DE4021440A1

DE4021440A1 - Einrichtung zum verhindern des ruckelns bei kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE4021440A1
Application number: DE4021440A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Denz; Ernst Dipl Ing Wild
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-07-05
Filing date: 1990-07-05
Publication date: 1992-01-09
Also published as: EP0537227B1; EP0537227A1; DE59105334D1; WO1992001152A1; JPH05508694A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verhindern des Ruckelns bei Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des An spruchs 1.

Ruckelnde Bewegungen des Fahrzeugs, insbesondere Longitudinal schwingungen in Fahrtrichtung der Karosserie, können sowohl im Stationärbetrieb, das heißt bei konstanter Drehzahl, als auch besonders bei Beschleunigungs- und Bremsvorgängen, das heißt bei Drehzahländerungen, auftreten. Bei einer bekannten Einrichtung (DE-OS 38 37 876) wird eine Zündzeitpunkteinstell einrichtung für Brennkraftmaschinen angegeben, die eine solche Vibration der Fahrzeugkarossiere bei Beschleunigungen unterdrückt. Dies wird dadurch erreicht, daß eine erste Zünd zeitpunkt-Korrekturgröße, die von der Änderung der Drehzahl änderung der Maschine bestimmt ist und eine zweite Zündzeit punkt-Korrekturgröße, die auf der Basis des Maschinenlastzu standes bestimmt ist, gebildet werden und ein Grund-Zündzeit punkt nach Maßgabe der ersten und der zweiten Zündzeitpunkt- Korrekturgröße korrigiert wird, wenn das Fahrzeug beschleu nigt wird. Die bekannte Vorrichtung ist zur Unterdrückung von Vibrationen der Fahrzeugkarosserie bei Beschleunigungen ausge legt. Ruckelnde Bewegungen können jedoch auch bei stationärem Betrieb, beispielsweise bei kaltem Motor, auftreten. Die Ein richtung ist zudem relativ aufwendig ausgelegt.

Eine weitere, bekannte Einrichtung zur Unterdrückung von Lon gitudinalschwingungen eines Fahrzeugs (EP 03 15 172 A2) ent hält einen mechanischen Beschleunigungsaufnehmer, der direkt auf Fahrzeuglongitudinalschwingungen anspricht und dessen Aus gangssignal einer Drehmomentregelung zugeführt wird, die durch Änderung des Zündwinkels beeinflußt wird. Eine mecha nische Messung der Fahrzeugschwingungen durch einen Beschleu nigungsaufnehmer ist aufwendig, teuer und relativ störanfäl lig.

Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß werden Drehzahldifferenzwerte bezogen auf be stimmte, aufeinanderfolgende Zeitsegmente bzw. Werte der zeit lichen Ableitung der Drehzahl gebildet. Die Drehzahldifferenz werte adressieren eine Kennlinie, worüber ein Wert für einen Korrekturzündwinkel gebildet wird. Dieser Korrekturzündwinkel wird zum Zündwinkelvorsteuerwert bzw. zum Sollzündwinkel addiert. Der Korrekturzündwinkel wird in Abhängigkeit der Größe und des Betrags der Drehzahldifferenzwerte so gebildet, daß eine zur Ruckelschwingung gegenphasige Drehmomentkorrek tur erfolgt. Die Wirkung einer solchen Einrichtung entspricht der Wirkung eines D-Anteils in einem Regelkreis zur Verhinde rung des Ruckelns.

Diese Zündwinkel-Gegenkopplung erfolgt immer in der richtigen Phasenlage, das heißt gegenphasig, da die Momentensteuerung durch den Zündwinkel ohne Verzögerungszeit erfolgt. Voraus setzung dafür ist die zündungssynchrone Berechnung und Aus gabe des jeweiligen Korrekturzündwinkels.

Da Aufnehmer zur Drehzahlermittlung und Einrichtungen zur Ver änderung des Zündwinkels ohnehin in üblichen Motorsteuerein richtungen vorhanden sind, kann die erfindungsgemäße Einrich tung zur Verhinderung des Ruckelns im wesentlichen schaltungs technisch im elektronischen Teil mit nur geringem Mehraufwand durchgeführt werden.

