DE19907693A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugs beschrieben. Ein erstes System dient zur Steuerung der Kraftstoffmenge, die einer das Fahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine zugemessen wird. Ein zweites System dient zur Steuerung der Luftmenge, die der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Beim Zuschalten eines Nebenantriebs wird eine Momentengröße erhöht. Die Kraftstoffmenge wird verzögert gegenüber der Luftmenge erhöht.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Fahrzeugs.

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Fahrzeugs sind bekannt. Üblicherweise weisen diese ein erstes System zur Steuerung der Kraftstoffmenge, die der Brennkraftmaschine zugemessen wird, und ein zweites System zur Steuerung der Luftmenge, die der Brennkraftmaschine zugeführt wird, auf. Beim Zuschalten eines Nebenantriebs, wie beispielsweise einer Klimaanlage, erfolgt ein das Drehmoment der Brennkraftmaschine erhöhender Eingriff. Dieser kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die einzuspritzende Kraftstoffmenge erhöht wird, oder das das gewünschte Moment vergrößert wird.

Bei solchen Systemen wird beim Erkennen des Einschaltwunsches des Klimakompressors dem Fahrerwunschmenge eine zusätzlicher Mengenwunsch überlagert. Diese Kraftstoffmengenerhöhung erfolgt nur, wenn dies mit Blick auf höchstzulässige Kraftstoffmengen insbesondere mit Blick auf die Abgasemissionen zulässig ist. Die anschließende elektrische Freigabe des Klimakompressors erfolgt leicht verzögert, damit die Brennkraftmaschine das geforderte zusätzliche Moment aufbauen kann. Da der Verlauf des vom Motor zur Verfügung gestellten zusätzlichen Moments und der Verlauf der tatsächlichen Momentaufnahme des Kompressors zeitlich nicht genau übereinstimmen, ergibt sich eine Schwankung im Vortriebsmoment. Dadurch ist beim Zuschalten des Kompressors ein Ruck im Fahrzeug spürbar.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugs, unerwünschte Schwankungen im Vortriebsmoment zu minimieren. Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Dadurch, daß die Kraftstoffmenge verzögert gegenüber der Luftmenge erhöht wird können bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise Schwankungen im Vortriebsmoment beim Zuschalten von Nebenantrieben deutlich minimiert werden.

Besonders vorteilhaft ist es, daß beim Zuschalten eines Nebenantriebs die Luftmenge erhöht und die einzuspritzende Kraftstoffmenge nach Ablauf einer Wartezeit nach der Erhöhung der Luftmenge erhöht wird. Eine einfache Realisierung ergibt sich dadurch, daß zur Steuerung der Luftmenge eine erste Größe (MDRO) verwendet wird, die ausgehend von einem Wunschmoment und einem Ausgangssignal eines Leerlaufregler gebildet wird und/oder daß zur Steuerung der Kraftstoffmenge eine zweite Größe (MDA) verwendet wird, die ausgehend von einem Wunschmoment, dem Ausgangssignal des Leerlaufreglers und einem ersten Begrenzungswert (Rauchkennfeld) gebildet wird.

Eine wesentliche Reduzierung der Schwankungen im Vortriebsmoment ergibt sich dadurch daß die Wartezeit derart vorgebbar ist, daß sie die Totzeit des zweiten Systems zur Steuerung der Luftmenge berücksichtigt.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen die Fig. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 und 3 verschiedene über Zeit aufgetragene Signale und die Fig. 4 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeuges anhand eines Blockdiagrammes dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise wird im folgenden am Beispiel einer Dieselbrennkraftmaschine, die als Nebenantrieb einen Klimakompressor umfaßt, beschrieben. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist aber auch bei anderen Brennkraftmaschinen, insbesondere bei selbstzündenden und direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen einsetzbar. Desweiteren ist sie auch bei anderen Nebenantrieben bzw. beim Erhöhen des Momentenwunsches aufgrund anderer Eingriffe einsetzbare. Solche zusätzlichen Nebenantriebe sind beispielsweise ein steuerbarer Generator oder ein Mengenwunsch einer anderen Steuereinheit wie beispielsweise einer Getriebesteuerung.

