DE3932763C1 - - Google Patents
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- F02D2041/1432—Controller structures or design the system including a filter, e.g. a low pass or high pass filter
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Steuerung der Luftzufuhr zu einer Brennkraftmaschine gemäß den
Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung ist aus der
DE-OS 26 54 455 bekannt. Dort wird ein elektrischer Regler vorge
schlagen, der in Abhängigkeit eines vorgegebenen und eines gemes
senen Betriebsparameters des Kraftfahrzeugs ein Steuersignal zur
Steuerung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine über eine Drossel
klappe erzeugt. Dabei ist in der Steuerleitung ein Verzöge
rungs- oder Filterelement vorgesehen, das bei Änderungen des vorge
gebenen Wertes einen sanften Übergang des gemessenen Parameterwertes
auf den vorgegebenen Wert gewährleisten soll. Dieses Verzöge
rungs- oder Filterelement verzögert bei einer Änderung des vorge
gebenen Wertes, die größer als ein Schwellwert ist, das Steuersignal
der Reglereinrichtung in seinem zeitlichen Verlauf, während bei Än
derungen unterhalb des Schwellwertes das Steuersignal unverändert
zur Drosselklappe gelangt. Durch ein derartiges Vorgehen kann zwar
der gewünschte sanfte Übergang erzielbar sein, kleine Schwankungen
bzw. Änderungen im vorgegebenen Wert wirken sich jedoch unbeeinflußt
auf die Stellung der Drosselklappe und damit Drehzahl und Leistung
der Brennkraftmaschine aus, was insbesondere im Leerlaufzustand eine
Verschlechterung des Fahrkomforts zur Folge haben kann. Große Ände
rungen kommen dagegen lediglich verzögert zur Wirkung, was einen
Verlust an Dynamik des Steuer-/Regelsystems bedeutet.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Vorrich
tung zur Steuerung der Luftzufuhr zu einer Brennkraftmaschine mit
größtmöglicher Dynamik und verbessertem Fahrkomfort zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die in den kennzeichnenden Teilen der unab
hängigen Patentansprüche beschriebene Vorgehensweise gelöst. Dabei
wird die Änderungsgeschwindigkeit der Stellelementstellung bzw. das
Ansteuersignal für das Stellelement zur Steuerung der Luftzufuhr
durch Beeinflussung einer Filtercharakteristik bzw. des Übertra
gungsverhaltens eines Filters nach Maßgabe des zu filternden Wertes
oder Signales und des gefilterten Wertes oder Signals veränderbar
ist.
Aus der DE-OS 36 34 551 ist ein Verfahren zur Filterung des Last
signals bzw. der Grundmenge einer Kraftstoffzumessungseinrichtung
bekannt. Dabei wird um das gemessene, unbeeinflußte Lastsignal ein
Unempflindlichkeitsbereich gebildet, das gefilterte Signal mittels
eines Fensterkomparators mit den Grenzen dieses Unempfindlichkeits
bereichs verglichen und die Filterwirkung abgeschaltet, wenn das ge
filterte Signal den Unempfindlichkeitsbereich verläßt.
Aus der DE-OS 27 51 125 ist ein System zur elektronischen Regelung
der Drosselklappenposition einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit
eines vom Fahrpedal vorgegebenen Werts bekannt. Zur Verbesserung des
Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine wird durch ein zwischen
Lageregler und Drosselklappenansteuerung angeordnetes Filter eine
Begrenzung der Änderungsgeschwindigkeit der Drosselklappenposition
vorgenommen.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise hat den Vorteil, daß Laufruhe
und Fahrkomfort des Kraftfahrzeugs insbesondere im Bereich des Leer
laufzustandes verbessert werden, da Änderungen kleinerer Amplitude
und höherer Frequenz nicht zur Wirkung gelangen, während das Steu
er-/Regelsystem Änderungen größerer Amplitude mit hoher Geschwindig
keit folgen kann. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die
erfindungsgemäße Vorgehensweise es ermöglicht, die Verbesserungen
ohne Eingriff in die Reglerstruktur zu erzielen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungs
beispiels.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung
der Luftzufuhr zu einer Brennkraftmaschine, während
Fig. 2 ein
Flußdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehensweise darstellt.
Fig. 3
schließlich beschreibt beispielhaft einen typischen Zeitverlauf der
auftretenden Signale.
Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10 mit einer im Ansaugrohr 12
befindlichen Drosselklappe 14, die über eine mechanische Verbindung
16 drehfest mit einem elektrisch betätigbaren Stellglied 18 verbun
den ist. Drosselklappe 14, mechanische Verbindung 16 und Stellglied
18 bilden das Stellelement 20 zur Steuerung der Luftzufuhr zur
Brennkraftmaschine. Ein Stellungsgeber 22 zur Erfassung der Stellung
des Stellelements 20 ist ebenfalls Bestandteil des Stellelements.
