DE19836845B4

DE19836845B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE19836845B4
Application number: DE19836845A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Streib
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-08-14
Filing date: 1998-08-14
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2018-08-15
Also published as: US6251044B1; DE19836845A1; KR100366904B1; JP2000064896A; KR20000017285A; JP3392787B2

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs, wobei wenigstens eine der Größen Drehmoment, Leistung oder Drosselklappenwinkel ermittelt wird, wobei ein maximal zulässiger Wert dieser wenigstens einen Größe vorgegeben wird, und wobei Fehlerreaktionsmaßnahmen eingeleitet werden, wenn die wenigstens eine Größe den maximal zulässigen Wert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung des maximal zulässigen Wertes die zeitliche Änderung der Motordrehzahl der Antriebseinheit berücksichtigt wird und daß der maximal zulässige Wert erhöht wird, wenn eine negative Änderung der Motordrehzahl erkannt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs.
Aus der DE 196 09 242 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs bekannt, bei denen die Steuerfunktionen über die Leistung der Antriebseinheit und die Überwachung dieser Steuerfunktionen von einem einzigen Mikrocomputer durchgeführt werden. Zur Überprüfung der Überwachungsfunktionen ist ein vom Mikrocomputer getrenntes Überwachungsmodul vorgesehen, welches zu gegebener Zeit Testsignale an den Mikrocomputer sendet, der dann die Übewachungsfunktion auf der Basis von Testdaten berechnet. Das Ergebnis der Berechnung wird dem Überwachungsmodul übermittelt, welches durch Vergleich mit gespeicherten Werten die Funktionsfähigkeit der Funktionsüberwachung im Mikrocomputer überprüft.
Aus der DE 40 24 894 A1 ist ein Schleppfahrzeug für Flugzeuge bekannt, bei dem der Motor durch das Gaspedal über einen Regler derart gesteuert wird, dass beim Gasgeben der Anstieg der vom Schleppfahrzeug auf das Bugfahrwerk des Flugzeugs ausgeübten Zugkraft begrenzt wird. Die Regelung des Zugkraftanstiegs erfolgt in Abhängigkeit von der Zunahme der Motordrehzahl und/oder von der Beschleunigung des Fahrzeugs. Letztere kann durch Drehzahlmessung an allen Fahrzeugrädern, Mittelwertbildung und Differentiation erfasst werden.
Aus der DE 39 13 609 A1 ist ein Fehlererkennungssystem für eine Kraftfahrzeug-Maschine bekannt. Dabei ist bei einem Kraftfahrzeug ein Fahrpedalsensor vorgesehen, um den Grad des Niederdrückens des Fahrpedals des Kraftfahrzeugs festzustellen. Über einen Drehmomentsensor kann das Ausgangsmoment der Maschine abgetastet werden. In einem Speicher sind Bezugsmomente gespeichert, in Übereinstimmung mit dem Grad des Niederdrückens des Fahrpedals und der Maschinendrehzahl. Das vom Drehmomentsensor festgestellte Drehmoment wird mit einem Bezugsmoment verglichen, welches aus dem Speicher in Übereinstimmung mit dem Grad des Niederdrückens des Fahrpedals und der Maschinendrehzahl abgeleitet wird. Wenn das festgestellte Drehmoment einen zulässigen Bereich übersteigend vom abgeleiteten Bezugsmoment abweicht, so wird ein Fehler angezeigt.
Aus der DE 195 36 038 A1 ist bekannt, daß auf der Basis wenigstens einer Betriebsgröße, z. B. der Fahrpedalstellung ein maximal zulässiges Motordrehmoment bzw. eine maximal zulässige Motorleistung abgeleitet wird. Diese wird mit dem aktuellen Drehmoment bzw. der aktuellen Leistung der Antriebseinheit verglichen, wobei bei Überschreiten des maximal zulässigen Wertes durch den Istwert Fehlerreaktionsmaßnahmen eingeleitet werden. Diese können beispielsweise in einem Abschalten der Kraftstoffzufuhr bestehen, bis der Istwert den maximal zulässigen Wert wieder unterschreitet.
