20 und D 22 werden bei einem Summierknoten 24 kombiniert, um ein Ausgangs-Kraftstoffsignal 26 zu liefern.

Es sollte darauf hingewiesen werden, dass der isochrone Motordrehzahlregler 16 in dem Beispiel von 1 als drei getrennte Komponenten P, I und D dargestellt ist, um dessen Beschreibung zu erleichtern. Es versteht sich, dass in der Praxis die Komponenten P, I und D zweckmäßigerweise in einer Komponente zusammengefasst sind; entweder als ein physikalischer Regler 16 oder als eine durch einen z.B. Mikroprozessor ausführbare Softwarefunktion. Der resultierende Proportional-Integral-Differenzier-(PID)-Regler 16 ist in der Automobilindustrie wohlbekannt.

In den 2A und 2B ist der Frequenzgang oder das Bode-Diagramm eines typischen isochronen PID-Reglers 16 dargestellt. 2A zeigt die Verstärkung des Reglers 16 bei jeder Frequenz. Die Verstärkung 36 (in dB) des Reglers 16 ist durch die Gleichung Verstärkung = 20·log₁₀(g) gegeben. Ähnlich stellt 2B die Phase 38 bei jeder Frequenz dar. Allgemein zeigen negative Phasenzahlen eine Verzögerung zwischen dem Drehzahlfehlersignal e und dem Ausgangssignal 26 des Reglers 16 an, und positive Phasenzahlen zeigen eine Vorwegnahme durch das Ausgangssignal 26 des Drehzahlfehlersignals e an. Wie in der Technik bekannt ist, macht eine größere Verzögerung (negativere Phase) es allgemein schwieriger, ein System zu regeln (d.h. schwieriger, eine Systemstabilität zu erreichen).

In einem Bode-Diagramm, wie z.B. dem in den 2A und 2B dargestellten, kann die Verstärkung 36 als ein Satz gerader Linien und Eckpunkte angenähert werden. Die "Pole" und "Nullstellen" des Reglers 16 entsprechen denjenigen Frequenzen, bei denen die Verstärkung 36 einen "Eckpunkt" aufweist, wobei der ganz links gelegene Teil der Verstärkung 36 als ein Eckpunkt betrachtet wird, der ganz rechts gelegene Teil aber nicht. Allgemein tritt ein Pol bei einem Eckpunkt auf, wo sich der Graph nach unten biegt, und eine Nullstelle tritt bei einem Eckpunkt auf, wo sich der Graph nach oben biegt. Gemäß 2A weist somit der Regler 16 Pole bei annähernd 0 Hz und 80 Hz und Nullstellen bei annähernd 1 Hz und 10 Hz auf.

Ein PID-Regler ist typischerweise als eine Übertragungsfunktion mit Polen und Nullstellen definiert. Verwendet man die bekannte z-Ebenen-Darstellung diskreter Zeitsysteme, die allgemein bei Reglern unter einer Mikroprozessorsteuerung verwendet werden, ist solch eine Übertragungsfunktion ein Verhältnis von Polynomen in z, worin der Grad jedes Polynoms gleich der Anzahl entsprechender Pole und Nullstellen ist. Die Wurzeln des Nenners solch einer Übertragungsfunktion entsprechen dann den Polen des Reglers, während die Wurzeln des Zählers den Nullstellen des Reglers entsprechen. Allgemein folgt eine Umwandlung zwischen dem Frequenzbereich und dem z-Bereich der Gleichung Frequenz = In(z)/(2πT_S), worin T_S die Abtastzeitspanne des Reglers ist. Somit kann für eine Abtastzeitspanne von annähernd 2 Millisekunden die Übertragungsfunktion H₁ des in den 1 und 2 angegebenen Beispiels eines PID-Reglers durch die Gleichung: H1 = [4,5(z – 0,988)(z – 0,882)]/[(z – 1)(z – 0,366)]dargestellt werden.

Ein streng isochroner Regler für alle Drehzahlen, wie z.B. das System 10, wird normalerweise wegen diverser Probleme beim Fahren auf Autobahnen nicht verwendet. Speziell weil in solchen Systemen kleine Änderungen in einer Drosselstellung großen Änderungen in einem Motordrehmoment entsprechen, ist es schwierig, ein Fahrzeug bei Verwendung solch eines Reglers stetig bzw. gleichmäßig zu betreiben. Aus diesem Grund sind isochrone Regler typischerweise mit einer sogenannten "Regelabweichungs"-Funktion ausgestattet, worin eine Regelabweichung als eine Reglercharakteristik definiert werden kann, die gestattet, dass der stationäre Zustand einer Motordrehzahl etwas abnimmt, während eine Motorbelastung zunimmt. Ein allgemeines Maß einer Regelabweichung wird in Prozent skaliert und ist durch die Gleichung: %Regelabweichung = [(n1 – f1)/f1]·100definiert, worin die Drehzahl n1 die Motordrehzahl ohne Belastung (oder mit einer Belastung Null) und die Drehzahl f1 die Motordrehzahl bei voller Belastung ist. Gemäß diesem Maß weist ein streng isochroner Regler eine Regelabweichung von 0 % auf. Entsprechend arbeitet, falls eine Regelabweichung genug zunimmt, der Regler wie in Min-Max-Regler.

Eine Regelabweichung ist eine Gleichgewichts- bzw. stationäre Bedingung, die bedeutet, dass bei einer stationären Motorbelastung die Motordrehzahl entsprechend abnimmt. Dies bringt es mit sich, dass der Regler 16 eine kleine Verstärkung bei niedrigen Frequenzen aufweisen muss, um die gewünschte Regelabweichungsfunktion abzugleichen. Während eine Regelabweichung abnimmt, um mehr wie ein isochroner Motordrehzahlregler zu arbeiten, muss somit auch die Verstärkung bei niedriger Frequenz zunehmen. Tatsächlich erfordert ein idealer isochroner Betrieb (Regelabweichung von 0 %), dass die Verstärkung bei niedriger Frequenz unbeschränkt ist.

In 3 ist nun ein modifiziertes isochrones Regelungssystem 15 für eine Motordrehzahl dargestellt, das in einigen Gesichtspunkten mit dem isochronen Regelungssystem 10 für eine Motordrehzahl von 1 identisch ist. Hierin entsprechen gleiche Zahlen gleichen Komponenten. Das Regelungssystem 15 für eine Motordrehzahl enthält jedoch einen zusätzlichen Rückkopplungsweg zwischen dem Ausgang des PID-Reglers 16 und dem Eingang für die BEZUGSDREHZAHL. Speziell empfängt der Verstärkungsblock 40 das Ausgangssignal 26 des PID-Reglers 16, multipliziert dieses Signal mit einer Verstärkung G_D und subtrahiert bei einem Summierknoten 42 dieses Signal von BEZUGSDREHZAHL. Der Summierknoten 14 empfängt somit an seinem positiven Eingang ein geändertes Signal BEZUGSDREHZAHL'. Die Funktionswirkung eines Einschlusses des Verstärkungsblocks 40 ist, dass das Regelungssystem 15 für eine Motordrehzahl mit einer Regelabweichungseigenschaft ausgestattet ist, während ein stabiles System beibehalten wird.