In der Fig. 1 ist mit 100 ein erstes System zur Steuerung der Kraftstoffmenge, die einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine zugemessen wird. Mit 110 ist ein zweites System zur Steuerung der Luftmenge, die der Brennkraftmaschine zugemessen wird, bezeichnet. Die beiden Systeme bilden Ansteuersignale für verschiedene nicht dargestellte Stellglieder. Das erste System zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung 100 steuert beispielsweise ein Magnetventil oder einen Piezosteller, der die Einspritzung steuert, an. Insbesondere steuert das erste System den Einspritzbeginn, die Einspritzdauer und/oder den Einspritzverlauf durch entsprechende Vorgabe eines entsprechenden Ansteuersignals für die Steller an. Das zweite System zur Steuerung der Luftmenge steuert insbesondere eine Drosselklappe, eine Abgasrückführklappe und/oder einen Lader an.

Sowohl das erste Steuersystem 100 als auch das zweite Steuersystem 110 werden von einer Umrechnung mit Signalen beaufschlagt. Die Umrechnung 120 beaufschlagt das erste Steuersystem 100 und das zweite Steuersystem 110 mit einem Signal MEA, das der aktuellen Menge an einzuspritzendem Kraftstoff entspricht. Ferner beaufschlagt die Umrechnung 120 das erste Steuersystem 100 mit einer Sollmenge MES für die einzuspritzende Kraftstoffmenge. Die Umrechnung 120 beaufschlagt das zweite Steuersystem 110 ferner mit einer Rohmenge MERO für die einzuspritzende Kraftstoffmenge.

Der Umrechnung 120 werden Signale bezüglich des Momentes zugeleitet, die zum eine Größe bezüglich des Sollmoments MDS, ein Signal bezüglich des aktuellen Moments MDA und ein Signal MDRO, daß dem Rohmoment entspricht, umfassen. Diese Signale werden von verschiedenen Komponenten bereitgestellt.

Eine Momentenvorgabe FP 130 liefert ein Signal MDW bezüglich des gewünschten Vortriebsmoment an den ersten Eingang eines ersten Verknüpfungspunkt 140. An diesem Verknüpfungspunkt 140 liegt ferner das Ausgangssignal MDL, das dem von einem Leerlaufregler 131 gewünschten Moment entspricht. Desweiteren liegt an dem Verknüpfungspunkt 140 das Ausgangssignal MDK einer Nebenantriebssteuerung 132 an. Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 140 gelangt zum einen zu einer ersten Minimalauswahl 150 und zu einem zweiten Verknüpfungspunkt 142. An dem zweiten Verknüpfungspunkt 142 liegt ferner das Ausgangssignal MDKV der Nebenantriebssteuerung 132. Das Ausgangssignal 142 das dem Signal MDRO bezüglich des Rohmoments entspricht, gelangt zur Umrechnung 120.

Am zweiten Eingang der ersten Minimalauswahl 150 liegt das Ausgangssignal MDR eines Rauchkennfeldes 133. Das Ausgangssignal MDR des Rauchkennfeldes gelangt ferner zu einem dritten Verknüpfungspunkt 164, an dessen zweitem Eingang ein Ausgangssignal eines Blockes 160 anliegt. Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunkts 164 gelangt zu einer zweiten Minimalauswahl 155.

Das Ausgangssignal der ersten Minimalauswahl 150, das mit MDA bezeichnet wird und das dem aktuellen Moment entspricht, gelangt zur Umrechnung 120. Ferner gelangt das Signal MDA zu einem zweiten Verknüpfungspunkt 144, an dessen Eingang das Ausgangssignal MDADR eines Laufruhereglers 134 anliegt. Das Ausgangssignal des zweiten Verknüpfungspunktes 144 gelangt ebenfalls zu der zweiten Minimalauswahl 155. Zu der Minimalauswahl 155 gelangt ferner das Ausgangssignal MDG einem Motorschutz 135, die auch als Endabregelung bezeichnet werden kann.

Der Block 160 ist stellt eine nur eine applizierbare Größe bereit. Der technischer Hintergrund liegt darin, daß die über den Verknüpfungspunkt 146 die Rauchgrenze angehoben wird, um dem Laufruheregler 134 einen positiven Regelbereich oberhalb der Rauchgrenze MDR zu gestatten.

Diese Einrichtung arbeitet wie folgt. Das gewünschte Vortriebsmoment MDW von der Momentenvorgabe 130 vorgegeben. Diese Momentenvorgabe 130 gibt das gewünschte Vortriebsmoment beispielsweise abhängig vom Fahrerwunsch vor. Der Fahrerwunsch wird vorzugsweise mit einem Fahrpedal FP oder mit einem Bedienteil eines Fahrgeschwindigkeitsreglers vorgegeben.

