DE19939821A1

DE19939821A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Drehzahl einer Antriebseinheit

Info

Publication number: DE19939821A1
Application number: DE19939821A
Authority: DE
Inventors: Werner Mezger; Mario Kustosch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-08-21
Filing date: 1999-08-21
Publication date: 2001-02-22
Anticipated expiration: 2019-08-22
Also published as: DE19939821B4; JP2001073848A

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Drehzahl einer Antriebseinheit vorgeschlagen, bei welchem ein Regler in Abhänigkeit der Abweichung zwischen Ist- und Solldrehzahl den Zündwinkel der Brennkraftmaschine beeinflußt. Dieser Regler weist wenigstens einen veränderlichen Parameter auf, welcher im Startfall eine gegenüber dem Normalregelbetrieb andere Größe annimmt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Drehzahl einer Antriebseinheit.

Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 33 616 A1 bekannt. Dort wird ein Leerlaufdrehzahlregler vorgeschlagen, welcher abhängig von der Abweichung der gemessenen Motordrehzahl von einem vorge gebenen Sollwert über einen ersten Eingriffspfad die Luftzu fuhr zu einer Brennkraftmaschine, über einen zweiten Ein griffspfad den Zündwinkel der Brennkraftmaschine beeinflußt im Sinne einer Annäherung der Drehzahl an die vorgegebene Solldrehzahl. Bei derartigen Leerlaufdrehzahlreglern ist es aufgetreten, daß trotz des Eingriffspfades auf den Zündwin kel im Rahmen der Startphase ein relativ großer Drehzahl überschwinger über die angestrebte stationäre Drehzahl hin aus entsteht, welcher den Regel- und Fahrkomfort beeinträch tigen kann.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, mit deren Hilfe ein solcher Überschwinger einer Brennkraftmaschine wirksam verringert wird.

Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängi gen Patentansprüche erreicht.

Vorteile der Erfindung

Die Vorgabe wenigstens eines speziell angepaßten Parameters für den Drehzahlregler, welcher den Zündwinkeleingriff durchführt, in der Startphase führt zu einer wirksamen Redu zierung des Überschwingens der Drehzahl in dieser Phase. Als Startphase wird dabei eine Phase des Motorbetriebs verstan den, die vom Betätigen des Anlassers oder vom Einschalten der Zündung (Versorgungspannung) bis zum Einschwingen der Drehzahl in den Bereich des angestrebten stationären Werts (der sich je nach Betriebszustand ändert). Im bevorzugten Beispiel ist die Startphase beendet, wenn die Drehzahl nach dem Überschwingen über die stationäre Drehzahl erstmals ei nen vorgegebenen Drehzahlwert wieder unterschreitet.

Besonders vorteilhaft ist, daß der wenigstens eine Parameter während der Startphase derart gewählt wird, daß eine dyna misch wirksame Reduzierung des Drehzahlüberschwingers statt findet. So kann ein Parameter gewählt werden, der im statio nären Betrieb außerhalb der Startphase zu Instabilitäten im Regelkreis führen würde.