Das Stellelement 20 ist mit seiner Eingangsleitung 24 und über seine
Ausgangsleitung 26 mit einem Motorsteuerungssystem 28 verbunden. Da
bei ist die Eingangsleitung 24 auf das Stellglied 18, die Ausgangs
leitung 26 auf den Stellungsgeber 22 geführt.
Das Motorsteuerungssystem 28, das neben der in Fig. 1 dargestellten
Steuerung der Luftzufuhr auch die Funktionen Kraftstoffzumessung
und/oder Zündung durchführen kann, umfaßt einen Sollwertbildner 30,
einen Lageregler 32, einen Filterbaustein 34, einen Differenzbildner
36 sowie eine Treiberstufe 38.
Dem Sollwertbildner 30 des Motorsteuerungssystems 28 werden über
dessen Eingangsleitungen 40, 42-44 von Meßwertaufnehmern 46,
48-50 Meßsignale von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine und
des Kraftfahrzeugs zugeführt. Bei den Meßwertaufnehmern 46-50 kann
es sich z. B. um einen Fahrpedalstellungsgeber, der dem Sollwert
bildner 30 ein die Fahrpedalstellung repräsentierendes Signal zu
führt, um einen Leerlaufschalter des Fahrpedals bzw. der Drossel
klappe, um einen Fahrgeschwindigkeitsgeber, um einen Motortempera
turfühler, einen Batteriespannungsmesser und/oder einen Drehzahl
fühler handeln. Der Ausgang 52 des Sollwertbildners ist auf eine
Vergleichsstelle 54 geführt, deren zweiter Eingang mit der Ausgangs
leitung 26 des Stellelements 20 verknüpft ist und deren Ausgang 55
auf den Lageregler 32 geführt wird. Dessen Ausgangsleitung 56 ver
bindet einerseits den Lageregler 32 mit dem Filterbaustein 34, an
dererseits mit dem Differenzbildner 36. Der Ausgang 58 des Filter
bausteins 34 wird auf die Treiberstufe 38 sowie auf einen zweiten
Eingang des Differenzbildners 36 geführt. Eine weitere Signalleitung
60 verbindet Differenzbildner 36 mit Filterbaustein 34, während die
Eingangsleitung 24 des Stellelements 20 als Ausgangsleitung des Mo
torsteuerungssystems 28 die Treiberstufe 38 mit dem Stellelement 20
verbindet. Eine dritte Eingangsleitung 62 verknüpft den Filterbau
stein 34 mit einem Meßwertaufnehmer 64, der zur Feststellung be
stimmter Betriebszustände, insbesondere des Leerlaufzustands, dient.
Ist der jeweilige Betriebszustand von den Meßwertaufnehmern 46, 48
bis 50 erfaßbar, so entfällt Aufnehmer 64 und Leitung 62 ist gege
benenfalls mit dem/den entsprechenden Aufnehmern 46 bis 50 verbunden.
Der Sollwertbildner 30 bildet in Abhängigkeit seiner Eingangssignale
einen Vorgabewert bzw. -signal für die Stellung des Stellelements
20. Handelt es sich bei dem Motorsteuerungssystem 28 um ein Steue
rungssystem mit der Funktion Leerlaufregelung, so findet die Aus
gabe des Vorgabewertes über die Ausgangsleitung 52 nur im, z. B.
über einen Leerlaufschalter in der Drosselklappe oder im Fahrpedal,
erkannten Leerlaufzustand statt. Bei einem elektronischen Gaspedal
system wird der Vorgabewert zum einen in Abhängigkeit der Fahrpe
dalstellung, zum anderen im Leerlaufzustand entsprechend der Leer
laufregelung gebildet.
Die vom Stellungsgeber 22 ermittelte Position des Stellelements 20
wird in der Vergleichsstelle 54 mit dem Vorgabewert verglichen und
über die Leitung 55 ein Differenzsignal zwischen Vorgabe- und Ist
wert an den Lageregler 32 abgegeben, der in Abhängigkeit dieses Dif
ferenzsignals über seine Ausgangsleitung 56 einen Vorgabewert für
die Stellung des Stellelements 20 erzeugt.
Im Filterbaustein 34, der über die Verbindungsleitung 62 in bestimm
ten, durch den Meßwertaufnehmer 64 festgestellten Betriebszuständen,
insbesondere dem Leerlaufzustand, aktivierbar ist, wird der Vorgabe
wert des Lagereglers 32 als der zu filternde Wert bzw. Signal und
Eingangssignal des Filterbausteins 34 durch eine analoge oder digi
tale Filteranordnung in seinem zeitlichen Verlauf abhängig von dem
über die Verbindungsleitung 60 anliegenden Ausgangssignal des Dif
ferenzbildners 36 beeinflußt. Im einfachsten Fall handelt es sich
bei dem Filterbaustein 54 um einen Tiefpaß analoger Ausführung mit
veränderbaren Zeitkonstanten oder digitaler Ausführung mit veränder
baren Filterkonstanten.