In den 4A und 4B ist nun ein Bode-Diagramm des Regelungssystems 15 für eine Motordrehzahl zusammen mit dem des Regelungssystems 10 für eine Motordrehzahl dargestellt. Gemäß 4A verringert ein Hinzufügen des Verstärkungsblocks 40 wie gewünscht die Verstärkung 44 bei niedriger Frequenz. Gemäß den beiden 4A und 4B werden jedoch, obwohl eine Systemstabilität aufrechterhalten wird (keine dauernde Oszillation), sowohl die Verstärkung 44 bei hoher Frequenz als auch die Phase 46 durch die Hinzufügung des Verstärkungsblocks 40 beeinflusst. Insbesondere ist die Phase 46 bei hohen Frequenzen negativer, was dem System eine größere Verzögerung zuweist, wodurch Stabilitätsprobleme hervorgerufen werden, die dem Verstärkungsblock 40 zugeschrieben werden können. Somit wird, während man in das System 15 eine größere Regelabweichung durch Erhöhen der Verstärkung G_D des Verstärkungsblocks 40 einführt, das System 15 weniger stabil.

Das Hinzufügen eines Rückkopplungsverstärkungsblocks 40 hat die folgende Übertragungsfunktion H₂ zur Folge, die dem PID-Regler 16 zugeschrieben werden kann: H2 = [4,5(z – 0,988)(z – 0,882)z]/[(z – 0,9987) (z – 0,670)(z + 0,586)].

Ein Vergleich der Pole und Nullstellen in H₂ mit den Polen und Nullstellen von H₁ zeigt die Wirkungen einer Hinzufügung des Verstärkungsblocks 40. Zum einen hat sich der Pol bei z = 1 in H₁ in H₂ geringfügig zu z = 0,9987 verschoben, was die Wirkung einer erhöhten Regelabweichung einführt. Auch der Pol bei z = 0,366 in H₁ hat sich zu z = 0,670 verschoben und ist für den Phasenverlust bei hohen Frequenzen verantwortlich. Schließlich hat die Hinzufügung des Verstärkungsblocks 40 einen weiteren Pol und eine weitere Nullstelle in H₂ eingeführt. Der so eingeführte Pol bei z = –0,586 ist für die großen Verstärkungs- und Phasenfluktuationen bei sehr hohen Frequenzen verantwortlich.

Es ist offensichtlich, dass im System 15 ein Hinzufügen des Verstärkungsblocks 40 in das Regelungssystem 15 für eine Motordrehzahl mehr als nur eine Regelabweichungseigenschaft einführt. Hochfrequenzänderungen werden ebenfalls eingeführt, was erfordern kann, dass Verstärkungen in dem PID-Regler 16 für verschiedene Pegel von G_D eingestellt werden, um eine Stabilität des Systems 15 aufrechtzuerhalten. Außerdem ist das System 15 in dem Regelabweichungsbetrag, der erhalten werden kann, beschränkt. Es ist z.B. durch Experimentieren bestimmt worden, dass ein solches System 15 für Regelabweichungspegel von mehr als ungefähr 24% instabil wird.

Druckschriftlicher Stand der Technik

US 4,709,335 offenbart einen elektronischen Regler für Verbrennungsmotoren. Dieser Regler umfasst einen herkömmlichen PID-Regler, für dessen Betrieb zwei fest vorgegebene Reglercharakteristika verwendet werden. Während die eine Reglercharakteristik vom Betrieb eines Gaspedals abhängt, hängt die zweite Reglercharakteristik vom Betrieb einer Steuereinrichtung zum Einstellen einer gewünschten Fahrgeschwindigkeit („Tempomat") ab.

US 4,470,257 offenbart eine Drehzahlsteuerung für einen Verbrennungsmotor, bei der die Steuerung einmal in einem isochronen Modus und einmal im einem Regelabweichungsmodus betrieben wird. Diese Steuerung umfasst einen herkömmlichen PI-Regler mit festvorgegebener Übertragungscharakteristik, dessen Eingangssignale in Abhängigkeit des zum Betrieb der Steuerung verwendeten Modus variiert werden. DE 42 32 974 A1 offenbart ein Verfahren zum Einstellen des Drehmoments eines Verbrennungsmotors, bei dem zwischen einem Solldrehmoment und einem ermittelten Istdrehmoment eine Drehmomentabweichung berechnet wird. Die Drehmomentabweichung wird integriert und der daraus erhaltene Wert wird zum Korrigieren des Solldrehmoments diesem hinzu addiert. In Abhängigkeit des so ermittelten korrigierten Solldrehmoment wird eine Luftzumesseinrichtung für den Verbrennungsmotor angesteuert. Die sich in Antwort auf die Ansteuerung der Luftzumesseinrichtung ergebende Zündwinkelabweichung wird ermittelt, um einen Sollzündwinkel so zu modifizieren, dass das Istdrehmoment mit dem Solldrehmoment des Motors zur Übereinstimmung kommt.

Daher ist ein neues Verfahren zum Ändern einer Regelabweichung in einem Regelungssystem für eine Motordrehzahl erforderlich, worin der Prozentsatz der Regelabweichung ohne Beschränkung geändert werden kann, während eine Systemstabilität aufrechterhalten wird.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist ferner, ein Regelungssystem zum Regeln der Geschwindigkeit eines Verbrennungsmotors zu schaffen, worin der Motordrehzahlregler eine interne veränderliche Regelabweichungsverstärkung einschließt, um einen entsprechend veränderlichen Regelabweichungsbetrag zu liefern.

