DE19955600C2 - Verfahren zur Ruckeldämpfung bei einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ruckeldämpfung bei einer Brennkraftmaschine.

Für größtmögliche Laufruhe bei einer Brennkraftmaschine, die beispielsweise ein Kraftfahrzeug antreibt, lagert man die Brennkraftmaschine auf elastischen Elementen, beispielsweise Elastomerlagern. Damit wird eine schwingungstechnische Ent­ kopplung der Brennkraftmaschine erreicht. Je weicher man die­ se Lager wählt, desto stärkere Bewegungen kann jedoch die Brennkraftmaschine bei ihren Lagern bei starken Laständerun­ gen ausführen. Dabei kann es zu einem Aufschaukeln kommen, das dann als Ruckelvorgang oder Lastschlagreaktion bezeichnet wird.

Zur Ruckeldämpfung ist es dazu bekannt, bei Auftreten von Ru­ ckelvorgängen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine geeig­ net zu verändern, um den aufgetretenen Ruckelvorgang mög­ lichst schnell abzudämpfen.

Diese Verfahren arbeiten bislang jedoch noch nicht zufrieden­ stellend, so daß man die Lager einer Brennkraftmaschine noch nicht so elastisch wählen kann, wie dies aus Gründen der Laufruhe wünschenswert wäre.

In der DE 40 09 791 A1 ist ein Verfahren zur Unterdrückung von Schwingungen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs be­ schrieben, bei dem beim Auftreten von Schwingungen im An­ triebsstrang eine in einer Korrektureinrichtung ermittelte, das Antriebsdrehmoment der Brennkraftmaschine verändernde Stellgröße zugeführt wird. Um derartige Schwingungen sicher zu erkennen, sowie schnell und wirkungsvoll dämpfen zu kön­ nen, wird vorgeschlagen, dass aus Drehzahlinformationen Dreh­ zahlgradienten ermittelt und zur Schwingungsbeurteilung he­ rangezogen werden und dass durch eine phasenrichtige Umschal­ tung von den Zündzeitpunkten eines in einem Zündsteuergerät abgelegten Zündkennfeldes auf die entsprechenden Zündzeit­ punkte eines zweiten im Zündzeitsteuergerät abgelegten Zünd­ kennfeldes das Antriebsmoment der Brennkraftmaschine derart verändert wird, dass die Schwingungen im Antriebsstrang der Brennkraftmaschine gedämpft werden.

Aus der DE 40 21 440 A1 ist eine Einrichtung zum Verhindern des Ruckelns bei Kraftfahrzeugen mit einer Drehmomentkorrek­ tur über eine Steuerung des Zündwinkels bekannt. Dabei wird ein Drehzahldifferenzwert aus aufeinanderfolgenden Drehzahl­ messungen gebildet. Der Drehzahldifferenzwert adressiert eine Kennlinie, worüber ein Wert für einen Korrekturzündwinkel ge­ bildet wird, der zu einem Zündwinkelvorsteuerwert addiert wird, wobei der Korrekturzündwinkel in Abhängigkeit der Größe und des Betrages der Drehzahldifferenzwerte dergestalt gebil­ det ist, dass eine zur Ruckelschwingung gegenphasige Drehmo­ mentkorrektur erfolgt entsprechend einem D-Anteil in einem Regelkreis. Der Drehzahldifferenzwert wird dabei hochpassge­ filtert oder anderweitig dynamisch korrigiert.

In der DE 42 01 861 C1 ist eine Einrichtung zur Erfassung von Drehzahländerungen und Dämpfung von Ruckelschwingungen für Brennkraftmaschinen bekannt, die dazu dient, eine gewollte konstante Beschleunigung von einem Ruckeln zu unterscheiden. Hierzu wird die Steigungsänderung der Drehzahl erfasst und bei Erkennen einer konstanten Drehzahlzunahme die Antiruckel­ maßnahmen inaktiv geschaltet.