Zeichnung

Es zeigen:

Fig. 1 einen sinusförmigen Verlauf einer Ruckelschwingung bei stationärem Betrieb mit aufeinanderfolgenden Zeit segmenten, über die eine Drehzahldifferenz (Dn) gebil det wird,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der gemäß Fig. 1 gebildeten Drehzahldifferenzwerte (Dn),

Fig. 3 eine Kennlinie (DWARA über Dn) zur Ermittlung des Korrekturzündwinkels DWARA,

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf des ermittelten Korrekturzünd winkels DWARA,

Fig. 5 ein Additionsglied für die Summierung des von der Motorsteuerung vorgegebenen Zündwinkelvorsteuerwerts bzw. Sollzündwinkels αzs mit dem Korrekturzündwinkel DWARA zum aktuellen Zündwinkel αz,

Fig. 6 ein Drehzahldiagramm über der Zeit bei hochlaufender Drehzahl mit überlagerter Ruckelschwingung,

Fig. 7, 8 und 9 Darstellungen zur Ermittlung des zeitlichen Verlaufs des Korrekturzündwinkels DWARA (Fig. 9), ohne dynamische Korrektur mit einer systembedingten, generellen Spätver schiebung des Zündwinkels,

Fig. 10 bis 13 Darstellungen entsprechend der Fig. 7 bis 9 zur Ermittlung des zeitabhängigen Verlaufs des Korrekturzündwinkels DWARA mit einer Maß nahme zur dynamischen Korrektur zur Verhinde rung einer generellen Spätverschiebung,

Fig. 14 eine Darstellung, die den üblichen Verlauf des Dreh moments (Md) über den Zündwinkel αz mit einem Maxi mum zeigt,

Fig. 15 eine Darstellung einer Kurve in einem Feld Last (tL) über der Drehzahl (n), wobei in einem unteren Lastbe reich (U) positive und negative Korrekturzündwinkel gemäß einer Kennlinie nach Fig. 16 zulässig sind und in einem oberen Lastbereich (O) negative Korrekturzündwinkel gemäß Kennlinie nach Fig. 17 zulässig sind,

Fig. 18 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Verhindern des Ruckelns mit einem Hochpaßfilter.

In Fig. 1 ist die Drehzahl n über die Zeit t für eine Ruckel schwingung 1 als Sinusschwingung aufgetragen. Als gemittelte Drehzahl n ergibt sich eine horizontale Gerade, das heißt, es wird ein stationärer Betriebszustand ohne generelle Beschleu nigung betrachtet. Die Pfeile K=1 bis 9 stellen Beginn und Ende von Zeitsegmenten Tseg dar, wobei die Drehzahlerfassung über jeweils eine Zeitsegmentdauer Tseg erfolgt.

In Fig. 2 ist der zeitliche Verlauf der Drehzahldifferenz Dn als Stufenfunktion dargestellt, wobei ansteigende Drehzahl werte zu positiven Drehzahldifferenzwerten Dn und fallende Drehzahlen n zu negativen Drehzahldifferenzwerten führen nach der Beziehung

Dn(k)=n(k)-n(k-1) .

Die Drehzahldifferenzwerte Dn adressieren eine Kennlinie DWARA (Differenz-Winkel-Anti-Ruckelfunktion-Aktiv) über der Drehzahldifferenz Dn gemäß Fig. 3.

Dadurch ergibt sich eine Spiegelung und Vertikalvergrößerung der Funktion nach Fig. 2 zu der in Fig. 4 dargestellten Funk tion, die einen Korrekturzündwinkel DWARA über der Zeit dar stellt.

Gemäß Fig. 5 wird dieser Korrekturzündwinkel DWARA mit einem üblichen Zündwinkelvorsteuerwert bzw. Sollzündwinkel αzS aus einem Zündwinkelkennfeld für einen aktuellen Zündwinkel αz addiert.