Des weiteren soll die vorliegenden Erfindung ein Regelungssystem zu schaffen, bei dem ein Ändern der internen Regelabweichungsverstärkung die dynamische Kompensation des Motordrehzahlreglers nicht beeinflusst.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Regeln der Motordrehzahl eines Verbrennungsmotors bereit, der einen Drosselstellungssensor, um eine Drosselstellung abzufühlen, einen Motordrehzahlsensor zum Abfühlen einer tatsächlichen Motordrehzahl und ein Kraftstoffsystem aufweist, das auf ein Kraftstoffsteuersignal anspricht, um den Motor mit Kraftstoff zu versorgen. Das Verfahren (Anspruch 1) umfasst dabei folgende Schritte:

(1) Abfühlen einer Drosselstellung und Bestimmen einer gewünschten Motordrehzahl daraus;
(2) Abfühlen einer tatsächlichen Motordrehzahl;
(3) Bestimmen einer Fehlerdrehzahl, die die Differenz zwischen der gewünschten Motordrehzahl und der tatsächlichen Motordrehzahl ist;
(4) Erzeugen eines Kraftstoffsteuersignals aus der Fehlerdrehzahl, das eine Funktion von zumindest dem Betrag, der Dauer und Rate einer Änderung der Fehlerdrehzahl ist; und
(5) Versorgen des Motors mit Kraftstoff gemäß dem Kraftstoffsteuersignal, um dadurch die tatsächliche Motordrehzahl zu regeln.

Erfindungsgemäß wird die Funktion des Kraftstoffsteuersignals im stationären Bereich derart eingestellt, um zu erreichen, dass für den stationären Bereich das Kraftstoffsteuersignal einer Motorbelastung derart proportional ist, dass die tatsächliche Motordrehzahl abnimmt, während die Motorbelastung zunimmt.

