DE202014004379U1

DE202014004379U1 - Steuerung eines automatischen Motorstarts

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Publication number: DE202014004379U1
Application number: DE202014004379.5U
Authority: DE
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-05-26
Filing date: 2014-05-26
Publication date: 2015-08-28
Anticipated expiration: 2024-05-27

Abstract

Computerprogramm, umfassend einen Computercode, der geeignet ist, ein Verfahren zur Steuerung eines automatischen Motorstarts eines Antriebssystems (100) auszuführen, das eine Verbrennungskraftmaschine (110), ein automatisches Getriebe (500) und eine Steuereinheit (450) umfasst, die dafür ausgelegt ist, die Verbrennungskraftmaschine automatisch zu stoppen und zu starten, wobei während eines automatischen Motorstarts eine Motordrehzahl (n) in einem geschlossenen Regelkreis gesteuert wird, indem eine dem Motor zugeführte Kraftstoffmenge (Q) als Funktion einer Gaspedalposition (APP) angepasst wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines automatischen Motorstarts. Das Verfahren ist besonders geeignet für Antriebssysteme mit einem Dieselmotor, einem automatischen Getriebe und einer Steuereinheit, die dafür ausgelegt ist, die Verbrennungskraftmaschine automatisch zu stoppen und zu starten. Die Offenbarung betrifft auch ein Computerprogramm, das ein solches Verfahren ausführt.
HINTERGRUND
Es ist bekannt, dass viele Kraftfahrzeuge, d. h. Antriebssysteme, mit einer Steuervorrichtung versehen sind, gewöhnlich mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU), die dafür ausgelegt ist, neben anderen Funktionen die so genannte ”Stopp-Start-Funktion” (oder einfach S/S-Funktion) auszuführen. Mit Hilfe dieser Funktion schaltet die ECU die Verbrennungskraftmaschine automatisch ab und startet sie wieder, um den Zeitraum zu verkürzen, den der Motor im Leerlauf verbringt, wodurch der Kraftstoffverbrauch und die Emissionen verringert werden.
In den letzten Jahren wurde die Stopp-Start-Funktion auch in Kraftfahrzeuge eingebaut, die mit einem automatischen Getriebe versehen sind. Bei diesen Kraftfahrzeugen wird die Stopp-Start-Funktion mit dem Getriebe im Antriebsbereich angewendet (d. h. der erste Gang ist eingelegt), wobei der Motor stoppt, wenn das Bremspedal gedrückt wird, und startet, wenn es losgelassen wird.
Da der Antriebsstrang eingerückt ist, wird das Motordrehmoment auch während des Anlassens auf das Fahrzeug übertragen. Da es sich bei der Drehzahlsteuerung während des Anlassens um eine Steuerung mit offenem Regelkreis handelt, kann das übermittelte Drehmoment zu einem unerwünschten Rucken führen, was den wahrgenommenen Fahrkomfort beeinträchtigen kann. Wenn andererseits der Lenker rasch starten will, sollte der Motor so rasch wie möglich angelassen werden.
Folglich besteht Bedarf nach einem Computerprogramm zur Ausführung eines Verfahrens zur Steuerung eines automatischen Motorstarts, das den oben genannten Mängeln abhilft.
Zweck einer Ausführungsform der Erfindung ist es, ein Computerprogramm zu schaffen, das ein Verfahren zur Steuerung eines automatischen Motorstarts ausführt, das in der Lage ist, den vom Lenker wahrgenommenen Fahrkomfort und die Ansprechgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten.
Diese Ziele werden durch ein Computerprodukt und ein Antriebssystem erreicht, welche die in den unabhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmale aufweisen.
Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und/oder besonders vorteilhafte Aspekte.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Ausführungsform der Offenbarung schafft ein Verfahren zur Steuerung eines automatischen Motorstarts eines Antriebssystem, das eine Verbrennungskraftmaschine, ein automatisches Getriebe und eine Steuereinheit umfasst, die dafür ausgelegt ist, die Verbrennungskraftmaschine automatisch zu stoppen und zu starten, wobei während eines automatischen Motorstarts eine Motordrehzahl in einem geschlossenen Regelkreis gesteuert wird, indem eine dem Motor zugeführte Kraftstoffmenge als Funktion einer Gaspedalposition angepasst wird.
Folglich wird eine Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens zur Steuerung eines automatischen Motorstarts eines Antriebssystem offenbart, wobei die Vorrichtung Mittel umfasst, um während eines automatischen Motorstarts eine Motordrehzahl in einem geschlossenen Regelkreis zu steuern, indem eine dem Motor zugeführte Kraftstoffmenge als Funktion einer Gaspedalposition angepasst wird.