In der DE 42 22 298 A1 wird ein Verfahren zur Dämpfung von auftretenden Ruckelschwingungen für Brennkraftmaschinen durch Zündwinkelverstellung vorgeschlagen, wobei gleichzeitig die angreifende Last zyklisch erfasst und zwischengespeichert wird und über einen Vergleich der aufeinanderfolgenden Last­ werte eine Laständerung erfasst wird. Diese Laständerung sorgt beim Überschreiten einer vorgebbaren Schwelle für eine Zündwinkelverstellung, wobei die Rückführung des Zündwinkels auf den Kennfeldzündwinkel in Abhängigkeit des Drehzahlgra­ dienten erfolgt.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver­ fahren zur Ruckeldämpfung mit verbesserter Wirkung anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine opti­ male Ruckeldämpfung positive Drehzahlspitzen abdämpft, d. h. ansteigender Drehzahl während eines Ruckelvorgangs eine Momentenreduzierung entgegensetzt. Abfallende Drehzahlen sind dagegen nur schwer durch Betriebsparame­ tereingriffe zu korrigieren. Durch diese Weise kann das Ruckeln effektiv gedämpft werden. Es wird deshalb fortlau­ fend eine Referenzdrehzahl berechnet, die durch die lokalen Minimalwerte der aktuellen Drehzahl definiert wird. Somit ist diese Referenzdrehzahl immer geringer als die mittlere aktuelle Drehzahl, jedoch nie geringer als die lokalen Mi­ nima der Drehzahl. Wird nun ein Ruckelvorgang detektiert, wird aus Referenzdrehzahl und aktueller Drehzahl ein Ruc­ kelfehler errechnet, auf dessen Basis geeignete Betriebspa­ rameter zur Dämpfung des Ruckelns gewählt werden. Da mit Beginn des Ruckelns bereits sichergestellt ist, daß die Referenzdrehzahl nie größer als die aktuelle Drehzahl ist, wird sofort eine wirksame Ruckeldämpfung erreicht.

Da ein Ruckelvorgang ein periodischer Vorgang ist, des­ sen Frequenz durch die mechanischen Gegebenheiten des Antriebsstranges bestimmt wird, kann man in einer Weiter­ bildung der Erfindung die Periodendauer der Ruckelschwin­ gung bestimmen. Die Periodendauer läßt sich aus der Zeit zwischen der letzten Aktualisierung der Referenzdrehzahl, die bei Vorliegen eines lokalen Minimums erfolgte, und dem der Erkennung des Ruckelvorgangs folgenden lokalen Ma­ ximum bestimmen. Da für eine optimale Ruckeldämpfung die Referenzdrehzahl nie über die aktuelle Drehzahl steigen sollte, wird in dem Moment, in dem die Ruckelschwingung in die negative Halbperiode eintritt, d. h. beginnt, unter die Referenzdrehzahl zu fallen, die Refe­ renzdrehzahl der aktuellen Drehzahl nachgeführt. Zuvor wird bis zum Beginn dieser Nachführung ab Erkennen eines Ruckelvorgangs die Referenzdrehzahl konstant gehalten, um eine starke Ruckeldämpfung zu bewirken. Um die Ruc­ kelschwingung weiter abzudämpfen, wird schließlich nach Ablauf der ersten Periode im lokalen Minimum die Refe­ renzdrehzahl aus einer Tiefpaßfilterung der aktuellen Dreh­ zahl gewonnen. Durch diese Tiefpaßfilterung ist zum einen die Referenzdrehzahl immer kleiner als die aktuelle Dreh­ zahl, zum anderen wird bei geeigneter Ausgestaltung der Tiefpaßfilterung eine starke Abdämpfung der Ruckel­ schwingung bewirkt.

Besonders günstig ist es, die lokalen Extrematawerte durch Bildung der ersten zeitlichen Ableitung der aktuellen Drehzahl zu bestimmen. Bei einem Nulldurchgang dieser ersten zeitlichen Ableitung von positiven zu negativen Wer­ ten, kann so ein lokales Maximum, bei einem anders durch­ laufenen Nulldurchgang ein lokales Minimum erkannt wer­ den.