Bei einem stationären Betrieb (keine Beschleunigung) des Fahr zeugs und auftretenden Ruckelschwingungen werden diese über die ermittelten Drehzahldifferenzwerte Dn erfaßt und daraus ein gegenphasig verlaufender Korrekturzündwinkel DWARA gemäß Fig. 4 ermittelt und mit dem Sollzündwinkel summiert. Bekannt lich ist eine Veränderung des Zündwinkels auch mit einer Ver änderung des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Drehmo ments verbunden (siehe z. B. Fig. 14), so daß hier eine Gegen kopplung zu den Drehzahlschwankungen der Ruckelschwingung durch genau gegenphasige Drehmomentkorrektur über eine Zünd winkelveränderung erfolgt und damit die Ruckelschwingungen weitgehend eliminiert werden. Die Wirkung entspricht einem D- Anteil im Regelkreis zur Ausregelung der Ruckelschwingungen. Die Zündwinkelgegenkopplung erfolgt immer in der richtigen Phasenlage, da die Momentensteuerung durch den Zündwinkel praktisch ohne Verzögerungszeit erfolgt, wobei vorausgesetzt ist, daß die Berechnung der Zündwinkelkorrektur zündungssyn chron erfolgt.

In der Kennlinie nach Fig. 3 ist im mittleren Bereich eine Unempfindlichkeitszone ausgewiesen, so daß hier (bei Bedarf) der D-Anteil des Korrekturzündwinkels DWARA bei geringen oder nicht vorhandenen Drehzahlschwankungen eliminiert wird.

Fig. 6 entspricht Fig. 1, nur daß in Fig. 6 kein stationärer Betrieb mehr betrachtet wird, sondern ein beschleunigter Be trieb mit Drehzahlhochlauf dargestellt ist, der wiederum durch eine etwa sinusförmig verlaufende Ruckelschwingung 2 überlagert ist.

In Fig. 7 ist die zeitliche Ableitung n bzw. dn/dt darge stellt, was der (stufenförmigen) Darstellung der Drehzahl differenzwerte Dn entspricht.

Der konstante Drehzahlhochlauf führt dazu, daß die wiederum etwa sinusförmig verlaufende Kurve 3 entsprechend dn/dt um einen positiven Betrag 4 gegenüber der Nullinie nach oben ver setzt ist und um die dadurch gebildete horizontale Linie 5 symmetrisch verläuft.

Wie in Fig. 8 dargestellt, wird durch den positiven Versatz um den Betrag 4 nur eine Adressierung des unteren Kennlinien astes erhalten, so daß auch die ermittelten Zündwinkelkorrek turwerte DWARA gemäß Fig. 9 einen generellen Versatz 6 zu einem späten Zündwinkel hin enthalten, um den die Kurve 7 symmetrisch verläuft. Dieser generelle Zündwinkelversatz 6 hin zur Spätzündung führt üblicherweise zu einer Drehmoment reduzierung, so daß für diesen Fall ein generell geringeres Drehmoment bei der Fahrzeugbeschleunigung zur Verfügung steht.

Eine mögliche Lösung dieses Problems könnte darin liegen, daß bei gewollter Beschleunigung mit einem Drehzahlanstieg (oder Drehzahlabfall) eine Zündwinkelkorrektur über die erfindungs gemäße Einrichtung zum Verhindern des Ruckelns verboten würde, so daß keine zu späten Zündwinkel akzeptiert werden müßten, in diesem Fall jedoch auch keine Ruckeldämpfung mög lich wäre.

Als bessere Lösung wird nachfolgend in Verbindung mit den Fig. 10 bis 13 eine modifizierte Einrichtung beschrieben, bei der die Gegenkopplung zur Verhinderung des Ruckelns auch bei ruckelndem Drehzahlhochlauf wirksam ist. Aus der Fig. 7 wird dazu der Mittelwert der schwingenden Kurve 3 durch einen Tief paß gebildet. Dieser entspricht etwa der Kurve 5 in Fig. 7, das heißt, der zeitlichen Ableitung dn/dt, die den konstanten Drehzahlhochlauf ohne Ruckeln betrifft.

Dieser Mittelwert Dnmi nach Fig. 10 wird von der Kurve 3 aus Fig. 7 abgezogen, wodurch ein dynamisch korrigierter Wert Dnd erhalten wird nach

Dnd(k)=Dn(k)-Dnmi(k).

Dieser dynamisch korrigierte Wert Dnd entsprechend der Sinus kurve 8 in Fig. 11 verläuft wiederum symmetrisch zur Zeit achse t.