Besonders vorteilhaft ist, daß die Wahl des Parameters al lein auf die Form des Drehzahlüberschwingers abgestimmt wird und somit eine optimale Beeinflussung des Drehzahlüber schwingers erfolgt.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Fig. 1 zeigt dabei ein Ablaufdiagramm eines Leerlaufdrehzahlreglers mit Luft- und Zündwinkeleingriff, während in Fig. 2 anhand von Zeitdiagrammen die Auswirkungen der Parameterumschaltung in der Startphase dargestellt ist.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Leerlaufdrehzahlreg lers, welcher sowohl die Luftzufuhr zu einer Brennkraftma schine als auch deren Zündwinkel im Sinne einer Annäherung der Istdrehzahl an die Solldrehzahl beeinflußt. Im bevorzug ten Ausführungsbeispiel stellt dieses Ablaufdiagramm ein Programm eines Mikroprozessors dar, welcher Teil einer Steu ereinheit zur Steuerung der Brennkraftmaschine ist. Diese Steuereinheit bzw. dieser Mikroprozessor ist in Fig. 1 mit 10 bezeichnet. Der Steuereinheit 10 bzw. dem Mikroprozessor 10 werden von entsprechenden, in Fig. 1 aus Übersichtlich keitsgründen nicht dargestellten Meßeinrichtungen Betriebs größen repräsentierende Signale zugeführt. Über eine erste Eingangsleitung wird ein die Motordrehzahl NIST repräsentie rende Signalgröße zugeführt. Über weitere Eingangsgrößen werden Signale für weitere Betriebsgrößen des Motors. bzw. des Fahrzeugs wie Motortemperatur TMOT, der Status ST von Nebenverbrauchern wie einer Klimaanlage, die Fahrzeugge schwindigkeit VFZ, etc. zugeführt. Ferner erhält der Mikro computer bzw. die Steuereinheit 10 ein Signal über das Ein schalten des Zündschalters (Zü) (alternativ: Betätigen des Anlasser oder Einschaltsignal der Versorgungsspannung). Bei eingeschalteter Steuereinheit wird in einem Sollwertbilder 12 abhängig von zugeführten Betriebsgrößen wie z. B. der Mo tortemperatur und/oder dem Status von Nebenaggregaten, die Soll-Leerlaufdrehzahl NSOLL ermittelt. Dies erfolgt je nach Ausführungsbeispiel auf der Basis von Kennlinien, Kennfel dern, Tabellen oder Berechnungsschritten. Der Sollwertbilder 12 wird in bevorzugten Ausführungsbeispiel als ein Programm des Mikrocomputers 10 realisiert. In einer Vergleichsstelle 14 (Realisierung ebenfalls als Programmschritt) wird dann die Abweichung Δ zwischen der auf diese Weise gebildeten Soll-Leerlaufdrehzahl NSOLL und der empfangene Istdrehzahl NIST gebildet. Diese Regelabweichung wird dann dem gestri chelt eingezeichneten Leerlaufregler 16 zugeführt.

Dieser Leerlaufregler 16 besteht in einem bevorzugten Aus führungsbeispiel im wesentlichen aus einem herkömmlichen PID-Regler (einem Regler mit Proportional-, Differential- und Integralanteil), wobei der P- und/oder der D-Anteil dop pelt ausgeführt sind. In der dargestellten Ausführung wirkt ein PID-Regler auf die Füllung (Luftzufuhr), ein PD-Regler (nur Proportional- und Differentialanteil) auf den Zündwin kel ein. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Differentialanteil für den Zündwinkelpfad nur bei Drehzahlen aktiv, die weit unterhalb der Leerlaufdrehzahl liegen. In dieser Ausführung ist der Proportionalanteil für den Zünd winkelpfad daher für den Einfluß des Leerlaufreglers auf den Zündwinkel bestimmend. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Ausgangssignal des Proportionalanteils gebildet aus dem Produkt der Drehzahlabweichung Δ mit einer Kennlinie. Diese Kennlinie ist abhängig von der Drehzahlabweichung, wo bei der Parameter (Proportionalfaktor) der Kennlinie so ge wählt ist, daß sich die Motordrehzahl stabil verhält. Dabei kann sich der Faktor abhängig von der Größe der Regelabwei chung verändern. Der Faktor stellt die Steigung der Kennli nie dar. In anderen Ausführungen ist der D-Anteil in allen Drehzahlbereichen aktiv. Daneben werden in anderen Ausfüh rungsbeispielen auch andere Reglertypen eingesetzt, wobei immer wenigstens ein veränderlicher Parameter, der einen Einfluß auf das dynamische Verhalten des Reglers hat, vorge sehen ist.

