DE3805304A1

DE3805304A1 - Verfahren und einrichtung zum auswerten grossdimensionaler betriebszusammenhaenge unter anwendung von betriebskennfeldern

Info

Publication number: DE3805304A1
Application number: DE19883805304
Authority: DE
Inventors: Erasmus Dipl Phys Dr Schulte
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1988-02-20
Filing date: 1988-02-20
Publication date: 1989-08-31

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff von An spruch 4.

Mehrdimensionale Betriebszusammenhänge, das heißt solche, bei de nen mehrere Einflußgrößen zu einer Ergebnisgröße, wie der Kraft stoff-Einspritzzeit bei Verbrennunggsmotoren, verarbeitet werden können, sind grundsätzlich mit mehrdimensionalen Betriebskennfel dern lösbar, in denen die Zusammenhänge zwischen den Einflußgrö ßen und der Ergebnisgröße gespeichert sind. Eine solche Lösungs methode ist jedoch beim Vorliegen vieler Einflußgrößen ausgespro chen aufwendig und teuer, da das Betriebskennfeld zu groß wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, womit es bei vertret barem Aufwand möglich ist, auch großdimensionale Betriebszusammen hänge unter Anwendung von Betriebskennfeldern einfach und schnell abzuarbeiten.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ein Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art durch die im Kennzei chen dieses Anspruchs aufgeführten Merkmale aus. Dieses Verfahren ist ausgesprochen einfach und setzt lediglich voraus, daß die ein gehenden Einflußgrößen separierbar, das heißt frei wählbar und nicht voneinander abhängig sind. Im Falle einer gegenseitigen Ab hängigkeit von Einflußgrößen müssen nur diese zunächst gesondert behandelt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, auch beim Vorhandensein äußerst vieler Einflußgrößen die Ergebnis größe unter Anwendung von nur relativ kleindimensionalen Betriebs kennfeldern zu erzielen. Deshalb eignet sich das Verfahren auch sehr gut für äußerst komplizierte Betriebszusammenhänge.

Die Weiterbildung von Anspruch 2 ermöglicht es, daß einzelne Ein flußgrößen auch direkt dem zusammenfassenden Betriebskennfeld zu geführt werden, also keiner vorherigen Zusammenfassung mit ande ren Einflußgrößen unterliegen.

Die Weiterbildung von Anspruch 3 ermöglicht ein mehrschrittiges, zum Beispiel dreischrittiges, Abarbeiten des Betriebszusammen hangs, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn sehr viele Einflußgrößen vorliegen und dennoch nur sehr kleindimensionale Betriebskennfelder genutzt werden sollen. Dieses Verfahren ist somit hinsichtlich der Größe des Betriebszusammenhang keinerlei Beschränkungen unterworfen.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ferner eine Ein richtung der im Oberbegriff von Anspruch 4 genannten Art durch die im Kennzeichen dieses Anspruchs aufgeführten Merkmale aus. Eine solche zum Steuern bzw. Regeln von Verbrennungsmotoren die nende Einrichtung ist äußerst vorteilhaft, da sich beispielsweise der relativ komplizierte Betriebszusammenhang zwischen diversen Einflußgrößen und der Kraftstoff-Einspritzzeit ausgesprochen schnell, einfach und preiswert mit kleindimensionalen Betriebs kennfeldspeichern lösen läßt.

Die Weiterbildung von Anspruch 5 beinhaltet einen mehrschrittigen Aufbau der Einrichtung mit zumindest einem mittleren Betriebs kennfeldspeicher. Diesr Aufbau ist besonders dann zweckmäßig, wenn der Betriebszusammenhang besonders viele Einflußgrößen auf weist.

Die Weiterbildung von Anspruch 6 ist dann zweckmäßig, wenn auch voneinander abhängige Einflußgrößen vorhanden sind, die zunächst zu einer Ersatz-Einflußgröße zusammengefaßt werden müssen.

Die Weiterbildung von Anspruch 7 ist bevorzugt, weil dann der Aufwand für die einzelnen Betriebskennfeldspeicher überschaubar ist.