Die Tiefpaßfilterung der aktuellen Drehzahl zur Ermitt­ lung der Referenzdrehzahl kann nach einer festen Zeitdauer oder einer festen Anzahl von Perioden der Ruckelschwin­ gung beendet werden. Dann kann man wieder die Referenz­ drehzahl durch die lokalen Minima der aktuellen Drehzahl definieren.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher erläu­ tert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Zeitreihe der aktuellen Drehzahl und Refe­ renzdrehzahl während eines Ruckelvorgangs,

Fig. 2 die erste zeitliche Ableitung der aktuellen Drehzahl nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Zeitreihe des Ruckelfehlers des Ruckelvor­ gangs nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Zeitreihe einer Zündwinkelkorrektur zum Ab­ dämpfen des Ruckelvorganges nach Fig. 1 und

Fig. 5 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Ruckel­ dämpfung.

In Fig. 1 ist über der Zeit t die aktuelle Drehzahl NA auf­ getragen, wie sie typischerweise während eines Ruckelvor­ gangs einer Brennkraftmaschine vorliegt. Ein solcher Ruc­ kelvorgang kann auftreten, wenn der Fahrer eines mit einer Brennkraftmaschine ausgerüsteten Fahrzeuges über das Fahrpedal nach dem Heraufschalten eine starke Beschleuni­ gung oder nach dem Herunterschalten eine starke Verzöge­ rung anfordert. Dabei ist die aktuelle Drehzahl NA nur für die Dauer der Ruckeldämpfung aufgetragen. Gestrichelt ist in Fig. 1 weiter die Referenzdrehzahl NR eingetragen. Der zeitliche Verlauf der aktuellen Drehzahl NA sowie der Refe­ renzdrehzahl NR und die dabei bewirkte Rückeldämpfung ist am besten unter Einbeziehung des Flußdiagramms der Fig. 5 verständlich. In diesem Flußdiagramm sind die übli­ chen Symbole für Abfragen (Raute) und Vorgaben von Grö­ ßen (Rechtecke) gewählt. Die mit dem Buchstaben S begin­ nenden Bezugszeichen bezeichnen die Schritte des Verfah­ rens.

Mit dem Beginn des Verfahrens zur Ruckeldämpfung wird in Schritt S1 die Referenzdrehzahl NR auf einen Start­ wert R0 gesetzt. Dann wird in Schritt S2 geprüft, ob die ak­ tuelle Drehzahl NA ein lokales Minimum einnimmt. Dazu wird der in Fig. 2 als Zeitreihe dargestellte Drehzahlgradient ND ausgewertet. Bei einem vom Negativen ins Positive durchlaufenen Nulldurchgang des Drehzahlgradienten ND liegt ein lokales Minimum vor. Die Abfrage in Schritt S2 wird in einem festen Zeitraster, das aber betriebsparameter­ abhängig gewählt werden kann, nun solange durchgeführt, bis ein lokales Minimum gefunden wird. Ist dies der Fall, wird in Schritt S3 die Referenzdrehzahl durch den lokalen Minimalwert aktualisiert. Die vereinfachte Gleichung in Schritt S3 der Fig. 5 gibt dies dadurch wieder, daß die Refe­ renzdrehzahl für die im nächsten Zeitabschnitt folgende Zeitspanne t gleich der aktuellen Drehzahl zum Zeitpunkt t0, also gleich dem aktuellen Minimalwert gesetzt wird.

Als nächstes wird in Schritt S4 überprüft, ob ein Ruckel­ vorgang vorliegt. Dazu wird abgefragt, ob die Laständerung L der Brennkraftmaschine einen Schwellenwert SW überschreitet. Ist dies nicht der Fall, wird die Referenzdrehzahl weiter im Zeitraster durch die lokalen Minimalwerte fortge­ schrieben, indem zu Schritt S2 zurückgesprungen wird.

Die Detektion eines Ruckelvorgangs in Schritt S4 ent­ spricht dem Beginn der Zeitreihe für die aktuelle Drehzahl NA in Fig. 1. Wird ein Ruckelvorgang detektiert, wird so­ fort in Schritt S5 eine Zeitschaltuhr gestartet.