Folglich wird ein Computerprogramm mit einem Computercode offenbart, wobei das Computerprogramm ein Verfahren zur Steuerung eines automatischen Motorstarts eines Antriebssystems ausführen kann, das eine Verbrennungskraftmaschine, ein automatisches Getriebe und eine Steuereinheit umfasst, die dafür ausgelegt ist, die Verbrennungskraftmaschine automatisch zu stoppen und zu starten, wobei während eines automatischen Motorstarts eine Motordrehzahl in einem geschlossenen Regelkreis gesteuert wird, indem eine dem Motor zugeführte Kraftstoffmenge als Funktion einer Gaspedalposition angepasst wird.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Steuerung der Motordrehzahl während des Anlassens durch dieses neue Steuerungsverfahren mit geschlossenem Regelkreis anstatt durch eine Steuerung mit offenem Regelkreis erfolgt. Die vorliegende Steuerung mit geschlossenem Regelkreis liefert eine Ausgabe für die Kraftstoffmenge (d. h. das Drehmoment), die eine Funktion der Anforderung seitens des Lenkers, d. h. der Gaspedalposition ist. Auf diese Weise wird ein ausgezeichnetes Fahrverhalten bei Kraftfahrzeugen erzielt, die mit einem automatischem Getriebe und einer Stopp-Start-Funktion versehen sind. Durch eine Interpretation der Lenkeranforderungen wird entweder ein sehr schneller Fahrzeugstart oder aber ein sehr sanftes Anlassen erzielt. Insbesondere im Fall einer Anforderung zum sanften automatischen Start des Motors genießt der Lenker einen ausgezeichneten Fahrkomfort, da praktisch kein Rucken des Fahrzeugs in Längsrichtung auftritt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform des Verfahrens bestimmt die Gaspedalposition die Werte eines Proportional-, Integral- und Differenzialkoeffizienten der Steuerung mit geschlossenem Regelkreis.
Folglich bestehen die Mittel zur Steuerung einer Motordrehzahl in einem Regler, wobei der Regler ein Proportional-Integral-Regler (PI) oder ein Proportional-Integral-Differenzial-Regler (PID-Regler) ist, wobei ein Satz von Werten eines Proportional-, Integral- und Differenzialkoeffizienten des PI- oder PID-Reglers als Funktion einer Gaspedalposition bestimmt wird.
Folglich bestimmt gemäß einer anderen Ausführungsform des Computerprogramms die Gaspedalposition die Werte eines Proportional-, Integral- und Differenzialkoeffizienten der Steuerung mit geschlossenem Regelkreis.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die neue Steuerstrategie als variable Steuerung mit geschlossenem Regelkreis agiert und das Ansprechen des Motors auf den automatischen Motorstart anpassen kann, indem sie die Gaspedalposition als Steuervariable verwendet. Tatsächlich nutzt die Steuerung, die durch einen Proportional-Integral-Differenzial-Regler (PID-Regler) oder einen Proportional-Integral-Regler (PI-Regler) durchgeführt wird, die vom Gaspedal kommenden Informationen, wobei sie den Typ des automatischen Motorstarts erkennt und die Proportional-, Integral- und Differenzialkoeffizienten entsprechend anpasst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird ein erster Satz von Werten für den Proportional-, Integral- und Differenzialkoeffizienten bestimmt, wenn die Gaspedalposition zwischen 0% und 10% liegt.
Folglich sind die Mittel zur Steuerung einer Motordrehzahl derart ausgelegt, dass ein erster Satz von Werten für den Proportional-, Integral- und Differenzialkoeffizienten bestimmt wird, wenn die Gaspedalposition zwischen 0% und 10% liegt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Computerprogramms wird folglich ein erster Satz von Werten für den Proportional-, Integral- und Differenzialkoeffizienten bestimmt, wenn die Gaspedalposition zwischen 0% und 10% liegt.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass dieser Zustand einen sanften automatischen Motorstart repräsentiert und die PID-Koeffizienten derart kalibriert werden, dass ein rasches Ansprechen erzielt wird, bis der Resonanzbereich des Zweimassenschwungrads überwunden ist, und ein sanftes Ansprechen erzielt wird, bis der Leerlaufsollwert erreicht ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird ein zweiter Satz von Werten für den Proportional-, Integral- und Differenzialkoeffizienten bestimmt, wenn die Gaspedalposition zwischen 10% und 30% liegt.