Das Wesen der vorliegenden Erfindung beruht darauf, daß unter Aus nutzung der Separierbarkeit der einzelnen Einflußgrößen die im allgemeinen benötigte große Dimension eines Betriebskennfeldes, die ein solches Vorgehen in der Praxis unmöglich machen würde, durch Zerlegung in mehrere Einzelkennfelder geringerer Dimension stark reduziert wird. Die aus diesen Einzelkennfeldern erhaltenen Ergebnisse spannen wiederum ein Betriebskennfeld auf, aus dem das Gesamtergebnis ermittelt werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Aus führungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 - eine Einrichtung zum Lösen eines Betriebszusammenhangs mit vier Einflußgrößen in einem Blockschaltbild,

Fig. 2 - zu der Einrichtung aus Fig. 1 gehörige drei Betriebs kennfelder in schematischen Diagrammen und

Fig. 3 - in einem Blockschaltbild eine Einrichtung zum Lösen eines komplizierteren Betriebszusammenhangs mit einer Vielzahl von Einflußgrößen.

Fig. 1 zeigt ein relativ einfaches Beispiel, bei dem vier Ein flußgrößen vorliegen und die Ergebnisgröße C an sich direkt mit einem 5-dimensionalen Kennfeldspeicher erhalten werden könnte.

Im vorliegenden Fall werden jedoch nur 3-dimensionale Kennfeld speicher 10, 12 und 14 benutzt. Der Kennfeldspeicher 10 bildet aus den Einflußgrößen a₁ und a₂ die Ergebniszwischengröße A, während der Kennfeldspeicher 12 aus den Einflußgrößen b₁ und b₂ die Ergeb niszwischengröße B bildet. Aus diesen Ergebniszwischengrößen A und B bildet der Kennfeldspeicher 14 die Ergebnisgröße C. Beispie le für die Kennfelder der einzelnen Kennfeldspeicher 10, 12, 14 ergeben sich aus den drei Skizzen der Fig. 2.

Aus dem geschilderten Beispiel ist ersichtlich, daß sich die Größe und damit der Aufwand für die einzelnen Kennfeldspeicher reduzieren läßt, wenn eine blockweise Zusammenfassung der Einfluß größen mit Hilfe von kleindimensionaleren Kennfeldspeichern vorge nommen wird. Die Zusammenhänge zwischen den Größen a₁, a₂, A, fer ner b₁, b₂, B und A, B, C sind frei wählbar und nicht an eine irgend wie geartete analytische Funktion gebunden. Ein solcher ana lytischer Zusammenhang ist zwar möglich und in gleicher Weise zu behandeln, er ist jedoch nicht erforderlich.

Ohne Zugrundelegung einer speziellen, analytisch formulierbaren Funktion kann beispielsweise der Zusammenhang zwischen der Ein spritzzeit (Öffnungszeit des Einspritzventils) und den sie beein flussenden Größen (Betriebsparameter) den Bedürfnissen des Motors entsprechend dargestellt werden. Eine Bestimmung der Einspritz zeit als Ergebnisgröße kann dann sehr einfach und schnell mit Hilfe kleindimensionaler Betriebskennfeldspeicher erfolgen. Mit Hilfe der Kennfelder kann die tatsächlich benötigte Funktion dar gestellt werden, ohne sie analytisch angeben zu müssen. Man er reicht damit eine bessere Abstimmung auf die tatsächlichen Be triebsverhältnisse, beispielsweise den Kraftstoffbedarf des Mo tors.

Als zusätzlicher Vorteil ergibt sich eine weitgehende Vereinheit lichung der Berechnungsverfahren, da in diesem Fall nur noch ein heitliche Interpolationsroutinen benötigt werden, was die Program mierung vereinfacht.

Bei dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 3 werden die Einflußgrößen d₁, d₂, d₃ bzw. e₁, e₂ bzw. g₁, g₂, g₃, g₄ direkt in Betriebskenn feldspeichern 16 bzw. 18 bzw. 22 zu den Ergebniszwischengrößen D bzw. E bzw. G umgesetzt. Die Einflußgrößen f₁, f₂ und f₃ sind im vorliegenden Fall als voneinander abhängig angenommen, so daß zu nächst durch Vorgabe oder Messung einer dieser Einflußgrößen in einem vorgeschalteten Glied 24 eine Ersatzeinflußgröße f₅ be stimmt werden muß, die repräsentativ für alle drei Einflußgrößen ist (von diesen ist jeweils nur eine frei wählbar). Die Ersatz einflußgröße f₅ wird mit der Einflußgröße f₄ im Betriebskennfeld speicher 20 zu der Ergebniszwischengröße F umgesetzt.

