DE3400951A1

DE3400951A1 - Verfahren und vorrichtung zur drehzahlregelung bei einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3400951A1
Application number: DE19843400951
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl.-Ing. 7218 Trossingen Kratt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-01-13
Filing date: 1984-01-13
Publication date: 1985-07-18
Also published as: EP0168412A1; WO1985003106A1; AU3785785A; JPS61500925A; BR8407265A

Description

1755/ot/mü
08.12.1983

Müller

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Verfahren und Vorrichtung zur Drehzahlregelung bei einer Brennkraftmaschine

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Drehzahlregelung bei einer Brennkraftmaschine, jeweils nach der Gattung des Hauptanspruchs bzw. des ersten Vorrichtungsanspruchs.

Einrichtungen zur Drehzahlregelung bei Brennkraftmaschinen sind bekannt; es ist beispielsweise üblich, eine Le erlauffüllungs rege lung (LFR) vorzusehen, die auf einen Luftbypaß parallel zur Drosselklappe der Brennkraftmaschine arbeiten kann - üblicherweise durch Ansteuerung eines Zweiwicklungs-Drehstellers. Unter Beachtung der momentanen Istdrehzahl der Brennkraftmaschine, einer gewünschten Solldrehzahl und sonstiger peripherer Angaben wird durch eine solche Le erlauffüllungs rege lung, die in analoger, digitaler oder hybrider Technik ausgeführt sein kann, ein einwandfreier Leerlauf der Brennkraftmaschine aufrechterhalten, wobei durch die

1755/ot/mü η

08.12.1983 - if -

19 Ί ö ι

umfassende Regelcharakteristik der Leerlauffüllungsregelung, die als sogenannter PID-Regler ausgebildet ist, im allgemeinen auch Störungseinflüsse hinreichend schnell ausgeglichen werden können. Die Aufrechterhaltung eines solchen Leerlaufs ist insbesondere im Rangier- oder Schubbetrieb und beim Übergang aus diesem in den Leerlauf von Bedeutung.

Dennoch ist nicht auszuschließen, daß unter besonderen Umständen, beispielsweise beim Zuschalten bzw. Abschalten starker Lasten (insbesondere eines gegebenenfalls vorhandenen Klimakompressors) trotz der breit gefächerten Regelcharakteristik des PID-Reglers in der Leerlauffüllungsregelung teilweise sehr starke Drehzahleinbrüche oder Drehzahlüberschwinger auftreten. In diesem Zusammenhang sind auch Fahrsituationen denkbar, die so weit in einen kritischen Bereich der Drehzahlregelung vorstoßen können, daß die Brennkraftmaschine effektiv auszugehen droht, beispielsweise wenn beim langsameren Bergabfahren im Schubbetrieb und wirksamer Schubabscheidefunktion plötzlich die Kupplung getreten wird und etwa zur gleichen Zeit der Beifahrer eine starke Last wie etwa einen Klimakompressor zuschaltet.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungs gern äße System mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs bzw. des ersten Vorrichtungsanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auch in besonders kritischen Situationen kurzzeitige Drehzahlabweichungen von einem vorgegebenen Sollwert dadurch weitgehend entfallen und stärkere Drehzahl-

/3

1755/ot/mü

08. 12. 1983

einbräche oder -Überschwinger deshalb ausgeschlossen sind, weil sofort mit dem Zuschalten der jeweiligen Last auf das Integratorniveau der Le erlauffüllungs rege lung sprungförmig eingewirkt wird, dieses also beim Zuschalten um einen geeigneten Betrag angehoben und beim Abschalten der Last in gleicher Weise sprungförmig abgesenkt wird. Durch diese direkte Korrektur des Integrators im PID-Regler der Leerlauffüllungsregelung läßt sich das Steller-Ansteuersignal beispielsweise für den Luftbypaß sofort im Sinne einer Kompensation ändern, so daß der D rehzahl verlauf auch bei sehr starken Einwirkungen nicht mehr merklich reagiert.

Dabei ist weiter von Vorteil, daß durch diese direkte Korrektur über den Integrator der Lastsprung nicht nur im Leerlauf, sondern auch bei Teillast des Fahrzeugs weitgehend kompensiert wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich. Besonders vorteilhaft ist hier die Möglichkeit, die bekannte Größe der Belastung, die sich durch die jeweilige Zuschaltung oder Abschaltung ergibt, auf dem Betrag der sprunghaften Änderung des Integratorniveaus zur Auswirkung zu bringen, d.h. den Korrekturwert auf die spezifische Belastung auszulegen und anschließend, mit gewünschten Verzögerungskonstanten, die eingeführte Änderung des Integratorniveaus wieder wegzunehmen, so daß dieses lediglich während des Schaltvorgangs beeinflußt wird und im weiteren Verlauf wie üblich durch die Leerlauffüllungsregelung die Drehzahl geregelt wird.