Folglich sind die Mittel zur Steuerung einer Motordrehzahl derart ausgelegt, dass ein zweiter Satz von Werten für den Proportional-, Integral- und Differenzialkoeffizienten bestimmt wird, wenn die Gaspedalposition zwischen 10% und 30% liegt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Computerprogramms wird folglich ein zweiter Satz von Werten für den Proportional-, Integral- und Differenzialkoeffizienten bestimmt, wenn die Gaspedalposition zwischen 10% und 30% liegt.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass dieser Zustand einen normalen automatischen Motorstart repräsentiert und die PID-Koeffizienten derart kalibriert werden, dass aufgrund einer Zwischenposition des Gaspedals ein rascheres Ansprechen als beim sanften automatischen Motorstart erzielt wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird ein dritter Satz von Werten für den Proportional-, Integral- und Differenzialkoeffizienten bestimmt, wenn die Gaspedalposition zwischen 30% und 100% liegt.
Folglich sind die Mittel zur Steuerung einer Motordrehzahl derart ausgelegt, dass ein dritter Satz von Werten für den Proportional-, Integral- und Differenzialkoeffizienten bestimmt wird, wenn die Gaspedalposition zwischen 30% und 100% liegt.
Folglich wird gemäß einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ein dritter Satz von Werten für den Proportional-, Integral- und Differenzialkoeffizienten bestimmt, wenn die Gaspedalposition zwischen 30% und 100% liegt.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass dieser Zustand einen aggressiven automatischen Motorstart repräsentiert und die PID-Koeffizienten derart kalibriert werden, dass die Anlassphase so rasch wie möglich verlassen wird und ein rasches Ansprechen erzielt wird, was die Beschleunigung des Fahrzeugs betrifft.
Eine weitere Ausführungsform der Offenbarung schafft ein Antriebssystem, umfassend eine Verbrennungskraftmaschine, ein automatisches Getriebe und eine elektronische Steuereinheit, wobei die elektronische Steuereinheit dafür ausgelegt ist, das Computerprogramm nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen auszuführen.
Gemäß einem seiner Aspekte kann das Verfahren mit Hilfe eines Computerprogramms, das einen Programmcode zur Ausführung aller Schritte des oben beschriebenen Verfahrens umfasst, sowie in der Form eines Computerprogramm-Produkts, welches das Computerprogramm enthält, ausgeführt werden.
Das Computerprogramm-Produkt kann in eine Steuerungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eingebettet sein, die Folgendes umfasst: eine elektronische Steuereinheit (ECU), einen mit der ECU verbundenen Datenträger und das in einem Datenträger gespeicherte Computerprogramm, so dass die Steuerungseinrichtung die beschriebenen Ausführungsformen ebenso wie das Verfahren definiert. Wenn die Steuerungseinrichtung das Computerprogramm ausführt, werden somit alle Schritte des oben beschriebenen Verfahrens ausgeführt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nun sollen die verschiedenen Ausführungsformen beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, wobei:
1 ein Antriebssystem zeigt;
2 eine Schnittdarstellung einer Verbrennungskraftmaschine ist, die zum Antriebssystem von 1 gehört;
3 ein Blockdiagramm des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
4 schematisch das Motordrehzahlverhalten im Verlauf der Zeit während des Anlassens des Motors als Funktion der Gaspedalposition zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Einige Ausführungsformen können ein Antriebssystem 100 umfassen, das in 1 und 2 dargestellt ist und Folgendes umfasst: eine Verbrennungskraftmaschine (VKM) 110 mit einem Motorblock 120, der wenigstens einen Zylinder 125 mit einem Kolben 140 definiert, der derart gekoppelt ist, dass er eine Kurbelwelle 145 dreht. Ein Zylinderkopf 130 wirkt mit dem Kolben 140 zusammen, um einen Verbrennungsraum 150 zu definieren.
Ein Kraftstoff-Luft-Gemisch (nicht dargestellt) ist im Verbrennungsraum 150 angeordnet und wird gezündet, was zu heißen, sich ausdehnenden Abgasen führt, die eine hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 140 bewirken. Der Kraftstoff wird durch mindestens eine Kraftstoffeinspritzdüse 160 bereitgestellt, und die Luft wird durch mindestens eine Ansaugöffnung 210 bereitgestellt. Der Kraftstoff wird mit hohem Druck zur Kraftstoffeinspritzdüse 160 befördert, und zwar ausgehend von einer Kraftstoffleiste 170, die in Fluidverbindung mit einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 180 steht, die den Druck des Kraftstoffs erhöht, den sie von einer Kraftstoffquelle 190 erhält.
Jeder der Zylinder 125 hat wenigstens zwei Ventile 215, die durch eine Nockenwelle 135 betätigt werden, die sich zeitlich abgestimmt mit der Kurbelwelle 145 dreht. Die Ventile 215 ermöglichen selektiv den Einlass von Luft in den Verbrennungsraum 150 ausgehend von der Öffnung 210 und alternativ den Austritt von Abgasen durch eine Öffnung 220. Bei einigen Beispielen kann ein Nockenwellenversteller 155 die zeitliche Abstimmung zwischen der Nockenwelle 135 und der Kurbelwelle 145 selektiv variieren.