Im vorliegenden Fall werden die Ergebniszwischengrößen D, E und F in einem weiteren bzw. mittleren Betriebskennfeldspeicher 26 zu der weiteren Ergebniszwischengröße DEF umgesetzt, die ihrerseits mit der Ergebniszwischengröße G und der direkt zugeleiteten Ein flußgröße h in dem ausgangsseitigen Betriebskennfeldspeicher 28 zu der eigentlichen Ergebnisgröße H umgesetzt wird.

Bei der Ausführungsform aus Fig. 3 erfolgt somit eine mehrstufi ge Behandlung des Betriebszusammenhangs durch Hinzufügung des mittleren Betriebskennfeldspeichers 26 zu den eingangsseitigen Betriebskennfeldspeichern 16, 18, 20, 22 und dem ausgangsseitigen Betriebskennfeldspeicher 28. Außerdem wird das vorgeschaltete Glied 24 für die Behandlung voneinander abhängiger Einflußgrößen benutzt, und es ist gezeigt, daß einzelne Einflußgrößen auch di rekt dem ausgangsseitigen Betriebskennfeldspeicher 28 zugeführt werden können. Es ist nochmals darauf hinzuweisen, daß es sich hier nur um ein Beispiel handelt und daß vielfältige andere Kon stellationen der Abarbeitung großdimensionaler Betriebszusammen hänge mit kleindimensionalen Betriebskennfeldspeichern denkbar sind.

Die Einspritzzeit bzw. Einspritzventil-Öffnungszeit stellt nur ein Beispiel für einen großdimensionalen Zusammenhang mit einer Vielzahl von Einflußgrößen dar. Der Grundzusammenhang zwischen der Einspritzzeit und den Einflußgrößen kann wie folgt beispiels weise als multiplikativ angenommen werden:

Hierin bedeuten:
t _inj = Öffnungszeit des Einspritzventils
a _B = Verhältnis der Basisöffnungszeit des Einspritzventils zur Umdrehungszeit
a _SCH = Verhältnis der zusätzlichen Öffnungszeit nach Schub zur Umdrehungszeit der Kurbelwelle
a _ST = Verhältnis der Öffnungszeit der Einspritzventile beim Start zur Umdrehungszeit der Kurbelwelle
F _TL = Korrekturwert zur Berücksichtigung der Ansauglufttempe ratur
K _i = Korrekturgrößen zur Berücksichtigung von Warmlauf, Nach start, Beschleunigungsanreicherung, Vollast, Lambda-Re gelung
t _zykl = Umlaufzeit, Umdrehungszeit
t _TZ = Totzeit der elektromagnetischen Einspritzventile

Diese Formel kann auch wie folgt geschrieben werden:

t _inj = A · F _TL · K · t _zykl + t _TZ (2)

Hierin bedeuten:

A = Verhältnis der Öffnungszeit der Einspritzventile zur Umdrehungszeit der Kurbelwelle
t _zykl = Umdrehungszeit der Kurbelwelle
K = Korrekturfunktion zur Berücksichtigung von abweichenden Betriebsbedingungen, wie Warmlauf, Beschleunigung und Nachstart
F _TL = Korrekturgröße zur Berücksichtigung der Lufttemperatur
t _TZ = siehe oben

Es ist ersichtlich, daß die Größen A und K in der Formel (2) be reits mit Hilfe kleindimensionaler Betriebskennfeldspeicher er mittelt werden können. Die Einspritzzeit kann dann über weitere Betriebskennfeldspeicher entsprechend der Formel (2) bestimmt werden. Stattdessen wäre es auch möglich, die Einspritzzeit bei entsprechender Zusammenfassung von Einflußgrößen direkt nach der Formel (1) zu bestimmen.

Im vorliegenden Fall ist der Grundzusammenhang als multiplikativ angenommen. Einzelne der hierin enthaltenen Faktoren werden als Summe einer Reihe von Einzelgrößen gebildet (im vorliegenden Fall die Größen A und K).