Dadurch wird auch die Kennlinie gemäß Fig. 13 symmetrisch an gesteuert, wodurch auch der Zündwinkelkorrekturwert DWARA nach Fig. 12 wieder symmetrisch zur Zeitachse t liegt. Damit ist der generelle Versatz 6 zu späten Zündwinkeln, wie er in Fig. 9 aufgetreten ist, eliminiert. Somit steht auch trotz wirksamer Gegenkopplung für die Verhinderung eines ruckelnden Drehzahlhochlaufs ein unbeschränktes Drehmoment zur Verfü gung. Beim ersten Drehzahlanstieg, während dem der Mittelwert Dnmi noch nicht nachgeführt ist, wirkt zunächst die starke Zündwinkelspätzündung, was zu einem sanfteren Lastwechsel bei trägt.

Beim Stationärbetrieb (=konstant) ergibt sich automatisch die einfache Funktion entsprechend den Fig. 1 bis 4. Alle Übergänge sind kontinuierlich ohne Drehmomentsprünge.

In Fig. 14 ist eine Kurve 9 dargestellt, die den Verlauf des Drehmoments Md in Bezug zum Zündwinkel αz darstellt. Die Kurve 9 hat ein Maximum 10, das einem Zündbestwert ent spricht.

Ist nun die Vorsteuerung des Zündwinkels bzw. der Sollzündwin kel auf diesen Zündbestwert ausgelegt, so bewirkt eine Zünd winkelkorrektur in Richtung auf eine Frühzündung (+Δαz) wiederum eine Drehmomentreduzierung, die im Gegensatz zur ge wünschten Gegenkopplung hier als Mitkopplung und Verstärkung von Ruckeleffekten wirken würde.

Es kann daher unter Umständen notwendig sein, in definierten Betriebsbereichen positive Zündwinkelkorrekturwerte DWARP zu unterdrucken.

Ein entsprechendes Diagramm ist in Fig. 15 angegeben, wo die Last tL über die Drehzahl n aufgetragen ist. Eine Kurve 11 trennt einen oberen Lastbereich O von einem unteren Lastbe reich U. Im oberen Lastbereich O werden nur negative Zündwin kelkorrekturwerte -Δαz zugelassen; im unteren Lastbereich U werden dagegen sowohl positive Korrekturzündwinkelwerte +Δαz und negative Werte -Δαz zugelassen.

Dies wird mit der Kennlinie nach Fig. 16 für den unteren Last bereich U und mit der Kennlinie nach Fig. 17 für den oberen Lastbereich O erreicht, wobei hier zudem die Kennlinie für negative Zündwinkelkorrekturwerte -Δαz im oberen Lastbe reich O anders gestaltet ist als im unteren Lastbereich U, um eine ausreichende Drehmomentvariation zu erzielen.

Eine andere, etwas aufwendigere Ausführungsform wird dadurch erhalten, daß ein von der Drehzahl und der Last abhängiges Wichtungsfeld für den Zündwinkelkorrekturwert DWARA angesteu ert wird, das in allen Drehzahl-Last-Punkten bei gleichem Drehzahldifferenzwert Dn die für die Gegenkopplung bestmög liche Momentendifferenz DMd gewährleistet. Als Beispiele wer den hier folgende beiden Wichtungskennfelder für positive und negative Werte angegeben:

In Fig. 18 ist eine weitere Ausführungsform in einem Block schaltbild dargestellt, mit einer Brennkraftmaschine 12, an der die Drehzahl n gemessen wird und woraus eine Drehzahl differenz Δn zwischen zwei Messungen gebildet wird, wobei Tt die Totzeit zwischen zwei Messungen bedeutet. Der Drehzahl differenzwert Δn wird einem Hochpaß 13 zugeführt. Vom Aus gang des Hochpasses 13 wird der hochpaßgefilterte Drehzahl differenzwert ΔnH über die Kennlinie für einen Korrekturzünd winkel Δα bearbeitet und als Korrekturzündwinkelwert Δα mit einem vorgegebenen Sollzündwinkel αzS zu einem Gesamt zündwinkel αg summiert. Der Gesamtkorrekturzündwinkel αg wird einem Begrenzungskennfeld 14 zugeführt und nach diesem zur Steuerung an die Brennkraftmaschine 12 weitergegeben.