Die Regelabweichung wird im Ablaufdiagramm der Fig. 1 einem Integralanteil 18, einem Proportional- und Differentialan teil 20, jeweils für den Luftpfad, einem Differentialanteil 22 und einem Proportionalanteil 24 für den Zündwinkelpfad zugeführt. In den einzelnen Reglerkomponenten wird die Rege labweichung entsprechend ausgewertet, im Integrator 18 inte griert, in den Differentialanteilen differenziert und in den Proportionalanteilen wie beispielsweise oben dargelegt ver stärkt. Die Ausgangssignale der Reglerkomponenten werden da bei jeweils für den Füllungs- und Zündwinkelpfad zusammenge führt. So wird das Ausgangssignal des Integrators 18 und das Ausgangssignal des Proportional-/Differentialanteils 20 in der Verknüpfungsstelle 26 verknüpft (z. B. addiert) und als Ausgangssignal zur Steuerung der Luftzufuhr beispielsweise zu einer elektrisch betätigbare Drosselklappe 28 abgegeben. Entsprechend wird in einer Verknüpfungsstelle 30 das Aus gangssignal des Differentialanteils 22 und das des Propor tionalanteils 24 für den Zündwinkelpfad verknüpft (z. B. ad diert) und das resultierende Signal über eine Ausgangslei tung zur Einstellung des Zündwinkels ausgegeben.

Ferner ist eine Schwellenwertstufe 32 vorgesehen, der ein die Motordrehzahl NIST repräsentierendes Signal zugeführt wird. Ist die Motordrehzahl sehr niedrig, gibt diese Schwel lenwertstufe 32 ein Signal ab, welches den Differentialan teil 22 des Zündwinkelreglers aktiviert. Überschreitet die Motordrehzahl den in der Schwellenwertstufe 32 überprüften Schwellenwert, wird der Differentialanteil wieder deakti viert.

Für den Proportionalanteil 24 des Zündwinkelreglers sind in Speicherzellen 34 und 36 zwei verschiedene Werte bzw. Kenn linien für den Normalbetrieb und für die Startphase abge legt. Ferner ist ein Schaltelement 38 (Realisierung als Pro grammschritt) vorgesehen, welches durch ein während der Startphase der Brennkraftmaschine aktives Signal B_LLRST von der durchgezogen dargestellten Normalstellung in die gestri chelt dargestellte Startstellung umgeschaltet wird. Dieses Signal wird im Signalbilder 40 (Realisierung als Programm schritt) auf der Basis der Regelabweichung Δ oder in anderen Ausführungsbeispielen auf der Basis der Solldrehzahl NSOLL und der Istdrehzahl NIST sowie des den Beginn der Startphase anzeigenden Signals Zü (Zündung ein, Einschalten Versor gungsspannung oder Betätigen Anlasser) gebildet.

Wird die Brennkraftmaschine angelassen, so steigt die Mo tordrehzahl an und überschreitet erstmalig die Solldrehzahl NSOLL. Danach entsteht ein Drehzahlüberschwinger, der nach einer bestimmten Zeit abklingt. Unterschreitet die Mo tordrehzahl erstmalig einen Schwellenwert, so wird im bevor zugten Ausführungsbeispiel die Startphase als beendet ange sehen und das mit Einschalten der Versorgungsspannung oder mit Betätigen des Anlassers gesetzte Signal B_LLRST zurück gesetzt. Dies bedeutet, daß bei Unterschreiten des Drehzahl schwellenwertes der Parameter (P) für den Normalbetrieb an stelle des Parameters (PST) für die Startphase der Zündwin keleinstellung zugrundeliegt. Während des Drehzahlüber schwingers ist der Leerlaufdrehzahlregler aktiv, so daß er dem Drehzahlüberschwinger entgegenwirkt. Der Parameter für die Startphase ist daher besonders auf eine optimale Verrin gerung des Drehzahlüberschwingers ausgelegt. In 40 wird also nach Einschalten der Versorgungsspannung Istdrehzahl und Solldrehzahl miteinander verglichen und ermittelt, wann die Istdrehzahl einen vorgegebenen Schwellenwert (z. B. NSOLL + ΔN) von höheren Drehzahlen her kommend unterschreitet. Ist dies der Fall, wird das Signal B_LLRST zurückgesetzt und so mit anstelle des Parameters PST der Parameter P für den Nor malbetrieb geladen, der mit Blick auf eine komfortable, sta bile Regelung ausgewählt ist. Anstelle eines Schwellenwerts wird die Beendigung der Startphase und das Rücksetzen des Signals abgeleitet, wenn die Drehzahl im wesentlichen auf die stationäre Drehzahl eingeschwungen ist.