Zu dem gewünschten Vortriebsmoment MDW wird im Verknüpfungspunkt 140 das Moment MDL, das der Leerlaufregler 131 vorgibt, verlagert. Hierbei handelt es sich um das Moment MDL, das notwendig ist, um die Leerlaufdrehzahl einzustellen. Ferner wird in dem Verknüpfungspunkt 140 ein Korrekturmoment MDK hinzuaddiert, das erforderlich ist, um das von zusätzlichen Nebenantrieben abgenommene Moment bereitzustellen. Bei solchen zusätzlichen Nebenantrieben handelt es sich beispielsweise um eine Klimaanlage. Ferner kann im Verknüpfungspunkt 140 ein Korrekturmoment MDV hinzuaddiert werden, das erforderlich ist, um die Verluste der Brennkraftmaschine auszugleichen. Dies sind insbesondere Verluste, die durch Reibung verursacht werden. Dieser Korrekturwert MDV wird von einem Block 136 bereitgestellt.

Das so gebildete Moment gelangt zu der ersten Minimalauswahl 150, in der es mit dem Ausgangssignal MDR des Rauchkennfeldes 133 verknüpft wird. Dabei wird das kleinere der beiden Signale ausgewählt. Dies bedeutet, das Moment, das am Ausgang des Verknüpfungspunkt 140 anliegt, wird auf das höchstzulässige Moment MDR, das von dem Rauchkennfeld 133 bereitgestellt wird, begrenzt. Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 140 entspricht dem Rohmoment MDRO, das dem gewünschten Vortriebsmoment MDW entspricht, wobei das Vortriebsmoment MDW mit dem Ausgangssignal des Leerlaufreglers 131 und dem Ausgangssignal MDK der Nebenantriebssteuerung 132 korrigiert wird.

Das Ausgangssignal der ersten Minimalauswahl 150 wird als aktuelles Moment MDA der Umrechnung 120 zugeleitet. Bei diesem aktuellen Moment MDA handelt es sich um eine Größe, die erforderlich ist, um den Fahrerwunsch und die Leerlaufdrehzahl zu realisieren, wobei zusätzliche Nebenantriebe berücksichtigt werden und wobei das Moment auf einen ersten Begrenzungswert begrenzt ist. Der erste Begrenzungswert entspricht in der dargestellten Ausführungsform dem höchstzulässigen Moment MDR des Rauchkennfeldes 133.

Ausgehend von diesem aktuellen Moment MDA berechnet die Umrechnung 120 die aktuelle einzuspritzende Kraftstoffmenge MEA. Dieses aktuelle Moment MDA wird nicht durch den Laufruheregler 134 und den Motorschutz 135 verändert. Dieser Wert wird zur Berechnung des Einspritzbeginns verwendet, da die Regelung des Einspritzbeginns den raschen Sollwertänderungen durch den Laufruheregler 134 nicht folgen kann.

Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 140, in dem lediglich das gewünschte Vortriebsmoment MDW und das Ausgangssignal MDL des Leerlaufreglers 131 verknüpft werden, gelangt ferner zu einem Verknüpfungspunkt 142, wo es mit dem Vorhaltemoment MDKV verknüpft wird. Dieses so gebildete Signal MDRO, das am Ausgang des Verknüpfungspunktes 142 ansteht, ergibt sich im wesentlichen durch die Addition der Beiträge aus dem gewünschte Vortriebsmoment MDW, das zum Vortrieb der Brennkraftmaschine benutzt wird, und dem Moment MDL, das zur Aufrechterhaltung der Leerlaufdrehzahl erforderlich ist. Ausgehend von diesem, durch keinen Grenzwert oder schnellen Regler beeinträchtigten Wert, berechnet die Umrechnung 120 eine Rohmenge MERO. Diese Rohmenge und damit das Rohmoment MDRO werden zur Steuerung der Komponenten im System 110 zur Steuerung der Luftmenge verwendet. Die Komponenten des nicht dargestellten Systems zur Steuerung der Luftmenge sind die Regelung des Ladedrucks und/oder der Abgasrückführung.