Die Filterwirkung bzw. -charakteristik oder Übertragungsverhalten
des Filterbausteins 34 wird vom Differenzbildner 36 bestimmt. Dieser
bildet in Abhängigkeit der Differenz zwischen dem zu filternden Wert
(Vorgabewert des Reglers) auf der Leitung 56 und dem Filterausgangs
signal als gefiltertem Signal auf der Leitung 58 ein die Größe der
Differenz anzeigendes Ausgangssignal, das über die Leitung 60 an den
Filterbaustein 34 abgegeben wird. Dabei wird die Filtercharakteri
stik derart eingestellt, daß mit zunehmender Größe der Differenz die
Filterkonstanten derart verändert werden, daß die Wirkung des Fil
terbausteins 34 auf den zeitlichen Verlauf des zu filternden Wertes
(Vorgabewertes) mit zunehmender Differenz abnimmt. Das Filteraus
gangssignal bildet dabei das Ansteuersignal des Stellgliedes, dessen
zeitlicher Verlauf bzw. Änderungsgeschwindigkeit durch das oben dar
gestellte, erfindungsgemäße Verfahren bestimmt wird.
Die Beeinflussung der Filterwirkung bzw. der Filtercharakteristik
oder das Übertragungsverhalten des Filters kann dabei nahezu stetig
oder in einer oder mehreren Stufen in Abhängigkeit von vorgegebenen
Bereichen der Differenzgröße erfolgen.
Das gefilterte Ausgangssignal wird über die Ausgangsleitung 58 an
die Treiberstufe 38 des Motorsteuerungssystems 28 abgegeben und
dient als Ansteuersignal zur Betätigung des Stellelements 20 über
die Ausgangsleitung 24 des Motorsteuerungssystems 28 und bestimmt
somit u. a. die Änderungsgeschwindigkeit von Stellelement 20 bzw. der
Drosselklappe 14, wobei der zeitliche Verlauf des Ansteuersignals
die Änderungsgeschwindigkeit bestimmt.
Der erfindungsgemäße Gedanke ist prinzipiell nicht auf die beschrie
bene Position des Filters und Differenzbildners im Motorsteuerungs
system beschränkt. Das Filter mit Differenzbildner kann auch in der
Ausgangsleitung 24, in der Leitung 52 des Sollwertbildners oder in
der Leitung 54 zwischen Vergleichsstelle und Lageregler eingefügt
werden.
Fig. 2 beschreibt anhand eines Flußdiagramms die Realisierung der
erfindungsgemäßen Vorgehensweise in einem Rechner. Nach dem Start
des dargestellten Programmteils wird in einem Block 100 die Initia
lisierung der Filterkonstanten C I vorgenommen. Im Funktionsblock
102 wird nun der vom Regler ausgegebene Vorgabewert als der zu fil
ternde Wert gemessen und der gefilterte Wert im Block 104 aufgrund
des gemessenen Vorgabewertes und der im Initialisierungsschritt ge
ladenen Filterkonstanten berechnet. Danach wird in Block 106 die
Differenz zwischen zu filterndem und gefiltertem Wert ermittelt,
worauf im Block 108 die Filterkonstanten C I als Funktion der im
Block 106 ermittelten Differenz korrigiert werden. Dies kann z. B.
anhand einer Tabelle oder einer vorgegebenen Funktion durchgeführt
werden. Nach Abarbeitung des Blocks 108 beginnt der Durchlauf des
Programmteils mit Block 102 erneut.
Unter Filterkonstanten C I kann es sich im Rahmen des erfindungs
gemäßen Gedankens um eine einzelne Konstante (Tiefpaß) oder um
mehrere Konstanten eines höherwertigen Filters handeln.
In Fig. 3 ist beispielhaft ein typischer Verlauf des stufenweise
sich verändernden des zu filternden (durchgezogene Linien) und
gefilterten Wertes (gestrichtelte Linien) für kleine Änderungen des
zu filternden Wertes (Fig. 3a) und für große Änderungen des zu fil
ternden Wertes (Fig. 3b) dargestellt. Dabei bezeichnen die horizon
talen Achsen die Zeit, die vertikalen Achsen den Signalpegel des zu
filternden bzw. gefilterten Wertes.