ν : ; ■■■■■ 1 Q ·\ α ι

1755/ot/mü

08.12.1983

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 anhand eines Blockschaltbildes stark schematisiert den Grundaufbau einer Leerlauffüllungsregelung., ergänzt durch die erfindungsgemäße Grundfunktion realisierende Schaitungsblöcke und Fig. 2 ebenfalls schematisch und lediglich für den Integralbereich des Leerlauffüllungs-PID-Reglers gültig einen möglichen Verlauf der Ausgangsgröße über der Zeit.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bevor auf die Erfindung im folgenden eingegangen wird, wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß das in der Zeichnung dargestellte, die Erfindung anhand diskreter Schaltstufen angebende Blockschaltbild die Erfindung nicht beschränkt, sondern lediglich dazu dient, die funktionellen Grundwirkungen der Erfindung zu veranschaulichen und spezielle Funktions ablaufe in einer möglichen Realisierungsform anzugeben. Es versteht sich, daß die einzelnen Bausteine und Blöcke in analoger, digitaler oder auch hybrider Technik aufgebaut sein können, oder auch, ganz oder teilweise zusammengefaßt, entsprechende Bereiche von programmgesteuerten digitalen Systemen, beispielsweise also Mikroprozessoren, Mikrorechner, digitale oder analoge Logikschaltungen u. dgl. abdecken. Die im folgenden angegebene Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist daher bezüglich des funktionellen Gesamt- und Zeitablaufs., der durch die jeweils besprochenen Blöcke

1 έ-»' *⁵

3 L₁

1755/ot/mü 7

08.12.1983 -Sf-

erzielte Wirkungsweise und bezüglich des jeweiligen Zusammenwirkens der durch die einzelnen Komponenten dargestellten Teilfunktionen zu werten, wobei die Hinweise auf die einzelnen Schaltungsblöcke lediglich aus Gründen eines besseren Verständnisses erfolgen.

Der Bereich der Le e r lauf füllungs rege lung ist in Fig. 1 um eine logische Steuerschaltung, einen Mikrocomputer, einen Mikroprozessor o. dgl. gruppiert, der mit 10 bezeichnet ist und an seinem Ausgangsanschluß 10a das Steller-Ansteuerungssignal zur Leerlauf-Drehzahlregelung abgibt.

Beim speziellen Anwendungsfall und bei Ausbildung der zentralen Recheneinheit 10 des Lee rlauffüllungs regle rs vorzugsweise als Mikrocomputer oder auch als zentrale Logikschaltung verfügt diese peripher noch über einen E in gangs block 11, der die zu verarbeitenden Signale wie beispielsweise den Istwert der momentanen Drehzahl n. ^, einen Drehzahlsollwert η ., und eine Temperaturangabe ist' soll ^ ^&

über Außentemperatur und Motortemperatur sowie gegebenenfalls ein Bordnetz-Spannungssignal zuführt. Die Recheneinheit 10 kann über einen externen oder internen Speicher verfügen, der nicht dargestellt ist und der, bei entsprechender Adressierung, die für die Bildung des Steller-Ansteuersignals erforderlichen Daten liefert. Die Recheneinheit ist ihrem Aufbau bzw. ihrer Auslegung nach ein PID-Regler und erstellt aus den Eingangsparametern ein erforderliches Grundtastverhältnis für das Steller-Ansteuersignal unter Einschluß entsprechender Korrekturgrößen.

...,■-■-..-.:.■■.. 19 16 1

1755/ot/mü 8

08.12.1983 - i -

Dieses Signal gelangt dann über eine Endstufe 15 zum Stellglied 19. Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das Stellglied 19 einen Zweiwicklungsdrehsteller 20, der zur Leerlauffüllungsregelung einen als Luftbypaß parallel zur Drosselklappe geschalteten Schieber 21 ansteuert, dessen gewünschter Durchlaßquerschnitt sich aus dem Tastverhältnis der zum Zweiwicklungsdrehsteller 20 geführten Impulsfolge des Steller-Ansteuersignals ergibt.