Des weiteren stellt die vorliegende Erfindung ein Reglungssystem bereit, wie es im Anspruch 11 definiert ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsformen und der folgenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 ein schematisches Blockdiagramm eines isochronen Regelungssystems für eine Motordrehzahl nach dem Stand der Technik, das einen PID-Regler darin enthält;
2, bestehend aus den 2A und 2B, eine Darstellung des Frequenzgangs des Regelungssystems für eine Motordrehzahl von 1;
3 ein schematisches Blockdiagramm eines isochronen Regelungssystems für eine Motordrehzahl nach dem Stand der Technik, das dem von 1 ähnlich ist, wobei eine veränderliche Regelabweichung möglich ist;
4, bestehend aus den 4A und 4B, eine Darstellung des Frequenzgangs des Regelungssystems für eine Motordrehzahl von 3;
5A ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Regelungssystems für eine Motordrehzahl mit veränderlicher Regelabweichung gemäß der vorliegenden Erfindung;
5B ein schematisches Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform eines Regelungssystems für eine Motordrehzahl mit veränderlicher Regelabweichung gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 ein Flussdiagramm eines Algorithmus zum Regeln einer Motordrehzahl gemäß dem Regelungssystem für eine Motordrehzahl von 5A oder 5B;
7, bestehend aus den 7A und 7B, eine Darstellung des Frequenzgangs des Regelungssystems für eine Motordrehzahl von entweder 5A oder 5B; und
8 ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform der internen Struktur des Motordrehzahlreglers von entweder 5A oder 5B.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
In 5A ist eine Ausführungsform eines Regelungssystems 50 für eine Motordrehzahl gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Mehrere Komponenten in dem System 50 sind mit denjenigen identisch, die bezüglich der 1 und 3 beschrieben wurden, und daher werden gleiche Bezugszahlen verwendet, um gleiche Komponenten zu identifizieren.
Von zentraler Bedeutung für das System 50 ist der Regler 52. Der Regler 52 kann einen elektronischen Steuermodul (ECM) des Typs darstellen, der in der Automobilindustrie typischerweise verwendet wird. Alternativ kann der Regler 52 ein mikroprozessorgestützter Regler, wie z.B. ein Intel 80196, oder ein Mikroprozessor sein, der einen Algorithmus für Motordrehzahlregelung des im folgenden zu diskutierenden Typs ausführen kann. In jedem Fall wird der Regler 52 durch eine Spannung V_pwr betrieben, die typischerweise entweder direkt von einer Batteriespannung zwischen annähernd 7,0 und 32,0 Volt oder über einen Spannungsregler mit einer geregelten Spannung zwischen annähernd 2,0 und 7,0 Volt geliefert wird.
Der Regler 52 enthält vorzugsweise einen Speicherteil 54, der durch einen externen Zusatzspeicher 56 ergänzt werden kann. Alternativ kann der Regler 52 ohne den Speicherteil 54 ausgestattet sein, so dass ein Zusatzspeicher 56 zur Speicherung von für den Regler 52 erforderlicher Information notwendig sein wird. Ungeachtet des Speicheraufbaus muss der Speicherteil 54 und/oder Zusatzspeicher 56 Daten, auf die der Regler 52 zugreifen kann, und auch durch den Regler 52 ausführbare Softwarealgorithmen speichern können. Der Speicherteil 54 und/oder Zusatzspeicher 56 enthält vorzugsweise einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und auch einen Festwertspeicher (ROM), wie z.B. einen programmierbaren ROM (PROM), löschbaren PROM (EPROM), elektrisch löschbaren PROM (EEPROM) oder Flash-PROM, obwohl andere Speicherarten, wie z.B. Speicher, auf die magnetisch oder optisch zugegriffen werden kann, in Betracht kommen.
Der Regler 52 enthält ferner vorzugsweise einen Analog-Digital(A/D)-Umwandlungsteil 58, um analoge Eingaben zu empfangen und die analogen Signale in digitale Signale zur Verwendung durch den Regler 52 umzuwandeln. Alternativ kann der Regler 52 ohne den A/D-Teil 58 ausgestattet sein, so dass ein externer A/D-Wandler 62 erforderlich sein wird, um analoge Signale in digitale Signale umzuwandeln, bevor sie von dem Regler 52 empfangen werden. Der Regler 52 hat ferner einen Drosselstellungseingang (TPI), um ein Drosselstellungssignal von einem Dros selstellungssensor 60 zu empfangen. Das Drosselstellungssignal ist vorzugsweise ein der Stellung des (nicht dargestellten) Gaspedals des Fahrzeugs entsprechendes analoges Signal. Das Drosselstellungssignal wird daher zur Verwendung durch den Regler 52 durch entweder den A/D-Teil 58 oder den externen A/D-Wandler 62 in ein digitales Signal umgewandelt. Die vorliegende Erfindung zieht jedoch ferner in Betracht, dass der Drosselstellungssensor 60 ein der Stellung des Gaspedals entsprechendes digitales Signal liefern kann, so dass weder der A/D-Teil 58 noch der A/D-Wandler 62 benötigt werden.
In dem Regelungssystem 50 für eine Motordrehzahl sind die Funktionen des Motordrehzahlreglers, die bezüglich der 1–4 beschrieben wurden, wie z.B. der Summierknoten 14 und PID-Regler 16, im Regler 52 enthalten. Wie im folgenden ausführlicher erläutert wird, sind die Reglerfunktionen in dem Regler 52 als ein Softwarealgorithmus implementiert, um eine PI'D-Funktion zu erzeugen. Bei solch einem Aufbau empfängt der Regler 52 an einem Motordrehzahlseingang (ESI) ein einer tatsächlichen Motordrehzahl entsprechendes Motordrehzahlsignal vom Motordrehzahlsensor 32, der sich in dem Motor 30 befindet. Wie bei dem Drosselstellungssignal ist das Motordrehzahlsignal ein durch den Motordrehzahlsensor 32 geliefertes analoges Signal. An sich erfordert der Regler 52 einen zweiten A/D-Teil 59, um das analoge Motordrehzahlsignal in ein digitales Motordrehzahlsignal zur Verwendung durch den Regler 52 umzuwandeln. Der Regler 52 kann alternativ ohne einen A/D-Teil 59 vorgesehen sein, und ein zweiter Zusatz-A/D-Wandler 61 kann außerhalb des Reglers 52 vorgesehen sein, um diese Funktion auszuführen. Schließlich zieht, wie bei dem Drosselstellungssensor 60, die vorliegende Erfindung in Betracht, dass der Motordrehzahlsensor 32 ein digitales Motordrehzahlsignal liefern kann, so dass weder der A/D-Teil 59 noch der Zusatz-A/D-Wandler 61 erforderlich sind. Schließlich weist der Regler 52 ferner einen Ausgang AUS auf, der ein Kraftstoffsteuersignal 55 entsprechend der geregelten Motordrehzahl an das Kraftstoffsystem 28 des Motors 30 liefert.