Erfindungsgemäß wird auf dieses Rohmoment MDRO das Vorhaltemoment MDKV addiert. Durch diese Korrektur des Rohmoments MDRO wird keine Veränderung der eingespritzten Kraftstoffmenge und damit des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Moments vorgenommen. Lediglich die Stellglieder des Systems zur Steuerung der Luftmenge werden stärker angesteuert. Mit dieser Maßnahme wird das System unmittelbar vor dem Eintreten eines Sprungs im aktuellen Moment aufgrund des Wertes MDK beim Zuschalten eines Nebenantriebs aus dem emissionsoptimalen Betriebspunkt genommen, so daß der geforderte Sprung durch den bereits vorherrschenden Sauerstoffüberschuß optimal schnell realisiert werden kann.

Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 144 wird zusammen mit dem Ausgangssignal des Motorschutzes 135 und dem Ausgangssignal des Rauchkennfeldes 133 einer zweiten Minimalauswahl 155 zugeführt, die den Sollwert für das Sollmoment MDS bereitstellt. Dieser Sollwert wird in der Umrechnung 120 in die Sollmenge MES, die die einzuspritzende Kraftstoffmenge angibt, umgerechnet.

In der Fig. 2 sind verschiedene Signale über der Zeit t aufgetragen. In der Teilfigur 2a ist das Motorausgangsmoment AMD mit einer durchgezogenen Linie und das Vortriebsmoment MD mit einer gestrichelten Linie aufgetragen. In Teilfigur 2b ist der Momentenbedarf des Klimakompressors, der dem Signal MDK entspricht, aufgetragen. In der Teilfigur 2c ist das Signal K aufgetragen, das mit seinem großen Pegel anzeigt, daß der Klimaanlagenkompressor einzuschalten ist.

Zum Zeitpunkt t1 steigt das Signal K auf seinen großen Wert an, d. h. der Klimaanlagenkompressor soll eingeschaltet werden. Bei den üblichen Erhöhungen des Momentenwunsches bei Zuschaltung einer Klimaanlage steigt ab dem Zeitpunkt t1 das Motorausgangsmoment AMD langsam an. Gleichzeitig steigt das Signal MDK sprungförmig an und fällt auf einen gegenüber dem Zeitraum vor dem Zeitpunkt t1 erhöhten Wert ab. Dies hat zur Folge, daß zu einem Zeitpunkt der deutlich nach dem Zeitpunkt t1 liegt, das Motorausgangsmoment AMD erhöht hat und das sich das Vortriebsmoment MD auf seinem alten Wert befindet.

Beim Erkennen des Einschaltwunsches des Klimakompressors zum Zeitpunkt t1 wird nach erfolgter Prüfung auf eine mögliche Freigabe der Fahrerwunschmenge, die dem gewünschten Vortriebsmoment MDW entspricht, ein zusätzlicher Mengenwunsch überlagert, der dem Signal MDK entspricht. Der zeitliche Verlauf dieses zusätzlichen Momentes MDK orientiert sich an der meßbaren Drehmomentenaufnahme des Kompressors. Vorzugsweise ist dieses Signal abhängig vom im Kompressor herrschenden Druck. Die absoluten Mengenbeiträge werden dabei empirisch ermittelt.

Die elektrische Freigabe des Klimakompressors erfolgt leicht verzögert, damit der Motor das geforderte zusätzliche Moment aufbauen kann.

Weil das durch den Mengenverlauf vom Motor zur Verfügung gestellte Moment und die tatsächliche Aufnahme des Kompressors zeitlich nicht genau übereinstimmen, ergibt sich aus dem resultierenden Moment, bei sonst statischen Verhältnissen, eine Schwankung im Vortriebsmoment MD.

Dadurch ist beim Zuschalten des Kompressors ein Ruck im Fahrzeug spürbar.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, daß zu der sprunghaft ansteigenden Einspritzmenge auch eine entsprechende Erhöhung der Sauerstoffmenge für den Verbrennungsvorgang gehört. Im statischen Betrieb befinden sich moderne Motoren vorwiegend in einem emissionsoptimalen Betriebspunkt, so daß bei Sauerstoffüberschuß eine Abgasrückführung durchgeführt wird, um den resultierenden Lambdawert in einem optimalen Wertebereich zu halten.

Die mechanischen Bauteile für die Regelung der Luftmenge unterliegen einer Trägheit, die schlagartige Änderungen in der Sauerstoff- bzw. Frischluftmenge nicht zulassen.

Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, daß auf den Rohwert MDRO des Moments ein Vorhaltewert MDKV hinzuaddiert wird. Durch diese Korrektur wird keine Veränderung am abgegebenen Moment MD des Motors vorgenommen, lediglich die trägen. Stellglieder des Luftsystems werden stärker angesteuert.

Dies ist in Fig. 3 dargestellt. In Fig. 3 sind die entsprechenden Signale wie in Fig. 2 mit entsprechenden Linien aufgetragen. Zusätzlich ist in Teilfigur 2b das Vorhaltemoment MDKV als strichpunktierte Linie eingezeichnet. Die Nebenantriebssteuerung 132 bestimmt bei Aktivierung des Klimaanlagenkompressors den zu erwartenden Momentenverlauf auf Basis der aktuellen Betriebszustände, insbesondere des Druckes im Kompressor. Die zeitlich korrekte Nachbildung des Verlaufs des Moments kann dabei während der Applikation durch Messung ermittelt werden. Die elektrische Freigabe des Kompressors und die Aufschaltung des Momentenwunsches MDK werden durch die Nebenantriebssteuerung 132 um die Zeit TS verzögert, die das Luftsystem zum Einstellen der neuen optimalen Verhältnisse benötigt. Unmittelbar mit Auftreten des Signals K wird das Vorhaltemoment MDKV auf den Rohwert MDRO aufaddiert, so daß die Motorsteuerung das Luftsystem entsprechend vorbereiten kann.

In Fig. 4 ist ein entsprechendes Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Eine erste Abfrage 400 überprüft, ob das Signal K vorliegt, das eine Betätigung des Klimakompressors anzeigt. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt erneut Schritt 400. Liegt ein entsprechendes Signal vor, dies ist beim Zeitpunkt t1 der Fall, so wird in Schritt 410 der Vorgabewert MDKV ausgegeben. Dieser Wert entspricht dem maximalen Wert des Momentenbedarfs MDK des Klimakompressors.

Im anschließenden Schritt 420 wird ein Zeitzähler T auf 0 gesetzt. Anschließend wird der Zeitzähler in Schritt 430 erhöht. Die Abfrage 440 überprüft, ob der Inhalt des Zeitzählers größer als ein Wert TS ist. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt erneut Schritt 430, ist dies der Fall, so wird in Schritt 450 das Signal MDK ausgegeben. Der Schwellwert TS entspricht der Wartezeit, um den die Größe MDK gegenüber dem Auftreten des Signals K verzögert wird.

Dies bedeutet, soll der Klimaanlagenkompressor oder ein anderer Nebenantrieb eingeschaltet werden, so wird zuerst die Luftmenge und nach einer Wartezeit TS die einzuspritzende Kraftstoffmenge erhöht. Die Wartezeit, bis das Moment bzw. die einzuspritzende Kraftstoffmenge erhöht wird, ist so vorgegeben, daß die Wartezeit die Totzeit des Systems zur Steuerung der Luftmenge berücksichtigt.

Claims (6)

1. Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs, mit einem ersten System zur Steuerung der Kraftstoffmenge, die einer das Fahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine zugemessen wird, mit einem zweiten System zur Steuerung der Luftmenge, die der Brennkraftmaschine zugeführt wird, wobei beim Zuschalten eines Nebenantriebs eine Momentengröße erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffmenge verzögert gegenüber der Luftmenge erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zuschalten eines Nebenantriebs die Luftmenge erhöht und die einzuspritzende Kraftstoffmenge nach Ablauf einer Wartezeit nach der Erhöhung der Luftmenge erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Luftmenge eine erste Größe (MDRO) verwendet wird, die ausgehend von einem Wunschmoment und einem Ausgangssignal eines Leerlaufregler gebildet wird.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Kraftstoffmenge eine zweite Größe (MDA) verwendet wird, die ausgehend von einem Wunschmoment, dem Ausgangssignal des Leerlaufreglers und einem ersten Begrenzungswert (Rauchkennfeld) gebildet wird.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wartezeit derart vorgebbar ist, daß sie die Totzeit des zweiten Systems zur Steuerung der Luftmenge berücksichtigt.

6. Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugs, mit einem ersten System zur Steuerung der Kraftstoffmenge, die einer das Fahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine zugemessen wird, mit einem zweiten System zur Steuerung der Luftmenge, die der Brennkraftmaschine zugeführt wird, wobei beim Zuschalten eines Nebenantriebs eine Momentengröße erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die die Kraftstoffmenge verzögert gegenüber der Luftmenge erhöhen.