Fig. 3a zeigt Änderungen kleiner Amplitude und höherer Frequenz des
zu filternden Wertes. Bei kleinen Differenzen zwischen zu filterndem
und gefiltertem Wert ist die Wirkung des Filters stark, so daß die
Änderungen im zu filternden Wert nicht bzw. kaum auf das Ansteuer
signal des Stellelements 20 und somit auf die Stellung der Drossel
klappe durchschlagen. Im Gegensatz dazu wird in Fig. 3b ein dynami
scher Betriebsfall vorgestellt. Die Änderung im zu filternden Wert
hat eine große Amplitude, der gefilterte Wert reagiert auf diese Än
derung schnell und verlangsamt seine Anstiegsgeschwindigkeit abhän
gig von der Differenz zwischen zu filterndem und gefiltertem Wert
durch entsprechende Variation der Filterwirkung. Die Stellungsän
derung der Drosselklappe nimmt einen dem gefilterten Wert entspre
chenden Verlauf.
Neben der Differenzbildung ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen
Gedankens möglich, eine Divisions-, Multiplikations- oder Additions
operation zur Ableitung eines die Filterwirkung beeinflussenden
Signal zu verwenden.
Claims (11)
1. Verfahren zur Steuerung der Luftzufuhr zu einer Brennkraftma
schine eines Kraftfahrzeugs, über ein elektrisch betätigbares Stell
element, dessen Stellung zur Steuerung der Luftzufuhr regelbar ist,
wobei aus Vorgabewerten oder -signalen als zu filternde Werte oder
Signale zur Regelung der Stellelementstellung gefilterte Werte oder
Signale erzeugbar sind und die Stellelementsstellung in Abhängigkeit
dieser gefilterten Werte oder Signale durch ein entsprechendes An
steuersignal geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ände
rungsgeschwindigkeit der Stellelementstellung bzw. der Verlauf des
Ansteuersignals durch Beeinflussung der Filtercharakteristk oder
des -übertragungsverhaltens nach Maßgabe der zu filternden und
gefilterten Werte veränderbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ände
rungsgeschwindigkeit der Stellelelementstellung abhängig von der Dif
ferenz aus zu filterndem und gefiltertem Wert ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß Art und Stärke der Beeinflussung der Filtercharak
teristik oder des Übertragungsverhaltens bzw. die Filterwirkung ab
hängig von der Differenz aus zu filterndem und gefiltertem Wert ist,
wobei die Filterwirkung sich gegensinnig zur Differenz ändert.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beein
flussung der Filterwirkung im Leerlaufzustand der Brennkraftmaschine
vorgenommen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Erzeugung der gefilterten Werte aus den zu
filternden Werten in einem analogen oder digitalen Filter vorgenommen
wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die zu filternden Werte in Abhängigkeit von Be
triebsparametern wie Drehzahl, Fahrpedalstellung, Motortemperatur,
Batteriespannung und/oder Leerlauferkennung stehen.
7. Vorrichtung zur Steuerung der Luftzufuhr zu einer Brennkraftma
schine eines Kraftfahrzeugs, mit einem elektrisch betätigbaren
Stellelement, dessen Stellung zur Steuerung der Luftzufuhr regelbar
ist, mit einer Einheit zur Bildung von Vorgabewerten oder -signalen,
mit einer Einheit zur Erzeugung von gefilterten Werten oder Signalen
aus diesen Vorgabewerten oder Signalen als zu filterndem Wert oder
Signal zur Regelung der Stellelementstellung durch ein entsprechen
des Ansteuersignal, wobei die Stellelementstellung diesen gefilter
ten Werten oder Signalen folgend geregelt wird, dadurch gekennzeich
net, daß Mittel vorhanden sind, die die Änderungsgeschwindigkeit der
Stellelementstellung bzw. den Verlauf des Ansteuersignals durch Be
einflussung der Filtercharakteristik oder des Filterübertragungs
verhaltens nach Maßgabe des zu filternden Wertes oder Signals und
des gefilterten Wertes oder Signals veränderbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mit
tel zur Steuerung der Änderungsgeschwindigkeit der Stellelement
stellung abhängig von der Differenz von zu filternden und gefilter
ten Werten die Änderungsgeschwindigkeit der Stellelementstellung be
einflussen, wobei die Erzeugung der gefilterten Werte, die Filter
wirkung bzw. Filtercharakteristik oder Übertragungsverhalten abhän
gig von dieser Differenz veränderbar ist, derart, daß die Filterwir
kung sich gegensinnig zur Differenz ändert.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mittel zur Beeinflussung der Änderungsgeschwindigkeit bei er
kanntem Leerlaufzustand aktivierbar sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß Mittel zur Bildung der Vorgabewerte oder der zu
filternden Werte in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brenn
kraftmaschine oder des Kraftfahrzeugs wie Fahrpedalstellung, Dreh
zahl, Batteriespannung, Motortemperatur, etc. vorhanden sind.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß in einem analogen oder digitalen Filter die Er
zeugung der gefilterten Werte vorgenommen wird.
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