Die Luft kann durch einen Ansaugkrümmer 200 zur (zu den) Luftansaugöffnung(en) 210 befördert werden. Eine Luftansaugleitung 205 kann Luft aus der umgebenden Atmosphäre zum Ansaugkrümmer 200 führen. In anderen Ausführungsformen kann eine Drosselklappe 330 vorgesehen sein, um den Luftstrom in den Krümmer 200 zu regeln. In weiteren Ausführungsformen kann ein Gebläseluftsystem wie z. B. ein Turbolader 230 vorgesehen sein, der einen Verdichter 240 aufweist, der mit einer Turbine 250 drehbar verbunden ist. Die Drehung des Verdichters 240 erhöht den Druck und die Temperatur der Luft in der Leitung 205 und im Krümmer 200. Ein in der Leitung 205 angeordneter Ladeluftkühler 260 kann die Temperatur der Luft senken. Die Turbine 250 rotiert, indem sie Abgase von einem Abgaskrümmer 225 erhält, der die Abgase von den Ausstoßöffnungen 220 durch eine Reihe von Flügeln leitet, bevor die Expansion durch die Turbine 250 erfolgt. Die Abgase treten aus der Turbine 250 aus und werden in ein Auspuffsystem 270 geleitet. Dieses Beispiel zeigt eine variable Turbinengeometrie (VTG) 250 mit einem VTG-Stellglied 290, das angeordnet ist, um die Flügel zu bewegen, um den Abgasstrom durch die Turbine zu verändern. In anderen Ausführungsformen kann der Turbolader eine Turbine mit fester Geometrie mit einem Überströmventil sein.
Das Auspuffsystem 270 kann ein Auspuffrohr 275 umfassen, das ein oder mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 280 umfasst. Bei den Nachbehandlungsvorrichtungen kann es sich um jegliche Vorrichtung handeln, die dafür ausgelegt ist, die Zusammensetzung der Abgase zu verändern. Einige Beispiele für Nachbehandlungsvorrichtungen 280 umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, (Zwei- und Dreiwege-)Austauschkatalysatoren, Oxidationskatalysatoren oder NOx-Speicherkatalysatoren, Partikelfilter, selektive katalytische Reduktionssysteme (SKR-Systeme). Andere Ausführungsformen können ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) 300 umfassen, das zwischen dem Abgaskrümmer 225 und dem Ansaugkrümmer 200 angeordnet ist. Das AGR-System 300 kann einen AGR-Kühler 310 umfassen, um die Temperatur der Abgase im AGR-System 300 zu senken. Ein AGR-Ventil 320 reguliert den Abgasstrom im AGR-System 300.
Das Antriebssystem 100 kann ferner eine elektronische Steuereinheit (ECU) 450 umfassen, die mit einem oder mehreren Sensoren und/oder Vorrichtungen kommuniziert, die mit der VKM 110 verbunden sind, und die mit einem Datenträger 40 versehen ist. Die ECU 450 kann Eingangssignale von verschiedenen Sensoren empfangen, die dafür ausgelegt sind, die Signale zu erzeugen, die proportional zu verschiedenen physikalischen Parametern in Zusammenhang mit der VKM 110 sind. Die Sensoren umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, einen Luftmassen-, Druck- und Temperatursensor 340, einen Sensor für Krümmerdruck- und -temperatur 350, einen Verbrennungsdrucksensor 360, Temperatur- und Pegelsensoren für Kühlmittel und Öl 380, einen Kraftstoffleistendrucksensor 400, einen Nockenwellenpositionssensor 410, einen Kurbelwellenpositionssensor 420, Sensoren für Auspuffdruck- und -temperatur 430, einen AGR-Temperatursensor 440 und einen Gaspedalpositionssensor 445. Darüber hinaus kann die ECU 450 Ausgangssignale zu verschiedenen Steuereinrichtungen erzeugen, die angeordnet sind, um den Betrieb der VKM 110 zu steuern, wobei diese die Kraftstoff-Einspritzdüsen 160, die Drosselklappe 330, das AGR-Ventil 320, das Überströmventil-Stellglied 290 und den Nockenwellenversteller 155 einschließen, aber nicht darauf beschränkt sind. Es ist zu beachten, dass gestrichelte Linien verwendet werden, um die Verbindung zwischen der ECU 450 und den verschiedenen Sensoren und Vorrichtungen anzuzeigen, wobei jedoch einige der Klarheit halber weggelassen wurden.