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht nun darin, beim Zuschalten bestimmter Lasten, die sich beim Betrieb einer Brennkraftmaschine ergeben können, insbesondere Klimakompressor, aber auch solcher Lasten, die sich lediglich indirekt durch eine Belastung der Lichtmaschine auswirken, sowie beim Abschalten dieser Lasten hierdurch hervorgerufene Drehzahländerungen (Drehzahleinbrüche oder Drehzahlüberschwinger) dadurch auszugleichen, · daß beim Zuschalten der Last das aktuelle Integratorniveau des PID-Reglers der Le erlauffüllungs rege lung sprungförmig um einen geeigneten Betrag angehoben wird. Entsprechend wird beim Abschalten der Last das Integratorniveau sprungförmig abgesenkt. Dabei erfolgt die Beeinflussung des Integratorniveaus nur während des Schaltvorgangs, anschließend wird dann wie üblich geregelt. Hierdurch gelingt es, Belastungen durch direkte Korrektur des Integrators und damit auch unmittelbar des Steller-Ansteuersignals sofort zu kompensieren.

'ftoögfSi

1755/ot/mü 3

08.12.1983 -JT-

Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, den Δ-Wert der sprunghaften Integratorbetragsänderung nach oben oder unten von der bekannten Größe der Belastung abhängig zu machen.

Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt bei A₁ B, C ... mögliche Belastungen der Brennkraftmaschine, die im übrigen auch als Inanspruchnahme automatisch sich einstellender oder zum jeweiligen Zeitpunkt benötigter Servoteästungen zu verstehen sind, wobei entsprechend gebildete elektrische Ans teuer signale ausgewertet werden oder gegebenenfalls durch die Erfindung elektrische Kontaktmittel ergänzend den Servoaggregaten zugeordnet werden, die dann ansprechen, wenn die Servoleistung erbracht oder abgeschaltet wird. Eine entsprechende Abfragemöglichkeit bezüglich des Zu- oder Abschaltens entsprechend starker Lasten ist in Fig. als Schaltkontrollstufe 12 bezeichnet; diese umfaßt eine Vielzahl von die einzelnen Lasten an die Versorgungsspannung legende Schalter 12a, 12b, 12c . . . , wobei es sich versteht, daß die tatsächlich durch diese Schaltkontaktgabe hervorgerufene Belastung auch durch eine dann über andere Übertragungsmittel (Keilriemen, Untersetzungsgetriebe u.dgl.) die Brennkraftmaschine unmittelbar belastende Leistungsabfrage realisiert sein kann.

Es sind jedenfalls Sensormittel vorgesehen, die beispielsweise,jedoch nicht einschränkend zu verstehen als Reihenwiderstand 13 in der Schaltkontrollstufe 12 ausgebildet sein können, so daß sich ein Einschalt- oder Abschalt-Triggersignal jeweils ergibt und zu einer Integrator-TJmschaltstufe 14 gelangt, die an ihrem Ausgang für einen vorgegebenen Zeitraum ein dem Integrator I der Rechen-

1755/ot/mü /^Υ0

08. 12. 1983 -|f-

3^l4M)£f51

schaltung 10 der Leerlauffüllungsregelung zugeführtes Ausgangs signal erzeugt bzw. Umschaltungen derart bewirkt, daß sich das Integratorniveau sprungförmig beim Zuschalten der Last anhebt bzw. am Abschalten der Last absenkt. Diese Einwirkung auf das Integratorniveau erfolgt ausschließlich während des Schaltvorgangs und lediglich so lange, bis die Leerlauffüllungsregelung sich der neuen Belastung angepaßt und diese abgefangen hat. Das Integratorniveau-Ände rungs signal wird dann wieder weggenommen, vorzugsweise abklingend zur Erzielung eines sanften Übergangs.

Die Integrator-Umschaltstufe 14 kann beispielsweise als Kippstufe, Monoflop o. dgl. ausgebildet sein und erzeugt für eine vorgegebene Zeitdauer feinen Ansteuerimpuls, der, je nachdem, ob die Last zu- oder abgeschaltet wird, in positiver Richtung oder negativer Richtung verlaufen kann und auch unmittelbar dem Integrator so zugeführt werden kann, daß sich dessen Aus gangs Spannungsniveau entsprechend verschiebt; ein möglicher Verlauf der Integratorausgangsspannung über der Zeit entsprechend dem Diagramm der Fig. zeigt, daß zum Zeitpunkt ti eine stärkere Last zugeschaltet worden ist mit der Folge, daß sofort sprungförmig das Integratoraus gangssignal ansteigt, wie strichpunktiert dargestellt - der normale Verlauf der Integratoraus gangs spannung ist in durchgezogenen Linien angegeben - und somit die Integratorausgangsspannung auf einen geeigneten Vorsteuerwert setzt, von dem aus der normale Regelungsvorgang der Leerlauffüllungsregelung weiterläuft.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Betrag der sprungförmigen Anhebung oder Absenkung des Integratorniveaus - in Fig. 2 mit Δ bezeichnet - lastspezifisch ausgebildet sein, hierzu kann eine