Bei den geschilderten Überwachungsmaßnahmen besteht ein Zielkonflikt hinsichtlich der Funktionalität der Antriebseinheit und der Schärfe der beschriebenen Überwachung. Zumindest in einigen Betriebszuständen, beispielsweise wenn das Gaspedal sich in Leerlaufstellung befindet, muß ein relativ großes Moment bzw. eine relative große Leistung zuge lassen werden, damit die Leerlaufregelung Störgrößen wie einen zu schaltenden Klimakompressor, eine Lenkhilfepumpe oder ein Schleifenlassen der Kupplung kompensieren kann. Die maximal zulässigen Werte müssen in solchen Betriebssituationen auf Werte festgelegt werden, die im Fehlerfall bereits zu einem unerwünschten Beschleunigen des Fahrzeugs führen können.
Es ist Aufgabe der Erfindung, diesen Zielkonflikt zu lösen.
Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht.
Vorteile der Erfindung
Der beschriebene Zielkonflikt zwischen der Funktionalität der Antriebseinheit und der Schärfe der Überwachung wird erfolgreich gelöst. Besonders vorteilhaft ist, daß in Betriebssituationen, in denen ein relativ hoher zulässiger Wert vorgegeben werden muß, um eine unbeabsichtigtes Ansprechen der Überwachungsfunktion zu verhindern, ein gegenüber anderen Betriebssituationen erhöhter zulässiger Wert vorgegeben wird, ohne das es im Fehlerfall zu einer unerwünschten Beschleunigung des Fahrzeugs kommen kann.
Besonders vorteilhaft ist die Einbeziehung der zeitlichen Änderung der Motordrehzahl bei der Bestimmung des zulässigen Werts, weil dadurch bei negativer zeitlicher Änderung einen Erhöhung des zulässigen Wert vorgenommen werden kann, während bei ansteigender oder konstanter Drehzahl ein verhältnismäßig niedriger zulässiger Wert vorgegeben wird. Im Fehlerfall sind damit unerwünschte Beschleunigungen weitgehend verhindert, da eine fallende Drehzahl in der Regel unerwünschte Beschleunigungen ausschließt. Wenn also Störgrößen wie Klimakompressor, Servolenkung, Kupplungsbetätigung, etc. zu einem Drehzahleinbruch führen, kann die Leerlaufregelung diese Einbruch wirksam kompensieren, ohne daß die Überwachungsfunktion anspricht.
Vorteilhaft ist, die Erhöhung des zulässigen Werts nur in bestimmten Betriebssituationen zuzulassen, insbesondere nur dann, wenn das Gaspedal sich in Leerlaufstellung (losgelassen) befindet.
Besonders vorteilhaft ist, die Aufweitung des zulässigen Wertes bei negativer Drehzahländerung eine vorgegegene Zeitlang nach Ende des Drehzahlabfalls beizubehalten, weil dadurch die Leerlaufregelung die Drehzahl nach dem Drehzahleinbruch schnell wieder auf den vorgegebenen Wert steuern kann.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. 1 zeigt eine Steuervorrichtung für eine Antriebseinheit, bei welcher die nachfolgend beschriebene Vorgehensweise realisiert ist. 2 stellt ein Flußdiagramm dar, welches die Realisierung der beschriebenen Lösung als Rechnerprogramm darstellt. In 3 ist die Wirkungsweise dieser Lösung anhand von Zeitdiagrammen verdeutlicht.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
In 1 ist eine Steuereinheit 10 für eine Antriebseinheit 12 dargestellt, welche im wesentlichen aus einer Eingangsschaltung 14, einem Mikrocomputer 16, eine Ausgangsschaltung 18 und ein diese Elemente verbindendes Kommunikationssystem 20 besteht. Über Eingangsleitungen werden der Steuereinheit 10 Betriebsgrößen der Antriebseinheit und/oder des Fahrzeugs zugeführt, die in der Steuereinheit 10 durch den Mikrocomputer in Ansteuersignale zur Steuerung der Antriebseinheit 12 umgesetzt werden. Insbesondere sind mit Blick auf die nachfolgend beschriebene Lösung folgende Eingangsgrößen vorgesehen. Über eine Eingangsleitung 22 wird der Steuereinheit 10 von einer Meßeinrichtung 24 eine die Auslenkung eines Fahrpedals repräsentierende Größe β zugeführt. Ferner wird über die Leitung 26 von einer entsprechenden Meßeinrichtung 28 eine die Motordrehzahl repräsentierende Größe NMOT übertragen. Ferner sind Eingangsleitungen 30 bis 34 vorgesehen, die von entsprechenden Maßeinrichtungen 36 bis 40 weitere Betriebsgrößen zuführen, die bei der Durchführung der nachfolgend beschriebenen Lösung sowie bei anderen Funktionen im Rahmen der Funktionsweise der Steuereinheit 10 Verwendung finden. Derartige Größen sind beispielsweise ein Luftmassensignal, ein Motortemperatursignal, ein Drosselklappenstellungssignal, etc. Die Steuereinheit 10 steuert im bevorzugten Ausführungsbeispiel die Leistung der Antriebseinheit 12 beispielsweise durch Einstellen der Luftzufuhr, der Kraftstoffeinspritzung und/oder des Zündwinkels abhängig von den zugeführten Eingangsgrößen. Diese Eingriffe sind in 1 durch die Ausgangsleitung 42 symbolisiert.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel stellt die Steuereinheit 10 ein drehmomentenbasiertes Motorsteuersystem dar. Dies bedeutet, daß wenigstens auf der Basis der Fahrpedalstellung ein Solldrehmoment der Antriebseinheit ermittelt wird, welches durch Steuerung wenigstens eines der Leistungsparameter der Antriebseinheit eingestellt wird. Bei einer Brennkraftmaschine wird zur Einstellung der Luftzufuhr dabei ein Solldrosselklappenwinkel auf der Basis des Sollmoments abgeleitet und im Rahmen eines Lageregelkreises eingeregelt.