Durch eine spezielle Wahl der Proportionalverstärkung des Zündwinkelreglers ist es möglich, eine größere Kreisverstär kung des Reglers zu erreichen und auf diese Weise Über schwinger effektiv zu bekämpfen. Eine Instabilität des Re gelkreises ist nicht zu befürchten, da nach Abklingen des Startüberschwingers wieder auf die gewöhnliche Verstärkung umgeschaltet wird. Die Rücksetzung des Signals B_LLRST er folgt dabei für den gesamten Betriebszyklus. Das Signal wird erst mit der nächsten Startphase wieder gesetzt. Die Dreh zahlschwelle wird durch Applikation je nach Anwendungsfall festgelegt und kann über, unter oder gleich der stationären Solldrehzahl sein.

In Fig. 2 ist die Wirkungsweise dieser Vorgehensweise an hand von Zeitdiagrammen dargestellt. Dabei ist in Fig. 2a der zeitliche Verlauf der Motordrehzahl NMOT (Istdrehzahl NIST), in Fig. 2b der des Zündwinkels (ZW) und in Fig. 2c der zeitliche Verlauf des Steuersignals B_LLRST aufgetragen.

In Fig. 2a ist durchgezogen der typische Verlauf der Mo tordrehzahl beim Start einer Brennkraftmaschine dargestellt. Zum Zeitpunkt T0 wird der Anlasser betätigt und die Brenn kraftmaschine gestartet. Dies führt zu einem Anstieg der Mo tordrehzahl über die stationäre Solldrehzahl NSTAT hinaus wegen der im Start erhöhten Betriebsmittelzufuhr. Dadurch entsteht ein Überschwinger, der durch entsprechenden Ein griff des Leerlaufdrehzahlreglers reduziert und letztendlich zum Zeitpunkt T4 zum Einschwingen der Drehzahl auf die sta tionäre Soll-Leerlaufdrehzahl führt. Der zugehörige Verlauf des Zündwinkels ist in Fig. 2b dargestellt. Durchgezogen ist der herkömmliche Verlauf des Zündwinkels bei einem Leer laufdrehzahlregler, der auf den Fahrbetrieb ausgelegt ist. Der Zündwinkel kann zwischen einem Basiszündwinkel ZWBAS und einem minimalen Zündwinkel ZWMIN variiert werden. Beim Ba siszündwinkel entsteht ein großes Motormoment, beim minima len Zündwinkel ein kleines. Der durchgezogene Verlauf des Zündwinkels zeigt die Situation, wenn die gewöhnliche Ver stärkung zur stationären Leerlaufregelung auch in der Start phase verwendet wird. Dieser ist so gewählt, daß der Leer lauf möglichst stabil ist. Die Zündwinkeländerung ist wenig dynamisch und nützt nicht das vollständige Potential der Mo mentenverringerung aus. Daher ist der Überschwinger gemäß Fig. 2a (vgl. durchgezogene Linie) entsprechend groß.