In 5B ist eine andere Ausführungsform eines Regelungssystems 70 für eine Motordrehzahl gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Verschiedene Komponenten in dem System 70 sind mit denjenigen identisch, die bezüglich der 1, 3 und 5A beschrieben wurden, und daher werden gleiche Bezugszahlen verwendet, um gleiche Komponenten zu identifizieren.
Das System 70 ist größtenteils mit dem System 50 von 5A identisch, außer dass ein Summierknoten 78 und PI'D-Regler 80 Komponenten außerhalb eines Reglers 72 gelegen sind. Der Regler 72 benötigt somit keinen Eingang ESI oder A/D-Teil 59 (oder Zusatz-A/D-Wandler 61) und hat einen Ausgang AUS, der mit einem Summierknoten 78 verbunden ist. Der Summierknoten 78 wiederum ist mit dem PI'D-Regler 80 verbunden, der an das Kraftstoffsystem 28 des Motors 30 ein Kraftstoffsteuersignal liefert. Sowohl der PI'D-Regler 80 (5B) als auch die PI'D-Funktion, die in einem Softwarealgorithmus enthalten ist, der durch den Regler 52 (5A) ausgeführt werden kann, sind in vielerlei Hinsicht dem PID-Regler 16 der 1 und 3 ähnlich, außer dass dessen Integralteil modifiziert worden ist, um einen vollen Regelabweichungsbereich zu liefern, wie im folgenden ausführlich beschrieben wird. Alternativ muss das System 70 nicht durch den Regler 72 geregelt werden, und die analoge Ausgabe von dem Drosselstellungssensor 60 kann direkt in die Summierschaltung 78 eingegeben werden. Ist das System 70 so konfiguriert, kann ein rein analoges PI'D-Regelungssystem verwirklicht werden.
Mit Hilfe des Flussdiagramms von 6 wird nun die Funktion des Regelungssystems 50 oder 70 für eine Motordrehzahl der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. Das Flussdiagramm von 6 stellt den Ablauf eines Softwareprogramms oder -algorithmus dar, der durch entweder den Regler 52 oder 72 beim Regeln der Motordrehzahl des Motors 30 ausgeführt werden kann. Die Programmausführung beginnt bei Schritt 100, und bei Schritt 102 wird das durch den Drosselstellungssensor 60 gelieferte Drosselstellungssignal am Eingang TPI gelesen. Falls das Drosselstellungssignal ein analoges Signal ist, wird das Signal durch den A/D-Teil 58 (oder alternativ den A/D-Wandler 62) skaliert oder in eine digitale Form umgewandelt. Falls das Drosselstellungssignal ein digitales Signal ist, wird der A/D-Teil 58 (oder alternativ der A/D-Wandler 62) weggelassen, und das digitale Drosselstellungssignal wird durch den Regler 52 (oder 72) am Eingang TPI einfach gelesen. Die Programmausführung geht vom Schritt 102 bei Schritt 104 weiter, wo das durch den Motordrehzahlsensor 32 gelieferte Motordrehzahlsignal gelesen wird. In dem Regelungssystem 50 für eine Motordrehzahl (5A) entspricht der Schritt 104 einem Lesen des Motordrehzahlsignals am Eingang ESI. Falls das Motordrehzahlsignal ein analoges Signal ist, wird das Signal durch den A/D-Teil 59 (oder alternativ den A/D-Wandler 61) skaliert oder in eine digitale Form umgewandelt. Falls das Motordrehzahlsignal ein digitales Signal ist, wird der A/D-Teil 59 (oder alternativ der A/D-Wandler 61) weggelassen, und das digitale Motordrehzahlsignal wird einfach durch den Regler 52 am Eingang ESI gelesen. Alternativ entspricht in dem Regelungssystem 70 für eine Motordrehzahl (5B) der Schritt 104 einem Empfang des Motordrehzahlsignals vom Motordrehzahlsensor 32 an einem negativen Eingang des Summierknotens 78.
Die Programmausführung geht vom Schritt 104 bei Schritt 106 weiter, wo das Drosselstellungssignal in dem Regler 52 (oder 72) in ein Bezugsdrehzahl entsprechend einer gewünschten Motordrehzahl umgewandelt wird. Diese Umwandlung wird vorzugsweise mit einer Nachschlagtabelle ausgeführt, wie sie in der Computertechnik bekannt ist. Die Nachschlagtabelle ist im wesentlichen ein Querverweisinstrument, das für jeden digitalen Drosselstellungswert einen entsprechenden Motordrehzahlwert enthält.
Vom Schritt 106 geht die Programmausführung bei Schritt 108 weiter, wo die tatsächliche Motordrehzahl von Schritt 104 von der in Schritt 106 bestimmten Bezugsdrehzahl subtrahiert wird, um eine Fehlerdrehzahl zu liefern. Im System 50 (5A) wird ein Schritt 108 in dem Regler 52 als eine ausführbare arithmetische Operation ausgeführt. Im System 70 (5B) jedoch wird die Bezugsmotordrehzahl am Ausgang AUS des Reglers 72 an einen positiven Eingang des Summierknotens 78 geliefert. Der Schritt 108 wird somit im System 70 durch den Summierknoten 78 automatisch ausgeführt. Weil das Motordrehzahlsignal vorzugsweise ein analoges Signal ist, enthält der Regler 72 einen Teil 77 für eine Digital-Analog(D/A)-Umwandlung, um die digitale Bezugsdrehzahl in eine analoge Drehzahl umzuwandeln. Obwohl in 5B nicht dargestellt ist, versteht es sich, dass der Regler 72 nicht mit einem D/A-Teil 77 ausgestattet sein muss und diese Funktion durch einen Zusatz-D/A-Wandler außerhalb des Reglers 72 ausgeführt werden kann. Alternativ kann der Summierknoten 78 solch einen D/A-Wandler enthalten.
Die Programmausführung geht von Schritt 108 bei Schritt 110 weiter, wo die PI'D-Reglerfunktion ausgeführt wird, um ein Kraftstoffsteuersignal aus dem Fehlerdrehzahlsignal zu erzeugen. Im System 50 (5A) wird die PI'D-Reglerfunktion als eine Softwarefunktion in dem Regler 52 ausgeführt. Im System 70 (5B) wird die PI'D-Funktion durch den PI'D-Regler 80 ausgeführt. Die bevorzugte Form der PI'D-Funktion und auch eine bevorzugte Ausführungsform davon werden im folgenden ausführlicher diskutiert.