Nun wird die aktuelle Drehzahl NA ständig auf ein loka­ les Maximum hin überwacht. Gleichzeitig bleibt die Refe­ renzdrehzahl konstant. Dies geschieht wieder durch Aus­ wertung des Drehzahlgradienten ND, nun jedoch auf einem Nulldurchgang vom Positiven ins Negative. In Fig. 1 ist dies zum Zeitpunkt t1 der Fall. Aus der Zeitdifferenz zwischen Detektion des Ruckelvorgangs und dem zum Zeitpunkt t1 detektierten lokalen Maximum der Ruckelschwingung wird nun die Periodendauer der Ruckelschwingung berechnet. Diese Bestimmung der Periodendauer ist zur Vereinfachung im Flußdiagramm der Fig. 5 im Schritt S5 zusammen mit dem Start der Zeitschaltuhr zusammengefaßt.

Als nächstes wird dann in Schritt S6 die aktuelle Drehzahl NA auf ein Unterschreiten der Referenzdrehzahl hin über­ prüft. Dies ist in Fig. 1 zum Zeitpunkt t2 der Fall. Ab dann wird in Schritt S7 die Referenzdrehzahl NR der aktuellen Drehzahl NA nachgeführt. Somit ist sichergestellt, daß die Referenzdrehzahl während des Ruckelvorgangs in der er­ sten positiven Halbperiode der Ruckelschwingung kleiner als die aktuelle Drehzahl, in der darauf folgenden Negativ­ halbperiode gleich der aktuellen Drehzahl ist.

Während die Referenzdrehzahl NR nachgeführt wird, wird ständig überprüft, ob der Drehzahlgradient ND einen ein lokales Minimum der aktuellen Drehzahl NA anzeigen­ den Nulldurchgang hat (Schritt S8). Dies in Fig. 1 zum Zeit­ punkt t3 gegeben. Ab dann wird die Referenzdrehzahl nicht mehr der aktuellen Drehzahl nachgeführt, sondern in Schritt S9 durch eine Tiefpaßfilterung der aktuellen Drehzahl erhal­ ten. Dies erfolgt solange, bis die in Schritt S5 gestartete Zeitschaltuhr in Schritt S10 eine Schwellenwertüberschrei­ tung aufweist, also eine Maximalzeit seit Beginn des Ruc­ kelvorganges abgelaufen ist. Dies ist in Fig. 1 zum Zeit­ punkt t4 der Fall. Dann wird in Schritt S11 die Referenz­ drehzahl auf den Wert der aktuellen Drehzahl gesetzt. An­ schließend wird vor Schritt S2 zurückgesprungen, und die Referenzdrehzahl wieder im Zeitraster über die lokalen Mi­ nimalwerte der aktuellen Drehzahl NA definiert.

Aus der so gewonnenen Referenzdrehzahl NR und der aktuellen Drehzahl NA wird nun durch Differenzbildung ein Ruckelfehler RF bestimmt. Dieser ist in Fig. 3 als Zeitreihe dargestellt. Wie zu sehen ist, ergibt sich die maximale Ab­ weichung von Referenzdrehzahl NR und aktueller Drehzahl NA zum Zeitpunkt t1, zu dem der Ruckelfehler RF einen maximal negativen Wert aufweist. Zwischen den Zeitpunk­ ten t2 und t3, also in der negativen Halbperiode der Ruckel­ schwingung ist der Ruckelfehler Null, da die Referenzdreh­ zahl NR der aktuellen Drehzahl nachgeführt wird. Ab dem Zeitpunkt t3 ergibt sich der Ruckelfehler aus der Differenz der tiefpaßgefilterten aktuellen Drehzahl und der aktuellen Drehzahl selbst. Zum Zeitpunkt t4 ist der Ruckelfehler wie­ der Null und eine weitere Berechnung erfolgt nicht, da in Schritt S10 der Ruckelvorgang als beendet detektiert wurde.

