DE19753997C1 - Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine zur Kompensation von Ruckelschwingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Brenn­ kraftmaschine zur Kompensation von Ruckelschwingungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Brennkraftmaschine stellt in Verbindung mit einem An­ triebsstrang eines Fahrzeugs ein Übertragungssystem dar, das bei Störeinflüssen zu mehr oder weniger gedämpften Schwingun­ gen angeregt werden kann. Störeinflüsse sind beispielsweise ein Kraftstoffmengensprung bei der Kraftstoffzumessung in die Brennkraftmaschine oder ein von außen verursachter Momenten­ sprung, beispielsweise durch ein Schlagloch in der Fahrbahn verursacht.

Die Schwingungen, die sich durch Drehzahländerungen bemerkbar machen können, liegen üblicherweise im Bereich zwischen 1 und 15 Hz und werden als Ruckeln oder Ruckelschwingungen bezeich­ net.

Aus DE 195 37 787 A1 ist ein Verfahren zum Kompensation von Ruckelschwingungen bekannt. Dort wird das Fahrerwunschsignal mittels eines Übertragungsgliedes gefiltert. Die Parameter des Übertragungsgliedes und damit sein Übertragungsverhalten werden im Betrieb der Brennkraftmaschine abhängig von Be­ triebsparametern verändert. Weiter wird eine unterlagerte Drehzahlregelung für den Instationärbetrieb verwendet, was zu einer beträchtlichen Anzahl von Applikationsparametern führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art fortzubilden, das Ruckelschwingungen weitestgehend kompen­ siert.

Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentan­ spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen (Ansprüche 2 bis 4) gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß wird dem schwingungsfähigen Übertragungssy­ stem aus Kraftstoffzufuhr, Brennkraftmaschine und Antriebs­ strang ein Übertragungsglied vorgeschaltet, dessen Übertra­ gungsfunktion zur Übertragungsfunktion des Übertragungssy­ stems invers ist. Die Übertragungsfunktion des schwingungsfä­ higen Übertragungssystems wird durch ein System zweiter Ord­ nung mit konjugiert komplexer Polstelle beschrieben. Die in­ verse Übertragungsfunktion des in Reihe vorgeschalteten Über­ tragungsgliedes ist in ihren Parametern Zeitkonstante und Dämpfung an die ermittelten Parameter des schwingungsfähigen Übertragungssystems aus Kraftstoffzufuhr, Brennkraftmaschine und Antriebsstrang angepaßt. Auf diese Weise werden die Pol­ stellen des Übertragungssystems kompensiert und das Anregen der Schwingungen weitestgehend vermieden. Das vorgeschaltete Übertragungsglied mit zur Übertragungsfunktion des Übertra­ gungssystems inversem Verhalten vermeidet, daß der kritische Frequenzbereich angeregt wird.

Zur Realisierung der gebrochen rationalen Funktion des Über­ tragungsgliedes sind zusätzliche Parameter im Nenner erfor­ derlich. Es hat sich überraschend gezeigt, daß mit Hilfe die­ ser Parameter eine Lastschlagdämpfung realisierbar ist. Je nach Wahl der Parameter im Nenner der gebrochen rationalen Funktion fällt diese Lastschlagdämpfung unterschiedlich stark aus, und das bei gleichbleibender Dämpfung der Ruckelschwin­ gungen.

Ein weiteres Problem bei Ruckelschwingungen besteht darin, daß sich das Fahrzeug bei Beschleunigungen scheinbar anders verhält als bei Verzögerungen. Die Ursache hierfür liegt in der Drehzahlrückführung bei der Berechnung der Kraftstoffmen­ ge. Einmal aufgetretene Ruckelschwingungen werden durch ein drehzahlabhängiges Kennfeld am Eingang des Übertragungssy­ stems erneut eingespeist. Um dies zu verhindern, ist erfin­ dungsgemäß im Rückkopplungszweig, in dem die Drehzahl dem Kennfeld rückgeführt wird, ein Bandfilter vorgesehen, das den Frequenzbereich der Ruckelschwingungen unterdrückt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zum Durchführen des Verfahrens,