Was die ECU 450 betrifft, so kann diese Vorrichtung eine digitale zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) umfassen, die mit einem Speichersystem und einem Schnittstellenbus verbunden ist. Die CPU ist dafür ausgelegt, Befehle auszuführen, die als Programm im Speichersystem gespeichert sind, und Signale an den Schnittstellenbus zu senden/von diesem zu empfangen. Das Speichersystem kann verschiedene Speicherungstypen umfassen, wie z. B. eine optische Speicherung, eine magnetische Speicherung, eine Speicherung des Typs Solid State und andere nichtflüchtige Speicher. Der Schnittstellenbus kann dafür ausgelegt sein, analoge und/oder digitale Signale an die verschiedenen Sensoren und Steuervorrichtungen zu senden, von diesen zu empfangen und diese Signale zu modulieren. Das Programm kann die hier offenbarten Verfahren ausführen, indem es der CPU erlaubt, die Schritte dieser Verfahren auszuführen und die VKM 110 zu steuern.
Das in dem Speichersystem gespeicherte Programm wird von außen über ein Kabel oder auf drahtlose Weise übermittelt. Außerhalb des Antriebssystems 100 ist es normalerweise als Computerprogrammprodukt sichtbar, das im Fachgebiet auch als computerlesbares Medium oder maschinenlesbares Medium bezeichnet wird, wobei dies so zu verstehen ist, dass es sich um einen Computerprogrammcode handelt, der sich auf einem Träger befindet, wobei die Art des Trägers vorübergehend oder nicht vorübergehend sein kann, was zur Folge hat, dass die Art des Computerprogrammprodukts vorübergehend oder nicht vorübergehend sein kann.
Ein Beispiel für ein vorübergehendes Computerprogrammprodukt ist ein Signal, z. B. ein elektromagnetisches Signal wie beispielsweise ein optisches Signal, bei dem es sich um einen vorübergehenden Träger für den Computerprogrammcode handelt. Das Tragen eines solchen Computerprogrammcodes kann erfolgen, indem das Signal durch eine herkömmliche Modulationstechnik moduliert wird; wie z. B. durch QPSK für digitale Daten, so dass die binären Daten, die den Computerprogrammcode darstellen, auf das vorübergehende elektromagnetische Signal aufgeprägt werden. Solche Signale werden z. B. verwendet, um einen Computerprogrammcode auf drahtlose Weise über eine WiFi-Verbindung an einen Laptop zu senden.
Im Fall eines nicht vorübergehenden Computerprogrammprodukts ist der Computerprogrammcode in einem körperlichen Speichermedium ausgeführt. Das Speichermedium ist in diesem Fall der oben erwähnte nicht vorübergehende Träger, so dass der Computerprogrammcode permanent oder nicht permanent auf abrufbare Weise in oder auf diesem Speichermedium gespeichert ist. Das Speichermedium kann vom herkömmlichen Typ sein, wie er in der Computertechnologie bekannt ist, wie z. B. ein Flash-Speicher, ein Asic, eine CD oder dergleichen.
Anstelle einer ECU 450 kann das Antriebssystem 100 einen anderen Prozessortyp aufweisen, um die elektronische Logik bereitzustellen, z. B. eine eingebettete Steuervorrichtung, einen Bordcomputer oder ein Verarbeitungsmodul, das im Fahrzeug eingesetzt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Antriebssystem 100 (oder allgemeiner das Kraftfahrzeug), wie es oben beschrieben wurde, mit einem automatischen Getriebe und einer Start-Stopp-Vorrichtung versehen, die durch die ECU 450 gesteuert wird und den Motor 110 automatisch stoppen und starten kann.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, unterschiedliche automatische Motorstartmanöver bereitzustellen, um verschiedene Lenkeranforderungen erfüllen zu können. Die neue Steuerstrategie kann als variable Steuerung mit geschlossenem Regelkreis definiert werden, wobei sie das Ansprechen des Motors beim automatischen Motorstart anpassen kann, indem die Gaspedalposition APP als Steuervariable verwendet wird.
Um das typische Fahrgefühl beim Lenken eines Kraftfahrzeugs mit automatischem Getriebe nicht zu beeinträchtigen, ist während eines automatischen Motorstartmanövers tatsächlich eine andere Strategie der Steuerung der Kraftstoffzufuhr erforderlich. Basierend auf einer Interpretation der Lenkeranforderungen (Gaspedal) passt sich das Ansprechen des Motors von selbst an, um die S/S-Manöver so transparent wie möglich zu machen.
Die Steuerung nutzt die vom Gaspedal 446 kommenden Informationen, erkennt Typ des automatischen Motorstarts und passt die PID-Koeffizienten (Proportional-, Integral- und Differenzialkoeffizienten) entsprechend an.