Die Programmausführung geht vom Schritt 110 bei Schritt 112 weiter, wo ein Kraftstoffsteuersignal 55 in der Form eines Motordrehmomentbefehls am Ausgang des PI'D-Reglers geliefert wird. Im System 50 (5A) entspricht der Schritt 112 einem Liefern des Motordrehmomentbefehls an das Motorkraftstoffsystem 28 am Ausgang AUS. Der Motordrehmomentbefehl ist vorzugsweise ein analoges Signal, so dass der Regler 52, wie der Regler 72, einen Teil 57 für eine Digital-Analog(D/A)-Umwandlung enthält. Im Regler 52 wandelt jedoch der D/A-Umwandlungsteil 57 den digitalen Mo tordrehmomentbefehl in ein analoges Signal um. Obwohl in 5A nicht dargestellt, versteht es sich, dass der Regler 52 nicht mit einem D/A-Teil 57 ausgestattet sein muss und diese Funktion durch einen Zusatz-D/A-Wandler außerhalb des Reglers 52 geliefert werden kann. Alternativ kann das Kraftstoffsystem 28 solch einen D/A-Wandler enthalten. Im System 70 (5B) entspricht der Schritt 112 einem Liefern des Kraftstoffsteuersignals 55 an das Motorkraftstoffsystem 28 am Ausgang des PI'D 80. In jedem Fall weist das Kraftstoffsteuersignal 55 die (nicht dargestellten) Stellglieder des Kraftstoffsystems im Kraftstoffsystem 28 an, den Motor 30 gemäß dem PI'D-Drehmomentbefehl mit Kraftstoff zu versorgen, um dadurch die tatsächliche Motordrehzahl zu regeln.
Der vorerwähnte Algorithmus wird mehrmals pro Sekunde und in einer bevorzugten Ausführungsform alle 20 Millisekunden ausgeführt. Die Programmausführung geht somit vom Schritt 112 bei Schritt 114 weiter, wo der Regler 52 (oder 72) überprüft, ob seit dem Schritt 102 20 Millisekunden verstrichen sind. Falls nicht, kehrt der Algorithmus zum Schritt 114 zurück. Falls seit dem Schritt 102 20 Millisekunden verstrichen sind, kehrt der Algorithmus zum Schritt 102 zurück, um den Algorithmus neu zu starten.
Wieder mit Verweis auf Schritt 110 des Flussdiagramms von 6 wird die PI'D-Funktion, die durch den Regler 52 (5A) oder durch den PI'D-Regler 80 (5B) als eine Softwarefunktion ausgeführt werden kann, ausführlich beschrieben. Um einen vollen Regelabweichungsbereich mit einem PID-Regler, wie z.B. dem in den 1 und 3 dargestellten PID-Regler 16, zu liefern, ist es notwendig, dessen Integralteil zu modifizieren, um eine Regelabweichungsverstärkung an dem Pol der Übertragungsfunktion entsprechend dem Integralteil des PID-Reglers zu liefern. Dadurch wird zugelassen, dass eine Regelabweichung geändert wird, indem nur der Betrag einer Regelabweichungsverstärkung geändert wird. Ein Beispiel solch einer Modifikation des PID-Reglers 16, um einen PI'D-Regler 80 (oder die in dem Regler 52 ausführbare PI'D-Funktion) zu liefern, kann durch Betrachtung der resultierenden PI'D-Übertragungsfunktion H₃ gesehen werden: H3 = [4,5(z – 0,988)(z – 0,882)]/[(z – 0,9990)(z – 0,366)].
Die Übertragungsfunktion H₃ ist folglich mit der Übertragungsfunktion H₁ identisch, außer dass der ursprünglich bei z = 1 gelegene Pol zu z = 0,9990 verschoben worden ist. Wie bei dem PID-Regler 16 ist das durch den PI'D-Regler gelieferte Kraftstoffsteuersignal eine Funktion des Betrags der Fehlerdrehzahl (Proportional), der Dauer der Fehlerdrehzahl (Integral) und auch der Richtung und Rate einer Änderung der Fehlerdrehzahl (Differenzieren). Weil jedoch der PI'D-Regler eine neu eingeführte Regelabweichungsverstärkung enthält, ist das durch den PI'D-Regler gelieferte Kraftstoffsteuersignal auch einer Motorbelastung derart proportional, dass die tatsächliche Motordrehzahl abnimmt, während die Motorbelastung zunimmt.
Der resultierende Frequenzgang des PI'D-Reglers der vorliegenden Erfindung ist in dem Bode-Diagramm der 7A und 7B zusammen mit dem Frequenzgang des PID-Reglers 16 (1) dargestellt. Gemäß 7A wird der Betrag 85 des stationären Teils des Frequenzgangs durch Einführen der Regelabweichungsverstärkung in den Integralteil des PID-Reglers 16 verringert, worin der Begriff "stationär" für diese Beschreibung für Frequenzen unterhalb von annähernd 1 Hz definiert ist. Der dynamische Frequenzgang ist auf der anderen Seite mit dem dynamischen Frequenzgang 36 des PID-Reglers 16 identisch, worin der Begriff "dynamisch" für diese Beschreibung für Frequenzen oberhalb von annähernd 1 Hz definiert ist. Der Phasengang 88 (7B) wird ähnlich nur in dem stationären Bereich beeinflusst (positiver gemacht) und entspricht bei dynamischen Frequenzen dem Phasengang 38 des PID-Reglers 16. Eine Verringerung der Regelabweichungsverstärkung bewirkt, dass der Pol des Integralteils von 1,0 weg zu kleineren Werten verschoben wird, was auch bewirkt, dass nur der Betrag des stationären Frequenzgangs verringert wird. Eine Erhöhung der Regelabweichungsverstärkung bewirkt auf der anderen Seite, dass der Pol des Integralteils auf 1,0 zu verschoben wird, was auch bewirkt, dass nur der Betrag des stationären Frequenzgangs erhöht wird. Somit wird, indem der Integralteil des PID-Reglers 16 modifiziert wird, um eine Regelabweichungsverstärkung zu liefern, die mit dem ursprünglich bei z = 1 gelegenen Pol des Integralteils zusammenhängt, ein neuer PI'D-Regler (80 in 5B und in 5B im Regler 52 enthalten) geschaffen. Der resultierende PI'D-Regler weist eine zusätzliche Regelabweichungseigenschaft gegenüber dem Regelungssystem 15 von 3 auf (vgl. das Bode-Diagramm der 4A und 4B), leidet aber nicht an den vorher diskutierten Nachteilen des Systems 15, die bei höheren Frequenzen beobachtet werden. Mit dem PI'D-Regler kann eine Null-Regelabweichung eingebaut werden, um ein streng isochrones Verhalten zu erreichen, indem die Stelle des Pols des Integralteils näher zu z = 1,0 verschoben wird, was einem Erhöhen der neu eingeführten Regelabweichungsverstärkung entspricht. Umgekehrt, kann ein gewünschtes Verhältnis einer Motordrehzahlabnahme zur Motorbelastungszunahme ohne Beeinflussung der Systemstabilität geliefert werden, indem der Pol des Integralteils von 1,0 weg zu kleineren Werten verschoben wird, was einer Verringerung der Regelabweichungs verstärkung entspricht. Ein voller Regelabweichungsbereich kann somit mit dem PI'D-Regler verwirklicht werden.