In anderen Ausführungsbeispielen wird nicht das Drehmoment der Brennkraftmaschine, sondern deren Leistung oder der Drosselklappenwinkel vorgegeben.
Zur Überwachung der Motorsteuerung ist vorgesehen, daß wenigstens auf der Basis der Fahrpedalauslenkung je nach Ausführung ein maximal zulässiges Drehmoment, eine maximal zulässige Leistung oder ein maximal zulässiger Drosselklappenwinkel ermittelt wird. Die entsprechende Istgröße wird mit diesem maximal zulässigen Moment verglichen, wobei bei Überschreiten eine Fehlerreaktionsmaßnahme eingeleitet wird. Diese besteht beispielsweise in einer Abschaltung der Kraftstoffeinspritzung.
Der Konflikt zwischen den Bedürfnissen der Leerlaufregelung und der Überwachungsschärfe wird gelöst, indem der maximal zulässige Wert von der zeitlichen Änderung der Motordrehzahl abhängig ist. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel findet dies dann statt, wenn das Pedal sich in Leerlaufstellung befindet. Bei negativer Drehzahländerung wird dann ein größerer maximaler Wert zugelassen als bei konstanter oder gar bei positiver Drehzahländerung. In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, nach einem negativen Drehzahlgradienten für eine vorgegebene Zeitdauer (z. B. 200 bis 500 Millisekunden) noch den höheren maximal zulässigen Wert vorzugeben, selbst dann, wenn die Drehzahl schon wieder ansteigt.
Der maximal zulässige Wert ist je nach Ausführung ein maximal zulässiges Drehmoment, eine maximal zulässige Leistung oder ein maximal zulässiger Drosselklappenwinkel. Mit diesem wird ein entsprechender, berechneter oder gemessener Istwert, d. h. ein Drehmomentenistwert, ein Leistungsistwert oder ein Drosselklappenwinkelistwert verglichen.
Bevorzugte Ausführungs- und Realisierungsbeispiele dieser Lösung als Rechnerprogramm auf Drehmomentenbasis sind anhand des Flußdiagramms in 2 skizziert. Das beschriebene Programm, dessen vorteilhafte Ergänzungen gestrichelt dargestellt sind, wird in vorgegebenen Zeitintervallen gestartet.