Fig. 2 den Verlauf von Signalgrößen nach dem Stand der Technik und

Fig. 3 Signalgrößen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild zum Durchführen des Verfah­ rens zum Steuern einer Brennkraftmaschine dargestellt. Ein Fahrpedalgeber 1 ermittelt aus einer Fahrpedalstellung einen Fahrerwunsch F. Aus diesem Fahrerwunsch F wird in einem Kenn­ feld 2 unter Verwendung anderer, den Zustand der Brennkraft­ maschine beschreibenden Größen die der Brennkraftmaschine zu­ zuführende Kraftstoffmenge M bestimmt. Diese Kraftstoffmenge M liegt am Ausgang des Kennfeldes 2 an und wird einem Über­ tragungsglied 3 zugeführt. Das Übertragungsglied 3 modifi­ ziert die Kraftstoffmenge M entsprechend seiner Übertragungs­ funktion und stellt am Ausgang das Signal der kompensierten Kraftstoffmenge M K bereit. Das Signal M K wird dem Übertra­ gungssystem 4 zugeführt. Das Übertragungssystem 4 besteht aus der Kraftstoffzufuhr 5, der Brennkraftmaschine 6 sowie dem Antriebsstrang 7 eines Fahrzeuges und wird durch die Übertra­ gungsfunktion 8 beschrieben. Die Übertragungsfunktion 8 gibt an, mit welchem Zeitverhalten die Ausgangsgröße Drehzahl N der Eingangsgröße Kraftstoffmenge folgt. Die Drehzahl N wird dem Kennfeld 2, welches aus dem Fahrerwunsch F die Kraft­ stoffmenge M bestimmt, rückgeführt. Das in diesem Rückfüh­ rungszweig angeordnete Bandfilter 9 wird später erläutert.

Das Übertragungssystem 4 aus Kraftstoffzufuhr 5, Brennkraft­ maschine 6 und Antriebsstrang 7 kann unter bestimmten äußeren Bedingungen zu niederfrequenten Schwingungen angeregt werden. Diese Schwingungseigenschaft des Übertragungssystems 4 ist in Fig. 2 dargestellt. Fig. 2a zeigt einen zum Zeitpunkt t0 sprunghaft auf einen höheren Wert wechselnden Fahrerwunsch F. Die Antwort des Übertragungssystems 4 ist in Fig. 2b zu se­ hen. Die Drehzahl wächst zum Zeitpunkt t0 sprunghaft an und führt eine gedämpfte Schwingung aus, bis sie sich bei einem erhöhten Wert stabilisiert. Die Analyse dieser Sprungantwort des Übertragungssystems 4 zeigt, daß die Übertragungsfunktion 8 durch ein System zweiter Ordnung mit konjugiert komplexer Polstelle (PD2T2-Glied) beschrieben werden kann:

Die Zeitkonstante T1 und die Dämpfung D1 bestimmen die Über­ tragungsfunktion 8 des Übertragungssystems 4.

Die in Fig. 2b dargestellte Schwingung der Drehzahl macht sich im Fahrbetrieb als Ruckelschwingung bemerkbar. Zur Kom­ pensierung führt das Übertragungsglied 2 die inverse Übertra­ gungsfunktion des Übertragungssystems 4 aus. Diese inverse Übertragungsfunktion schreibt sich wie folgt:

Durch die Reihenschaltung des Übertragungsgliedes 3 und des Übertragungssystems 4 werden die Polstellen der Übertragungs­ funktion 8 kompensiert und das Anregen der Ruckelschwingungen weitgehend vermieden. Die zusätzlichen Parameter im Nenner sind für die Realisierung einer gebrochen rationalen Funktion notwendig.