In 8 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform 120 der internen Struktur des PI'D-Reglers (80 von 5B und in dem Regler 52 in 5A enthalten) dargestellt. Im PI'D-Regler 120 wird die Bezugsdrehzahl BEZUGSDREHZAHL für den Motor an einen Verzögerungsblock 122 und danach an einen negativen Eingang eines Summierknotens 124 geliefert. Zusätzlich wird BEZUGSDREHZAHL an einen positiven Eingang des Summierknotens 124 geliefert. BEZUGSDREHZAHL wird ferner an einen Verstärkungsblock K_i entsprechend der Integralverstärkung, die bezüglich des PID-Reglers 16 allgemein bekannt ist, geliefert. Die Ausgabe des Summierknotens 124 wird ähnlich an Verstärkungsblöcke K_p 128 und K_d 136 geliefert, die den Proportional- bzw. Differenzierverstärkungen entsprechen, die ebenfalls bezüglich des PID-Reglers 16 allgemein bekannt sind.
Die Signale von K_i 126 und K_p 128 werden an positive Eingänge eines Summierknotens 130 geliefert. Die Ausgabe des Summierknotens 130 wird an einen Verstärkungsblock 132 mit einer Verstärkung geliefert, die durch die Gleichung (K_DROOP + 1)/2 definiert ist, worin K_DROOP die neu eingeführte Regelabweichungsverstärkung ist. Das Signal vom Regelabweichungsverstärkungsblock 132 wird an einen positiven Eingang eines Summierknotens 134 geliefert. Die Ausgabe des Summierknotens 134 wird an einen positiven Eingang eines Ausgangs-Summierknotens 152 und an einen Verzögerungsblock 150 geliefert. Die Ausgabe des Verzögerungsblocks 150 wird an einen Regelabweichungsverstärkungsblock 148 mit einer Verstärkung K_DROOP und danach an einen anderen positiven Eingang des Summierknotens 134 geliefert.
Die Ausgabe des K_d-Verstärkungsblocks 136 wird an einen Regelabweichungsverstärkungsblock 138 mit einer Verstärkung geliefert, die durch die Gleichung (K_DROOP + 1)/2 definiert ist. Die Ausgabe des Regelabweichungsverstärkungsblocks 138 wird an einen positiven Eingang eines Summierknotens 140 geliefert. Die Ausgabe des Summierknotens 140 wird an einen anderen positiven Eingang des Ausgangs-Summierknotens 152 und an einen Verzögerungsblock 144 geliefert. Die Ausgabe des Verzögerungsblocks 144 wird an einen Regelabweichungsverstärkungsblock mit einer Verstärkung, die durch die Gleichung (K_DROOP – 1) definiert ist, und danach an einen anderen positiven Eingang des Summierknotens 134 geliefert. Die Ausgabe des Verzögerungsblocks 144 wird ferner an einen Verstärkungsblock 142 geliefert, worin K_DFLT eine festgelegte Verstärkung ist, die mit dem Differenzierteil des PI'D-Reglers zusammenhängt. Die Ausgabe des Verstärkungsblocks 142 wird an einen anderen positiven Eingang des Summierknotens 140 geliefert. Schließlich ist die Ausgabe des Summierknotens 152 die Ausgabe des PI'D-Reglers, der das Kraftstoffsteuersignal liefert, um das Kraftstoffsystem 28 des Motors 30 zu betätigen.
Der vorerwähnte PI'D-Regler 120 kann, wie er vorher diskutiert wurde, als ein Softwarealgorithmus, wie z.B. in dem Regler 52 des Systems 50 (5A), oder als ein System von Komponenten, wie z.B. im System 70 (5B), implementiert sein. Es sollte hervorgehoben werden, dass, wenn die Verstärkungsvariable K_DROOP gleich 1,0 ist, sich eine Standardimplementierung eines isochronen PID-Reglers 16 ergibt. Ähnlich ergibt sich, wenn die Verstärkungsvariable K_DROOP zwischen 0 und 1 liegt, der Motordrehzahlregler mit veränderlicher Regelabweichung der vorliegenden Erfindung.
Unter Verwendung wohlbekannter Systemgleichungen und -verfahren ist die Übertragungsfunktion H₄ des PI'D-Reglers 120 durch die folgende Gleichung gegeben: H4 = [(K_DROOP + 1)/2][Kp + Ki + Kd]z2 + (–Kp (K_DFLT + 1) – Ki K_DFLT – 2Kd)z + (Kp K_DFLT + Kd)]/[(z – K_DFLT(z – K_DROOP)]
Es sollte bemerkt werden, dass sich in der Übertragungsfunktion H₄ der Verstärkungsausdruck K_DROOP entsprechend der neu eingeführten Regelabweichungsverstärkung in dem Zählerpolynom nicht zeigt, so dass sich keine Nullstellenverschiebung ergibt. Ferner befinden sich die beiden Pole bei K_DFLT und K_DROOP, so dass eine Änderung von K_DROOP nur einen Pol ändert. Die beiden Nullstellen sind jeweils Funktionen von K_p, K_i, K_d und K_DFLT. Die Implementierung des PI'D-Reglers 120, wie er in 8 dargestellt ist, gestattet somit, dass die stationäre Verstärkung ohne eine Beeinflussung der dynamischen Kompensation geändert wird, die durch die verbleibenden Verstärkungen K_p, K_i, K_d und K_DFLT geliefert wird.
Obwohl die Erfindung in den Zeichnungen und der vorhergehenden Beschreibung ausführlich veranschaulicht und beschrieben worden ist, stellt dies keine Beschränkung dar, und es versteht sich, dass nur die bevorzugte Ausführungsform gezeigt und beschrieben worden ist und alle Änderungen und Abwandlungen, die innerhalb des Erfindungsgedankens liegen, geschützt werden sollen. Zum Beispiel stellt die Implementierung des PI'D-Reglers 120, der in 8 dargestellt ist, eine Ausführungsform eines PI'D-Reglers gemäß der vorliegenden Erfindung dar, und Fachleute werden erkennen, dass andere Ausführungsformen leicht konfiguriert werden kön nen, um die oben dargelegten Konzepte auszuführen. Als ein anderes Beispiel kann der hierin beschriebene PI'D-Regler, obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, in einem System verwendet werden, das eine Regelabweichung beruhend auf bestimmten Fahrzeug- und Motorbetriebszuständen ändert. Auch dies liegt innerhalb des Erfindungsgedankens. Als ein weiteres Beispiel kann die Regelabweichungsverstärkung K_DROOP derart erhöht werden, dass der Pol des Integralteils größer als 1 (Z > 1) ist. Eine "negative" Regelabweichung kann somit durch den PI'D-Regler der vorliegenden Erfindung geschaffen werden, so dass die stationäre Motordrehzahl zunimmt, während eine Motorbelastung zunimmt. Eine Regelabweichung mit dem PI'D-Regler der vorliegenden Erfindung kann einen vollen Bereich positiver und negativer Werte umfassen.