Sowohl der multiplikative Aufbau des Betriebszusammenhangs wie auch die Ermittlung der Korrekturgrößen aus einer Summe von Ein zelkorrekturgrößen befriedigen den tatsächlichen Kraftstoffbedarf nur genähert. Während in einzelnen Bereichen eine Multiplikation durchaus gute Ergebnisse bringen kann, könnte in anderen Berei chen zum Beispiel ein additiver Zusammenhang oder eine zusätzli che Exponentialfunktion den wahren Bedarf decken. Es ist also optimal, wenn man mit Hilfe von Betriebskennfeldspeichern einen freien funktionalen Zusammenhang zwischen den Einflußgrößen und der Ergebnisgröße bilden kann. Dieses ist jedoch wegen des groß dimensionalen Betriebszusammenhangs mit vertretbarem Aufwand nur möglich bei Befolgung der erfindungsgemäßen Lehre.

Claims

1. Verfahren zum Auswerten eines großdimensionalen Betriebszusam menhangs zwischen einer Vielzahl von zu messenden und/oder vor zugebenden, voneinander unabhängigen, frei wählbaren Einfluß größen und einer Ergebnisgröße unter Anwendung von Betriebs kennfeldern, dadurch gekennzeichnet, daß der großdimensionale Betriebszusammenhang in mehrere klein dimensionale Betriebskennfelder mit jeweils wenigen Einfluß größen sowie einer Ergebniszwischengröße zerlegt wird und daß aus diesen Betriebskennfeldern erhaltene Ergebniszwischengrö ßen in einem die Ergebnisgröße bildenden, zusammenfassenden, kleindimensionalen Betriebskennfeld zusammengefaßt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Einflußgrößen als Ergebniszwischengrößen behandelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der Ergebniszwischengrößen in wenigstens einem weiteren kleindimensionalen Betriebskennfeld zum Erzeu gen wenigstens einer weiteren Ergebniszwischengröße zusammenge faßt werden.

4. Einrichtung zum Steuern bzw. Regeln von Betriebsgrößen von Verbrennungsmotoren, wie der Krartstoff-Einspritzzeit, entsprechend eines analyti schen und/oder empirischen definierten Zusammenhangs zwischen einer Mehrzahl von zu messenden und/oder vorzugebenden, vonein ander unabhängigen, frei wählbaren Einflußgrößen und einer Er gebnisgröße unter Anwendung von mehrdimensionalen Betriebskenn feldspeichern, gekennzeichnet durch eine Unterteilung des defi nierten Zusammenhangs in zumindest zwei Blöcke von jeweils zu mindest zwei Einflußgrößen (a, b; d, e, f, g), durch eine der Anzahl der Blöcke entsprechende Anzahl von mit den zugehörigen Einflußgrößen beaufschlagten eingangsseitigen Betriebskennfeld speichern (10, 12; 16, 18, 20, 22), in denen jeweils die Zusam menhänge zwischen den zugehörigen Einflußgrößen und jeweils einer Ergebniszwischengröße (A, B; D, E, F, G) gespeichert sind, und durch einen übergeordneten, mit den Ergebniszwischen größen beaufschlagten ausgangsseitigen Betriebskennfeldspeicher (14; 28) in dem die Zusammenhänge zwischen den Ergebniszwi schengrößen und der für die Steuerung bzw. Regelung zu benutzen den Ergebnisgröße (C; H) gespeichert sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Zulei tung von jeweils zumindest zwei Ergebniszwischengrößen (D, E, F) zu einem mittleren Betriebskennfeldspeicher (26), in dem die Zusammenhänge zwischen diesen Ergebniszwischengrößen und einer zusammenfassenden Ergebniszwischengröße (DEF) gespei chert sind, und durch eine Weiterleitung der letzteren zu dem ausgangsseitigen Betriebskennfeldspeicher (28) oder einem wei teren mittleren Betriebskennfeldspeicher.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine in einem vorgeschalteten Glied (24) erfolgende Bestimmung einer zusammenfassenden Ersatz-Einflußgröße (f₅) bei Vorhanden sein einzelner, voneinander abhängiger Einflußgrößen (f₁, f₂, f₃) nach Messung oder Vorgabe nur einer derselben.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch drei- und/oder vierdimensionale Betriebskennfeldspeicher (10, 12, 14; 16, 18, 20, 22, 26, 28).