Im ersten Schritt 100 werden die auszuwertenden Betriebsgrößen eingelesen. Diese sind Motordrehzahl NMOT, Fahrpedalauslenkung β sowie gegebenenfalls weitere, zur Berechnung des maximal zulässigen Drehmoments und/oder zur Berechnung des Istmoments verwendeten Betriebsgrößen, wie z. B. der aktuelle Luftmassenstrom, die aktuelle Zündwinkeleinstellung etc. Im darauffolgenden Schritt 102 wird durch Auswertung des aktuellen Motordrehzahlwertes NMOT und wenigstens eines vorherigen Motordrehzahlwertes der Gradient der Motordrehzahl, das heißt die zeitliche Änderung der Motordrehzahl dNMOT/dt gebildet. Im nächsten Schritt 104 wird auf der Basis der Betriebsgrößen wie aus dem Stand der Technik bekannt das Motoristmoment Mist bestimmt. Danach wird im Schritt 106 die Berechnung des maximal zulässigen Moments wenigstens auf der Basis der der Fahrpedalauslenkung β und der zeitlichen Änderung der Motordrehzahl dNmot/dt durchgeführt. In einem Ausführungsbeispiel erfolgt ist dadurch, daß aufgrund einer Kennlinie oder eines motordrehzahlabhängigen Kennfeldes das maximal zulässige Drehmoment ermittelt wird, zu dem bei negativer zeitlicher Drehzahländerung ein Erhöhungswert aufgeschaltet wird. Dieser Erhöhungswert kann fest oder abhängig von der Größe der zeitlichen Änderung der Motordrehzahl sein. Ist die Motordrehzahl konstant oder ändert sich die Motordrehzahl im positiven Sinne, das heißt im Sinne einer Erhöhung der Motordrehzahl, ist der Erhöhungswert Null. Nach Bestimmung des maximal zulässigen Moments wird im Schritt 108 das berechnete Istmoment mit dem maximal zulässigen Moment verglichen. Überschreitet das Istmoment das maximal zulässige Moment, wird gemäß Schritt 110 eine Fehlerreaktion eingeleitet, ansonsten wird wie nach Schritt 110 wird der Programmteil beendet und zum nächsten Zeitpunkt erneut durchlaufen. Die Fehlerreaktion besteht in einer Leistungsbeschränkung durch Verstellung der Drosselklappe, in zumindest teilweisem Abschalten der Einspritzung und/oder in einer Rücknahme des Zündwinkels.
Eine erste vorteilhafte Ergänzung stellen die Schritte 112 und 114 dar. Nach Berechnung des Istmoments im Schritt 104 wird im Schritt 112 überprüft, ob das Fahrpedal sich im Leerlaufstellung befindet, das heißt ob es vollständig zurückgenommen ist. Ist dies der Fall wird die Berechnung des maximal zulässigen Moments gemäß Schritt 106, ansonsten gemäß Schritt 114 durchgeführt. Bei letzterem ist das maximal zulässige Moment allein abhängig von der Auslenkung des Fahrpedals und wird aus einer Kennlinie bzw. einem drehzahlabhängigen Kennfeld bestimmt. Nach Schritt 114 wird mit dem Vergleich gemäß Schritt 108 fortgefahren. Diese Lösung hat den Vorteil, daß die zeitliche Änderung der Motordrehzahl bei der Bestimmung des maximal zulässigen Moments nur dann berücksichtigt wird, wenn der oben dargestellte Zielkonflikt tatsächlich auftritt, nämlich im Zusammenspiel der Überwachung mit der Leerlaufregelung.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich durch die Schritte 116, 118, 120 und 122. Nach Berechnung des maximal zulässigen Moments unter Berücksichtigung der zeitlichen Änderung der Motordrehzahl im Schritt 106 wird im Schritt 116 abgefragt, ob die negative Änderung der Motordrehzahl beendet ist. Ist dies der Fall, wird das in Schritt 106 berechnete erhöhte maximale zulässige Moment gemäß Schritt 118 für eine vorbestimmte Zeit Tmax gehalten. Danach wird mit Schritt 108 fortgefahren. Im Schritt 120 wird überprüft, ob der bei einer Ja-Antwort im Schritt 116 gemäß Schritt 118 gestartete Zähler seinen Maximalwert Tmax er reicht hat. Ist dies nicht der Fall, wird das Programm mit Schritt 108 wiederholt, wobei eine aktuelle Istmomentenberechnung (Schritt 122) stattfindet. Ist der Maximalwert erreicht, wird das Programm beendet und zum nächsten Zeitintervall erneut gestartet.