Das Verfahren wird durch einen Proportional-Integral-Regler (PI-Regler) oder einen Proportional-Integral-Differenzial-Regler (PID-Regler) ausgeführt. Ein PID-Regler berechnet bekanntlich einen Fehlerwert als Differenz zwischen einer gemessenen Prozessvariablen und einem gewünschten Sollwert. Der Regler versucht, den Fehler zu minimieren, indem er die Prozesssteuerungsausgabe anpasst. Der Algorithmus des PID-Reglers verwendet drei separate konstante Parameter, weshalb er manchmal als Dreikomponentenregler bezeichnet wird, nämlich den Proportionalwert, den Integralwert und den Differenzialwert mit den Bezeichnungen P, I und D. Einfach ausgedrückt können diese Werte als Zeit ausgedrückt werden: P hängt vom vorhandenen Fehler ab, I von der Akkumulation vergangener Fehler, und D ist eine Voraussage zukünftiger Fehler auf Basis der aktuellen Veränderungsrate. Bei einem PI-Regler ist der Term D natürlich null. Die gewichtete Summe dieser drei Aktionen wird verwendet, um den Prozess durch ein Steuerelement, wie z. B. die Position eines Steuerventils oder einer Drosselklappe, oder durch die einem Heizelement zugeführte Leistung anzupassen. Durch die Einstellung der drei Parameter im Algorithmus des PID-Reglers kann der Regler Steuerungsvorgänge ausführen, die für spezifische Prozessanforderungen zugeschnitten sind. Das Ansprechen des Reglers kann durch die Ansprechempfindlichkeit des Reglers auf einen Fehler, das Ausmaß, in dem der Regler den Sollwert überschreitet, und das Ausmaß der Schwingung des Systems beschrieben werden.
Nach einer Anforderung zum automatischen Start des Motors steuert das Verfahren in einem geschlossenen Regelkreis die Motordrehzahl n, indem eine dem Motor zugeführte Kraftstoffmenge Q als Funktion einer Gaspedalposition APP angepasst wird. 3 zeigt ein Blockdiagramm des Steuerungsverfahrens. Wenn eine Anforderung zum automatischen Start des Motors gestellt wird, wird durch einen PID-Regler 450 eine Steuerung im geschlossenen Regelkreis durchgeführt, wobei als Eingabeparameter ein Motordrehzahlfehler n_e verwendet wird, der die Differenz zwischen einem Leerlaufdrehzahl-Sollwert n_r und der aktuellen Motordrehzahl n ist. Der Regler passt eine dem Motor zugeführte Kraftstoffmenge Q an, um die Motordrehzahl zu steuern, wobei versucht wird, den Leerlaufdrehzahl-Sollwert zu erreichen. Wenn die Motordrehzahl den Leerlaufdrehzahlwert erreicht hat, wird diese Strategie übrigens nicht mehr angewendet, da nun eine andere Steuerungsstrategie, die Leerlaufdrehzahlsteuerung, beginnt. Die Gaspedalposition APP wird verwendet, um zu definieren, welcher Typ des automatischen Motorstarts angefordert wird, siehe Block 540: sanft, normal oder aggressiv. Der gewählte Typ der Anforderung zum automatischen Start des Motors bestimmt die Koeffizienten des PID-Reglers, wie dies im Folgenden erklärt wird.
Genauer gesagt weist der Regler die entsprechenden Koeffizienten P, I und D für drei unterschiedliche Typen des automatischen Motorstarts auf. 4 zeigt schematisch das Motordrehzahlverhalten im Verlauf der Zeit während des Anlassens des Motors als Funktion der Gaspedalposition. In 4 sind drei Verhaltensweisen dargestellt: ein sanfter automatischer Motorstart 510, ein normaler automatischer Motorstart 520 und ein aggressiver automatischer Motorstart 530. Beim sanften Verhalten wird eine längere Zeit bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl (Drehzahlsollwert) benötigt als beim normalen Verhalten, während beim normalen Verhalten eine längere Zeit bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl benötigt wird als bei einem aggressiven Verhalten. Jede dieser Drehzahlverhaltensweisen hängt von der Gaspedalposition ab, und für jede von ihnen muss der Koeffizient der drei Terme bestimmt werden, welche die Steuerung mit geschlossenem Regelkreis bilden, um für jedes Drehzahlverhalten die entsprechende Leistung zu garantieren. Anders ausgedrückt bestimmt die Gaspedalposition APP die Werte des Proportionalkoeffizienten P, des Integralkoeffizienten I und des Differenzialkoeffizienten D der Steuereinrichtung mit geschlossenem Regelkreis (im Fall eines PI-Reglers ist der Differenzialkoeffizient D natürlich null).