/9

,„,, _t, .. 340095

1755/ot/mu

08.12. 1983 M - $ -

Lasterfassungs stufe 16 der Integrator-Umschaltstufe 14 entsprechende Informationen über das Ausmaß der jeweils zu- bzw. abgeschalteten Last zuführen. Es versteht sich, daß die Lasterfassungsstufe auch ein Speicher sein kann, der von der Schaltkontrollstufe 12 unmittelbar bezüglich der jeweils betroffenen Last adressiert wird und die Integrator-"Umschaltstufe entsprechend beeinflußt, beispielsweise durch Vorgabe bestimmter Widerstandskombinationen zur Amplitudeneinstellung der dem Integratorbereich der Rechenschaltung 10 zugeführten Kompensationsimpulse.

Lediglich zum besseren Verständnis sei erwähnt, daß der Integratorbereich I der Re ehe η schaltung 10 bei Ausbildung als Miller-Integrator die Kompensationsimpulse der Integrator-IJmschaltstufe unmittelbar auf den Rückführkondensator wirkend zugeführt erhalten kann, oder es ist möglich, durch kurzzeitige Strom- oder Spannungszuführung oder Zuschalten von Widerstandsnetzwerken das Integratorniveau in der gewünschten Weise sprungartig zu beeinflussen.

Werden besonders starke Lasten zu- oder abgeschaltet, dann wirkt die direkte Korrektur über den Integrator der Leerlauffüllungsregelung zur Kompensation des Lastsprungs nicht nur im Leerlaufbereich, sondern auch in Teillastbereiche der Brennkraftmaschine hinein.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Leerseite -

Claims

1755/ot/mü 08.12.1983 ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1 Patentansprüche

1. )Verfahren zur Drehzahlregelung bei einer Brennkraftmaschine, bei der durch eine mindestens einen I-Anteil umfassende Leerlaufdrehzahlregelung (Leerlauffüllungsregelung LFR) eine vorgegebene Leerlauf drehzahl als untere Mindestdrehzahl aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zuschalten oder Abschalten starker Lasten (Verbraucher - Klimakompressor · Servosysteme) zur von der Leerlauffüllungsregelung in ihrer Drehzahl geregelten Brennkraftmaschine das aktuelle Integratorniveau sprungförmig um einen vorgegebenen Wert angehoben oder abgesenkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung des Integratorniveaus lediglich während des Schaltvorgangs zum Abfangen von Drehzahleinbrüchen bzw. -überschwinge rn erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sprungförmige Erhöhung bzw. Absenkung des Integratorniveaus

1755/ot/mu

08.12. 1983 - 2 -

des PID-Reglers in der Le erlauffüllungs rege lung lastspezifisch vorgenommen wird.

4. Vorrichtung zur Drehzahlregelung bei einer Brennkraftmaschine, mit einer mindestens einen I-Anteil umfassenden Leerlaufdrehzahlregelung (Le erlauffüllungs rege lung LFR) zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Leerlaufdrehzahl, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Integratorniveau-Um schaltung (Integrator-Umschaltstufe 14) vorgesehen ist, die das aktuelle Integratorniveau des I-Anteils des PID-Reglers in der Le erlauffüllungs rege lung sprungförmig um einen vorgegebenen Betrag anhebt bzw. absenkt, je nachdem, ob eine Brennkraftmaschinenbelastung zu- oder abgeschaltet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lasterfassungsbereich (Lasterfassungsstufe 16, Speicher) vorgesehen ist, der der Integrator-Umschaltstufe zur Anhebung bzw. Absenkung des Integratorniveaus um vorgegebene, unterschiedliche Beträge ein lastspezifisches Signal zuführt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum lediglich kurzzeitigen Anheben bzw. Absenken des Integratorniveaus des I-Anteils die Integrator-Umschaltstufe als Monoflop ausgebildet ist.