Aus dem Ruckelfehler RF wird beispielsweise mittels ei­ nes Kennfeldes eine Betriebsparameterkorrektur gewonnen. In Fig. 4 ist eine Zündwinkelkorrektur ZK als Beispiel für eine solche Betriebsparameterkorrektur aufgeführt. Da die Zündwinkelkorrektur nur positive Drehzahlspitzen, also Be­ reiche des Ruckelvorganges mit ansteigender Drehzahl während des Ruckelvorganges abzudämpfen hat, ist sie sehr wirksam.

Anstelle der Fig. 5 dargestellten Zeitschaltuhr kann auch ein Periodenzähler verwendet werden, so daß die Ruckel­ dämpfung in Schritt S10 nach einer festen Anzahl von Peri­ oden der Ruckelschwingung beendet wird. Diese Zahl von Perioden kann beispielsweise zwischen 2 und 6 liegen.

Die Tiefpaßfilterung in Schritt S9 zur Generierung der Referenzdrehzahl zwischen den Zeitpunkten t3 und 64 kann vielfältig erfolgen. So ist beispielsweise eine gleitende Mit­ telwertbildung möglich, die ja bekanntermaßen eine beson­ ders einfache Realisierung einer Tiefpaßfilterung ist.

Claims (6)

1. Verfahren zur Ruckeldämpfung bei einer Brenn­ kraftmaschine, bei dem

• 1. eine Referenzdrehzahl (NR) aus der aktuellen Drehzahl (NA)der Brennkraftmaschine bestimmt wird, indem fortlaufend
  • 1. ein lokaler Minimalwert des Verlaufs der aktuellen Drehzahl als Wert der Refe­ renzdrehzahl genommen wird, und
  • 2. beim nächsten lokalen Minimalwert die­ ser als aktualisierter Wert der Referenzdreh­ zahl genommen wird,
• 2. ein Ruckelvorgang erkannt wird, wenn die Brennkraftmaschine innerhalb eines gewissen Zeitraumes nach der letzten Aktualisierung der Referenzdrehzahl einen gewissen Mindestlast­ sprung vollführt, und
• 3. ab Erkennen des Ruckelvorgangs ein Ruckel­ fehler (RF) aus der Differenz zwischen Referenz­ drehzahl und aktueller Drehzahl berechnet wird, auf dessen Grundlage eine oder mehrere Betriebs­ parameterkorrekturen vorgenommen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß vor Schritt S3 folgende Schritte durchgeführt werden:

• 1. nach Erkennen des Ruckelvorganges wird die Periodendauer der entsprechenden Ruckelschwin­ gung bestimmt, indem die Zeit zwischen der letz­ ten Aktualisierung der Referenzdrehzahl und dem nach Erkennen des Ruckelvorgangs nächstfolgen­ den lokalen Maximalwert der aktuellen Drehzahl ermittelt wird,
• 2. bis zum Ende der ersten Periode der Ruckel­ schwingung wird die Referenzdrehzahl konstant gehalten, solange die aktuelle Drehzahl über der Referenzdrehzahl liegt, ansonsten wird bis zum Ende der ersten Periode der Ruckelschwingung die Referenzdrehzahl der aktuellen Drehzahl nachgeführt, und
• 3. nach Ablauf der ersten Periode der Ruckel­ schwingung wird die Referenzdrehzahl aus einer Tiefpaßfilterung der aktuellen Drehzahl gewon­ nen, bis die Ruckelschwingung ausreichend abge­ klungen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß in Schritt 2c eine feste Anzahl von Perioden der Ruckelschwingung gewartet wird, bis die Ruckel­ schwingung abgeklungen ist.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsparameter­ korrekturen eine Zündwinkelkorrektur umfassen.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruckelfehler (RF) ei­ nem Kennfeld eingegeben wird, das die Betriebspara­ meterkorrektor liefert.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste zeitliche Ableitung der aktuellen Drehzahl gebildet wird, um lokale Maximal- und/oder Minimalwerte am Nulldurchgang der ersten zeitlichen Ableitung zu erkennen.