Wie vorstehend beschrieben wird zum Zeitpunkt T0 mit Anlas sen der Brennkraftmaschine das Signal B_LLRST gesetzt. Da durch wird einer für den Startvorgang optimale Verstärkung geladen. Entsprechend wird der gestrichelt dargestellte Zündwinkelverlauf ZW' gemäß Fig. 2b erreicht, bei welchem der Zündwinkel bis auf den minimalen Zündwinkel reduziert wird. Folge ist, wie in Fig. 2a gestrichelt dargestellt, daß der Drehzahlüberschwinger NMOT' wesentlich geringer ist. Wird zum Zeitpunkt T1 eine vorgegebene Drehzahlschwelle durch die Motordrehzahl unterschritten (hier Schwelle NSTAT + ΔN), so wird das Signal B_LLRST wie in Fig. 2c gezeigt zurückgesetzt und die Verstärkung für den Normalbetrieb für die Zündwinkelregelung geladen. Ergebnis ist ein geringerer Drehzahlüberschwinger im Start und ein schnelleres Einregeln der Drehzahl auf die stationäre Solldrehzahl.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Um schaltung nicht schlagartig, sondern wird mittels einer Filterfunktion geglättet.

Anstelle oder ergänzend zu der vorstehend beschriebenen Ein flußnahme auf den Proportionalverstärkungsfaktor des Zünd winkelregler wird in anderen Ausführungen der Differential faktor dieses Regler und/oder entsprechende Faktoren des Füllungsregler (18-22) für die Startphase verändert. Dabei kann nur ein Faktor eines Reglers oder ausgewählte Faktoren in beliebiger Kombination oder alle Faktoren verändert wer den.

Je nach Ausführung weist der wenigstens eine veränderliche Parameter entsprechend der Vorgehensweise für den Normalre gelbetrieb einen einzigen Wert in der Startphase oder eine Vielzahl von Werten (z. B. in Form einer Kennlinie) auf.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung der Drehzahl einer Antriebsein heit, wobei die Abweichung der Drehzahl der Antriebsein heit von einer vorgegebenen Drehzahl gebildet wird, in deren Abhängigkeit mittels eines Reglers (16) mit wenig stens einem veränderlichen Parameter (P) ein die Drehzahl beeinflussendes Stellsignal erzeugt wird, dadurch gekenn zeichnet, daß während der Startphase der Brennkraftma schine die Größe dieses wenigstens einen Parameters (P) des Reglers (16) verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Größe des wenigstens einen Parameters für die Startphase bis zur Beendigung des ersten Drehzahlüber schwingers nach dem Anlassen vorgegeben ist und danach auf den Normalbetrieb umgeschaltet wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß eine Beendigung des Drehzahl überschwingers dann erkannt wird, wenn die Drehzahl eine vorgesehene Drehzahlschwelle unterschreitet.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Parameter ein Proportionalverstärkungsfaktor ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Parameter derart ausgelegt ist, daß eine maximale Zündwinkelände rung mit maximal möglicher Dynamik zur Reduzierung des Drehzahlüberschwingers in der Startphase erreicht wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Regler einen Differential- und einen Proportionalanteil aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialanteil nur bei niedrigen Drehzahlen wirk sam ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Stellsignal des Reglers den Zündwinkel der Brennkraftmaschine verstellt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß ein weiterer Regler in Abhän gigkeit der Drehzahlabweichung vorgesehen ist, der vor zugsweise Proportional-, Differential- und Integralanteil aufweist, und dessen Stellgröße in die Luftzufuhr der Brennkraftmaschine eingreift.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß mit Beginn der Startphase, vor zugsweise bei Einschalten der Zündung, ein Schaltsignal erzeugt wird, welches die Parameterumschaltung des Reg lers bewirkt und welches bei Beendigung der Startphase zurückgesetzt wird, was die Umschaltung auf einen Parame ter für den Normalbetrieb bewirkt.

11. Vorrichtung zur Steuerung der Drehzahl einer Antriebsein heit, mit einem Regler (16), welcher in Abhängigkeit der Abweichung der Drehzahl der Brennkraftmaschine von einer vorgegebenen Solldrehzahl eine die Drehzahl beeinflussen de Stellgröße erzeugt, der Regler wenigstens einen verän derlichen Parameter (P) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler (16) Umschaltmittel (38) zugeordnet sind, die zwischen den wenigstens einen Parameter in der Start phase der Antriebseinheit auf einen gegenüber dem Normal regelbetrieb andere Größe umschalten.