Die Wirkungsweise dieser Vorgehensweise ist anhand der 3a und 3b dargestellt. Dabei ist in 3a die Motordrehzahl NMOT über der Zeit in 3b das Istmoment Mist und das maximal zulässige Moment Mzul über der Zeit aufgetragen. Es wird eine Situation bei losgelassenen Fahrpedal dargestellt, bei welchen in Folge einer Störgröße ein Drehzahlabfall stattfindet, den der Leerlauf-drehzahlregler durch Momentenerhöhung kompensiert. Bis zum Zeitpunkt T1 (siehe 3a) läuft die Antriebseinheit mit einer vorbestimmten Motordrehzahl, es wird ein bestimmtes Drehmoment (siehe 3b) erzeugt, das maximal zulässige Drehmoment (vgl. 3b, gestrichelte Linie) ist wenigstens abhängig von der Fahrpedalstellung auf einen bestimmten Wert festgelegt. Zum Zeitpunkt T1 fällt die Motordrehzahl ab. Der Leerlaufregler erhöht zur Kompensation das Moment. Infolge der erfindungsgemäßen Lösung wird das zulässige Moment um einen bestimmten Betrag, der fest vorgegeben oder abhängig von der Größe der zeitlichen Änderung der Motordrehzahl ist, erhöht. Der Leerlaufregler erhöht das Moment der Antriebseinheit zur Kompensation des Drehzahlabfalls. Der Drehzahlabfall wird aufgehalten (Zeitpunkt T2). In diesem Zeitpunkt beginnt eine vorbestimmte Zeit zu laufen, während der die Erhöhung des zulässigen Drehmoments beigehalten wird. Die Drehzahl steigt an, das Drehmoment verringert sich wieder. Zum Zeitpunkt T3 ist die vorbestimmte Zeit abgelaufen, so daß das zulässige Moment wieder auf den ursprünglichen Wert gesetzt wird. Zum Zeitpunkt T4 ist der Drehzahlabfall ausgeregelt, so daß Drehzahl und Moment wieder stationäre Werte annehmen. Wie aus 3b erkennbar, wird durch die Erhöhung des maximal zulässigen Moments während des negativen Drehzahlabfalls und gegebenenfalls für eine vorbestimmte Zeit danach der Zielkonflikt zwischen Motorfunktionalität und Überwachungsschärfe gelöst. Außerhalb dieses Betriebsbereichs liegt eine relativ scharfe Überwachung vor, so daß ungewollte Beschleunigungen weitgehend vermieden sind. Der Leerlaufdrehzahlregler kann zur Kompensation des Drehzahlabfalls das Drehmoment erhöhen, das ursprünglich zulässige Moment überschreiten, ohne das in diesem Betriebsbereich die Überwachung anspricht.
Die erfindungsgemäße Lösung findet in vorteilhafter Weise sowohl Anwendung bei Otto- als auch bei Dieselmotoren oder bei Elektrofahrzeugen.
Neben der Berechnung der Überwachung auf Momentenebene findet in anderen Ausführungsbeispielen die entsprechende Vorgehensweise auf der Basis der Leistung oder des Drosselklappenwinkels statt.
Unter Drehmoment wird im Rahmen des gezeigten Ausführungsbeispiels das in einer Brennkraftmaschine erzeugte innere Moment, das heißt das durch Verbrennung erzeugte Drehmoment verstanden. In anderen Ausführungsbeispielen kann auch das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment (Verbrennungsmoment minus innere Reibungsverluste) die Basis der Momentenüberwachung bilden.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs, wobei wenigstens eine der Größen Drehmoment, Leistung oder Drosselklappenwinkel ermittelt wird, wobei ein maximal zulässiger Wert dieser wenigstens einen Größe vorgegeben wird, und wobei Fehlerreaktionsmaßnahmen eingeleitet werden, wenn die wenigstens eine Größe den maximal zulässigen Wert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung des maximal zulässigen Wertes die zeitliche Änderung der Motordrehzahl der Antriebseinheit berücksichtigt wird und daß der maximal zulässige Wert erhöht wird, wenn eine negative Änderung der Motordrehzahl erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zulässige Wert wenigstens abhängig von der Stellung eines vom Fahrer betätigbaren Bedienelements ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Berücksichtigung der zeitlichen Änderung der Motordrehzahl nur dann stattfindet, wenn das Bedienelement sich in seiner Leerlaufstellung befindet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung einer negativen zeitlichen Änderung der Motordrehzahl der erhöhte zulässige Wert für eine bestimmte Zeitdauer aufrechterhalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei negativer zeitlicher Änderung der Motordrehzahl der maximal zulässige Wert um einen fest vorgegebenen oder einen von der Größe der zeitlichen Änderung der Motordrehzahl abhängigen Wert erhöht wird.
Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs, mit einer Steuereinheit (10), die wenigstens eine der Größen Drehmoment, Leistung oder Drosselklappenwinkel ermittelt, die einen maximal zulässigen Wert für diese Größe vorgibt und die Fehlerraktionmaßnahmen einleitet, wenn die ermittelte Größe den maximal zulässigen Wert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (10) Mittel umfaßt, welche den maximal zulässigen Wert abhängig von der zeitlichen Änderung der Drehzahl der Antriebseinheit bestimmen, und dass die Mittel den maximal zulässigen Wert erhöhen, wenn eine negative Änderung der Motordrehzahl erkannt wird.