Insbesondere wird ein erster Satz von Werten für den Proportionalkoeffizienten P, den Integralkoeffizienten I und den Differenzialkoeffizienten D bestimmt, wenn die Gaspedalposition APP zwischen 0% und 10% liegt: Dieser Zustand repräsentiert einen sanften automatischen Motorstart, wobei die PID-Koeffizienten derart kalibriert werden, dass ein rasches Ansprechen erzielt wird, bis der Resonanzbereich des Zweimassenschwungrads überwunden ist, und ein sanftes Ansprechen erzielt wird, bis der Leerlaufsollwert erreicht ist.
Ein zweiter Satz von Werten für den Proportionalkoeffizienten P, den Integralkoeffizienten I und den Differenzialkoeffizienten D wird bestimmt, wenn die Gaspedalposition APP zwischen 10% und 30% liegt: Dieser Zustand repräsentiert einen normalen automatischen Motorstart, wobei die PID-Koeffizienten derart kalibriert werden, dass aufgrund einer Zwischenposition des Gaspedals ein rascheres Ansprechen als beim sanften automatischen Motorstart erzielt wird.
Ein dritter Satz von Werten für den Proportionalkoeffizienten P, den Integralkoeffizienten I und den Differenzialkoeffizienten D wird bestimmt, wenn die Gaspedalposition APP zwischen 30% und 100% liegt: Dieser Zustand repräsentiert einen aggressiven automatischen Motorstart, wobei die PID-Koeffizienten derart kalibriert werden, dass die Anlassphase so rasch wie möglich verlassen wird und ein rasches Ansprechen erzielt wird, was die Beschleunigung des Fahrzeugs betrifft.
Zusammenfassend wird durch das vorliegende Verfahren ein ausgezeichnetes Fahrverhalten bei Kraftfahrzeugen erzielt, die mit einem automatischem Getriebe und einer Stopp-Start-Funktion versehen sind. Durch eine Interpretation der Lenkeranforderungen wird entweder ein sehr schneller Fahrzeugstart oder aber ein sehr sanftes Anlassen erzielt. Insbesondere im Fall einer Anforderung zum sanften automatischen Start des Motors genießt der Lenker einen ausgezeichneten Fahrkomfort, da praktisch kein Rucken des Fahrzeugs in Längsrichtung auftritt. Darüber hinaus liefert diese neue Steuerung mit geschlossenem Regelkreis eine Ausgabe für die Kraftstoffmenge (d. h. das Drehmoment), die eine Funktion der Anforderung seitens des Lenkers: Tatsächlich hat der Lenker während des Anlassens das Gefühl, das Drehmoment durch Einwirkung auf das Gaspedal zu steuern.
In der vorstehenden Zusammenfassung und genauen Beschreibung wurde wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform vorgestellt; es sollte jedoch beachtet werden, dass es eine große Anzahl von Abänderungsmöglichkeiten gibt. Es sollte auch beachtet werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu dienen, den Schutzumfang, die Anwendbarkeit oder den Aufbau in welcher Weise auch immer einzuschränken. Vielmehr wird die vorstehende Zusammenfassung und genaue Beschreibung dem Fachmann eine praktische Anleitung zur Umsetzung von wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform bieten, wobei es sich von selbst versteht, dass verschiedene Abänderungen bei den Funktionen und Anordnungen der anhand einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang zu verlassen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen und ihren rechtlichen Äquivalenten definiert ist.