Claims

Verfahren zum Regeln der Motordrehzahl eines Verbrennungsmotors mit einem damit verbundenen Drosselstellungssensor, um eine Drosselstellung abzufühlen, einem Motordrehzahlsensor zum Abfühlen einer tatsächlichen Motordrehzahl und einem Kraftstoffsystem, das auf ein Kraftstoffsteuersignal anspricht, um den Motor mit Kraftstoff zu versorgen, mit den folgenden Schritten: (1) Abfühlen einer Drosselstellung und Bestimmen einer gewünschten Motordrehzahl daraus; (2) Abfühlen einer tatsächlichen Motordrehzahl; (3) Bestimmen einer Fehlerdrehzahl, die die Differenz zwischen der gewünschten Motordrehzahl und der tatsächlichen Motordrehzahl ist; (4) Erzeugen eines Kraftstoffsteuersignals aus der Fehlerdrehzahl, das eine Funktion von zumindest dem Betrag, der Dauer und Rate einer Änderung der Fehlerdrehzahl ist; und (5) Versorgen des Motors mit Kraftstoff gemäß dem Kraftstoffsteuersignal, um dadurch die tatsächliche Motordrehzahl zu regeln; dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion des im Schritt (4) erzeugten Kraftstoffsteuersignals im stationären Bereich derart eingestellt wird, dass das Kraftstoffsteuersignal einer Motorbelastung derart proportional ist, dass die tatsächliche Motordrehzahl abnimmt, während die Motorbelastung zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt (4) die folgenden Schritte umfasst: (4a) Liefern einer Korrekturfunktion für einen Drehzahlfehler, die einen dieser zugeordneten Pol hat; (4b) Anwenden der Drehzahlfehlerkorrekturfunktion auf die Fehlerdrehzahl, um das Kraftstoffsteuersignal zu erzeugen; und (4c) Einstellen des Pols für den stationären Bereich der Drehzahlfehlerkorrekturfunktion für einen Drehzahlfehler auf eine Stelle, die ein gewünschtes Verhältnis einer Motordrehzahlabnahme zu einer Motorbelastungszunahme liefert.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt (4) die folgenden Schritte umfasst: (4a) Liefern einer Verstärkungsfunktion mit einem vorbestimmten Frequenzgang; (4b) Anwenden der Verstärkungsfunktion auf die Fehlerdrehzahl, um das Kraftstoffsteuersignal zu erzeugen; und (4c) Einstellen allein der stationären Verstärkung der Verstärkungsfunktion, um ein gewünschtes Verhältnis einer Motordrehzahlabnahme zu einer Motorbelastungszunahme zu liefern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kraftstoffsteuersignal diesem zugeordnete Proportional-, Integral- und Differenzierteile hat und eine Übertragungsfunktion aufweist, die eine Funktion der Proportional-, Integral- und Differenzierteile ist, worin der Schritt (4) die folgenden Schritte umfasst: (4a) Konfigurieren des Kraftstoffsteuersignals derart, dass dessen Übertragungsfunktion im stationären Bereich einen mit dem Integralteil zusammenhängenden Pol hat; (4b) Versehen des Integralteils mit einer Regelabweichungsverstärkung, die mit dem Pol des Integralteils zusammenhängt; und (4c) Ändern des Betrags der Regelabweichungsverstärkung, um dadurch die Stelle des Pols des Integralteils zu ändern, wobei die Polstelle des Integralteils den Regelabweichungsbetrag in dem Kraftstoffsteuersignal bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt (1) den Schritt umfasst: Konfigurieren des Kraftstoffsteuersignals derart enthält, dass dessen Übertragungsfunktion einen anderen, mit dem Differenzierteil zusammenhängenden Pol hat.
Verfahren nach Anspruch 5, mit folgendem Schritt nach dem Schritt (1): (1a) Versehen des Differenzierteils mit einer festgelegten Verstärkung, die mit dem Pol des Differenzierteils zusammenhängt.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Schritt (1) umfasst: Konfigurieren des Kraftstoffsteuersignals derart enthält, dass dessen Übertragungsfunktion zumindest zwei Nullstellen hat, die mit einer Kombination der Proportional-, Integral- und Differenzierteile zusammenhängen.
Verfahren nach Anspruch 7, mit folgendem Schritte nach dem Schritt (1a): (1b) Versehen des Proportionalteils mit einer Proportionalverstärkung; (1c) Versehen des Integralteils mit einer Integralverstärkung; (1d) Versehen des Differenzierteils mit einer Differenzierverstärkung; worin die Nullstellen der Übertragungsfunktion jeweils eine Funktion der Proportional-, Integral-, Differenzier- und festgelegten Verstärkungen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kraftstoffsteuersignal einen Proportionalteil, einen Integralteil und einen Differenzierteil hat und einen diesem zugeordneten Frequenzgang aufweist, worin der Schritt (4) die folgenden Schritte umfasst: (4a) Konfigurieren des Kraftstoffsteuersignals derart, dass der Betrag seines stationären Frequenzgangs nur von einer dem Integralteil zugeordneten Regelabweichungsverstärkung abhängt; und (4b) Ändern des Betrags der Regelabweichungsverstärkung, um dadurch den Betrag des stationären Frequenzgangs zu ändern, wobei der Betrag des stationären Frequenzgangs den Regelabweichungsbetrag in dem Kraftstoffsteuersignal bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Schritt (1) umfasst: Konfigurieren des Kraftstoffsteuersignals derart einschließt, dass der Betrag des dynamischen Frequenzgangs eine Funktion von zumindest einer mit dem Proportionalteil zusammenhängenden Proportionalverstärkung, einer mit dem Integralteil zusammenhängenden Integralverstärkung und einer mit dem Differenzierteil zusammenhängenden Differenzierverstärkung ist.
Regelungssystem zum Regeln der Geschwindigkeit eines Verbrennungsmotors mit einer Drossel mit: – einem Drosselstellungssensor zum Abfühlen einer Drosselstellung und Liefern eines dazu entsprechenden Drosselstellungssignals; – einem Motordrehzahlsensor zum Abfühlen einer Motordrehzahl und Liefern eines dazu entsprechenden Motordrehzahlsignals; – einem Kraftstoffsystem, dass auf ein Kraftstoffsteuersignal anspricht, um den Motor mit Kraftstoff zu versorgen; und – einem Motordrehzahlregler, der auf das Drosselstellungssignal anspricht, um ein dazu entsprechendes Bezugsgeschwindigkeitssignal zu liefern, wobei der Regler auf das Bezugsgeschwindigkeitssignal und das Motordrehzahlsignal anspricht, um ein Fehlerdrehzahlsignal zu bestimmen, das der Differenz dazwischen entspricht, und ferner auf das Fehlerdrehzahlsignal anspricht, um aus dem Fehlerdrehzahlsignal das Kraftstoffsteuersignal zu erzeugen, wobei das Kraftstoffsteuersignal eine Funktion von zumindest dem Betrag, der Dauer und Rate einer Änderung des Fehlerdrehzahlsignals ist; dadurch gekennzeichnet, dass – die Funktion des Kraftstoffsteuersignals im stationären Bereich eine gewünschte Proportionalität des Kraftstoffsteuersignals von der Motorbelastung derart bestimmt, dass die Motordrehzahl abnimmt, während die Motorbelastung zunimmt.
Regelungssystem nach Anspruch 11, bei dem der Motordrehzahlregler einen Proportionalteil, einen Integralteil und einen Differenzierteil enthält, wobei die Proportional-, Integral- und Differenzierteile eine Übertragungsfunktion des Motordrehzahlreglers definieren.
Regelungssystem nach Anspruch 12, bei dem – die Übertragungsfunktion einen nur dem Integralteil entsprechenden Pol hat; und – der Integralteil eine Regelabweichungsverstärkung enthält, die mit dem Pol des Integralteils zusammenhängt.
Regelungssystem nach Anspruch 13, bei dem – die Regelabweichungsverstärkung veränderlich ist, um dadurch die Stelle des Pols des Integralteils zu ändern; und – die Stelle des Pols des Integralteils den Betrag einer Motordrehzahlabnahme bei einer Motorbelastungszunahme bestimmt.
Regelungssystem nach Anspruch 14, bei dem – der Betrag einer Motordrehzahlabnahme bei einer Motorbelastungszunahme ein Verhältnis der Motordrehzahlabnahme zur Motorbelastungszunahme definiert; und – das Verhältnis zunimmt, während die Regelabweichungsverstärkung abnimmt.
Regelungssystem nach Anspruch 11, bei dem – der Motordrehzahlregler eine Übertragungsfunktion mit wenigstens einem Pol im stationären Bereich definiert, wobei die Stelle das Pols veränderlich ist, um dadurch den Motordrehzahlregler mit einem entsprechend veränderlichen Regelabweichungsbereich zu versehen; und – der Motordrehzahlregler auf das Motordrehzahlfehlersignal anspricht, um das Kraftstoffsteuersignal an das Motorkraftstoffsystem gemäß der Übertragungsfunktion zu liefern.
Regelungssystem nach Anspruch 16, bei dem der Motordrehzahlregler umfasst: – einen Proportionalteil mit einer diesem zugeordneten Proportionalverstärkung; – einen Integralteil mit diesem zugeordneter Integralverstärkung und Regelabweichungsverstärkung; – einen Differenzierteil mit diesem zugeordneter Differenzierverstärkung und Zusatzverstärkung; wobei – der Pol der Übertragungsfunktion nur mit der Regelabweichungsverstärkung derart zusammenhängt, dass die Stelle des Pols durch Ändern des Betrags der Regelabweichungsverstärkung geändert wird.
Regelungssystem nach Anspruch 11, bei dem – der Motordrehzahlregler einen diesem zugeordneten Frequenzgang aufweist, wobei nur der Betrag des stationären Teils des Frequenzgangs des Motordrehzahlreglers veränderlich ist, um dadurch den Motordrehzahlregler mit einem entsprechend veränderlichen Regelabweichungsbereich zu versehen; und – der Motordrehzahlregler auf das Motordrehzahlfehlersignal anspricht, um das Kraftstoffsteuersignal an das Kraftstoffsystem gemäß dem Frequenzgang zu liefern.
Regelungssystem nach Anspruch 18, bei dem der Motordrehzahlregler umfasst: – einen Proportionalteil mit einer damit zusammenhängenden Proportionalverstärkung; – einen Integralteil mit einer Integralverstärkung und einer Regelabweichungsverstärkung, die damit zusammenhängen; – einen Differenzierteil mit einer Differenzierverstärkung und einer Zusatzverstärkung, die damit zusammenhängen; wobei – der stationäre Teil des Frequenzgangs nur mit der Regelabweichungsverstärkung derart zusammenhängt, dass der stationäre Frequenzgang durch Ändern des Betrags der Regelabweichungsverstärkung geändert wird.