Überraschenderweise ergab sich, daß durch geeignete Wahl der Parameter im Nenner das Übertragungsglied 3 zusätzlich eine Lastschlagdämpfung ausführt. Diese Funktion wird durch die Wahl der Zeitkonstante T2 bestimmt. Fig. 3 zeigt den Einfluß dieser Zeitkonstanten T2. In Fig. 3a ist wieder zum Zeitpunkt t0 ein sprunghafter Wechsel des Fahrerwunsches F auf einen höheren Wert zu sehen. Fig. 3b zeigt den Verlauf des Aus­ gangssignals M K des Übertragungsgliedes 3 und Fig. 3d den Drehzahlverlauf des Übertragungssystems 4. Fig. 3d zeigt den­ selben Verlauf des Fahrerwunsches F wie Fig. 3a. In Fig. 3e ist der Ausgang M K eines Übertragungsgliedes 3 dargestellt, das gegenüber dem Übertragungsglied der Fig. 3b eine größere Zeitkonstante T2 aufweist. Als Resultat ergibt sich in Fig. 3f, daß die Drehzahl N nach dem Zeitpunkt t0 langsamer an­ wächst, wodurch eine größere Lastschlagdämpfung gegeben ist. Es sei darauf hingewiesen, daß unabhängig von der Wahl der Zeitkonstante T2 identische Dämpfung von Ruckelschwingungen gegeben ist.

In Fig. 1 ist in den Zweig, in den die Drehzahl N vom Ausgang des Übertragungssystems 4 zum Kennfeld 2 rückgeführt wird, ein Bandfilter 9 geschaltet. Da einmal aufgetretene Schwin­ gungen durch das drehzahlabhängige Kennfeld 2 dem Übertra­ gungssystem 4 erneut zugeführt werden, würde ohne das Band­ filter 9 die Schwingungsfähigkeit des Übertragungssystems 4 verstärkt. Das Bandfilter 9 filtert deshalb Rückkopplungen im Frequenzbereich der Ruckelschwingungen aus und trägt somit zum Unterdrücken der Ruckelschwingungen bei.

Claims (4)

1. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine, die in Verbindung mit einem Antriebsstrang (7) eines Fahrzeugs ein Übertragungssystem (4) darstellt, das durch Änderungen der Kraftstoffzufuhrmenge zu niederfrequenten Ruckelschwingungen anregbar ist, welche von der Übertragungsfunktion (8) des Übertragungssystems (4) vorgegeben sind und die durch Korrek­ tur der Kraftstoffzufuhr mit Hilfe eines Übertragungsgliedes (3) kompensiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Über­ tragungsfunktion des Übertragungsgliedes (3) zur Übertra­ gungsfunktion des Übertragungssystems (4) invers und in der Frequenzdarstellung eine gebrochen rationale Funktion ist, wobei der Zähler der gebrochen rationalen Funktion gleich dem Nenner der Übertragungsfunktion des Übertragungssystems (4) ist und durch die Wahl einer Zeitkonstante (T1) und einer Dämpfung (D1) im Zähler der inversen Übertragungsfunktion (8) eine Dämpfung der Ruckelschwingungen und durch die Wahl einer Zeitkonstanten (T2) und einer Dämpfung (D2) im Nenner der in­ versen Übertragungsfunktion (8) eine Lastschlagdämpfung er­ folgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsfunktion des Übertragungssystems ein System zwei­ ter Ordnung mit konjugiert komplexer Polstelle (PD2T2-Glied) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 bei Drehzahlrückführung zur Berechnung der zuzuführenden Kraftstoffmenge, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Rückführungszweig ein Bandfilter (9) vorgesehen ist, das den Frequenzbereich der Ruckelschwingun­ gen unterdrückt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 bei Drehzahlrückführung zur Berechnung der zuzuführenden Kraftstoffmenge, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Rückführungszweig ein Tiefpaßfilter (9) angeordnet ist, das den Frequenzbereich der Ruckelschwingun­ gen unterdrückt.