Bezugszeichenliste

40: Datenträger
100: Antriebssystem
110: Verbrennungskraftmaschine
120: Motorblock
125: Zylinder
130: Zylinderkopf
135: Nockenwelle
140: Kolben
145: Kurbelwelle
150: Verbrennungsraum
155: Nockenwellenversteller
160: Kraftstoffeinspritzdüse
165: Kraftstoffeinspritzsystem
170: Kraftstoffleiste
180: Kraftstoffpumpe
190: Kraftstoffquelle
200: Ansaugkrümmer
205: Luftansaugleitung
210: Ansaugöffnung
215: Ventile
220: Öffnung
225: Abgaskrümmer
230: Turbolader
240: Verdichter
245: Turboladerwelle
250: Turbine
260: Ladeluftkühler
270: Auspuffsystem
275: Auspuffrohr
280: Nachbehandlungsvorrichtungen
290: VTG
300: Abgasrückführungssystem
310: AGR-Kühler
320: AGR-Ventil
330: Drosselklappe
340: Luftmassen-, Druck-, Temperatur- und Feuchtigkeitssensor
350: Sensor für Krümmerdruck und -temperatur
360: Verbrennungsdrucksensor
380: Sensoren für Kühlmitteltemperatur und -stand
385: Sensor für Schmieröltemperatur und -stand
390: Metalltemperatursensor
400: digitaler Kraftstoffleistendrucksensor
410: Nockenwellenpositionssensor
420: Kurbelwellenpositionssensor
430: Sensoren für Auspuffdruck und -temperatur
440: AGR-Temperatursensor
445: Gaspedalpositionssensor
446: Gaspedal
450: ECU/Regler
500: automatisches Getriebe
510: sanfter automatischer Motorstart
520: normaler automatischer Motorstart
530: aggressiver automatischer Motorstart
540: Block
n: Motordrehzahl
n_r: Leerlaufdrehzahl-Sollwert
n_e: Motordrehzahlfehler
Q: dem Motor zugeführte Kraftstoffmenge
APP: Gaspedalposition

Claims

Computerprogramm, umfassend einen Computercode, der geeignet ist, ein Verfahren zur Steuerung eines automatischen Motorstarts eines Antriebssystems (100) auszuführen, das eine Verbrennungskraftmaschine (110), ein automatisches Getriebe (500) und eine Steuereinheit (450) umfasst, die dafür ausgelegt ist, die Verbrennungskraftmaschine automatisch zu stoppen und zu starten, wobei während eines automatischen Motorstarts eine Motordrehzahl (n) in einem geschlossenen Regelkreis gesteuert wird, indem eine dem Motor zugeführte Kraftstoffmenge (Q) als Funktion einer Gaspedalposition (APP) angepasst wird.
Computerprogramm nach Anspruch 1, wobei die Gaspedalposition (APP) die Werte eines Proportionalkoeffizienten (P), eines Integralkoeffizenten (I) und eines Differenzialkoeffizienten (D) der Steuerung mit geschlossenem Regelkreis bestimmt.
Computerprogramm nach Anspruch 2, wobei ein erster Satz von Werten des Proportionalkoeffizienten (P), des Integralkoeffizenten (I) und des Differenzialkoeffizienten (D) bestimmt wird, wenn die Gaspedalposition (APP) zwischen 0% und 10% liegt.
Computerprogramm nach Anspruch 2, wobei ein zweiter Satz von Werten des Proportionalkoeffizienten (P), des Integralkoeffizenten (I) und des Differenzialkoeffizienten (D) bestimmt wird, wenn die Gaspedalposition (APP) zwischen 10% und 30% liegt.
Computerprogramm nach Anspruch 2, wobei ein dritter Satz von Werten des Proportionalkoeffizienten (P), des Integralkoeffizenten (I) und des Differenzialkoeffizienten (D) bestimmt wird, wenn die Gaspedalposition (APP) zwischen 30% und 100% liegt.
Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens zur Steuerung eines automatischen Motorstarts eines Antriebssystems (100), wobei die Vorrichtung Mittel umfasst, um während eines automatischen Motorstarts eine Motordrehzahl in einem geschlossenen Regelkreis zu steuern, indem eine dem Motor zugeführte Kraftstoffmenge als Funktion einer Gaspedalposition angepasst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei es sich bei den Mitteln zur Steuerung der Motordrehzahl um einen Regler (450) handelt, wobei der Regler ein Proportional-Integral-Regler (PI-Regler) oder ein Proportional-Integral-Differenzial-Regler (PID-Regler) ist, wobei ein Satz von Werten eines Proportionalkoeffizienten (P), eines Integralkoeffizenten (I) und eines Differenzialkoeffizienten (D) des PI- oder PID-Reglers als Funktion einer Gaspedalposition (APP) bestimmt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Mittel zur Steuerung einer Motordrehzahl derart ausgelegt sind, dass ein erster Satz von Werten für den Proportional-, Integral- und Differenzialkoeffizienten bestimmt wird, wenn die Gaspedalposition zwischen 0% und 10% liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Mittel zur Steuerung einer Motordrehzahl derart ausgelegt sind, dass ein zweiter Satz von Werten für den Proportional-, Integral- und Differenzialkoeffizienten bestimmt wird, wenn die Gaspedalposition zwischen 10% und 30% liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Mittel zur Steuerung einer Motordrehzahl derart ausgelegt sind, dass ein dritter Satz von Werten für den Proportional-, Integral- und Differenzialkoeffizienten bestimmt wird, wenn die Gaspedalposition zwischen 30% und 100% liegt.
Antriebssystem (100), umfassend eine Verbrennungskraftmaschine (110), ein automatisches Getriebe (500) und eine elektronische Steuereinheit (450), wobei die elektronische Steuereinheit dafür ausgelegt ist, das Computerprogramm nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Computerprogrammprodukt, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 1 bis 5 gespeichert ist.