Bei dieser Ausführungsform wird somit die Drehzahldifferenz αn aus zwei aufeinanderfolgenden Drehzahlmessungen gebil det, wobei alternativ eine Periodendauerdifferenz möglich ist. Durch eine Hochpaßfilterung über den Hochpaß 13 wird eine konstante Drehzahländerung im Ausgangssignal ΔnH unter drückt, so daß nur der Wechselanteil einer Ruckelschwingung sowohl bei konstanter als auch bei stetig steigender oder fallender Drehzahl zu einem Korrekturzündwinkel über die Kenn linie Δα(ΔnH) führt. Der resultierende Gesamtwinkel αg wird in seinem frühesten Wert durch das Begrenzungskennfeld 14 in Abhängigkeit der Drehzahl und Last αmax (n, tL) be grenzt, indem der Zündwinkel für maximales Drehmoment abge legt ist.

Claims

1. Einrichtung zum Verhindern des Ruckelns bei Kraftfahrzeu gen, mit einer Drehmomentkorrektur über eine Steuerung des Zündwinkels, dadurch gekennzeichnet, daß Drehzahldifferenz werte (Dn(k)=n(k) -n(k-1); Δn) bezogen auf bestimmte, aufeinanderfolgende Zeitsegmente (Tseg; Tt) bzw. Werte der zeitlichen Ableitung der Drehzahl (dn/dt) gebildet werden, daß die Drehzahldifferenzwerte (Dn; Δn) eine Kennlinie (DWARA (Dn); Δα(ΔnH) ) adressieren und darüber ein Wert für einen Korrekturzündwinkel (DWARA; Δα) gebildet wird, der zum Zündwinkelvorsteuerwert bzw. Sollzündwinkel (z. B. αz- Kennfeldwerte α zS) addiert wird, wobei der Korrekturzündwin kel (DWARA; Δα) in Abhängigkeit der Größe und des Betrages der Drehzahldifferenzwerte (Dn; Δn) dergestalt über die Kenn linie (DWARA (Dn); Δα (ΔnH)) gebildet ist, daß eine zur Ruckelschwingung gegenphasige Drehmomentkorrektur erfolgt entsprechend einem D-Anteil in einem Regelkreis.

2. Einrichtung zum Verhindern des Ruckelns bei Kraftfahrzeu gen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine dynami sche Korrektur in der Weise durchgeführt wird, daß bei einem Drehzahlhochlauf bzw. einer konstanten Drehzahländerung mit Ruckeln die Korrekturwerte der Korrekturzündwinkel (DWARA; Δα) symmetrisch zum Sollzündwinkel (αzS) liegen.

3. Einrichtung zum Verhindern des Ruckelns bei Kraftfahrzeu gen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinde rung einer generellen Spätverschiebung für den Zündwinkel (αz) bei ruckelndem Hochlauf der Mittelwert der Drehzahl änderungen (Dnmi) über einen Tiefpaß gebildet wird und daß die Adressierung der Kennlinie (DWARA (Dn)) mit einem dyna misch korrigierten Drehzahldifferenzwert (Dnd) erfolgt, der aus der Differenz des jeweils direkt ermittelten Drehzahl differenzwertes (Dn) und des Mittelwerts (Dnmi) gebildet ist nach
Dnd(k)=Dn(k)-Dnmi(k).

4. Einrichtung zum Verhindern des Ruckelns bei Kraftfahrzeu gen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie (DWARA (Dn); Δα (ΔnH)) um ihren Null punkt eine Kennlinienunempfindlichkeitszone aufweist, so daß bei geringen Drehzahlschwankungen keine Korrektur erfolgt und somit der D-Anteil aus der Regelung eliminiert ist.

5. Einrichtung zum Verhindern des Ruckelns bei Kraftfahrzeu gen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie eine geneigte Gerade ist, die im zweiten und dritten Quadranten des Kennliniendiagramms (DWARA (Dn); Δα(ΔnH)) liegt.

6. Einrichtung zum Verhindern des Ruckelns bei Kraftfahrzeu gen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in wenig stens einem vorgegebenen Betriebsbereich (O) der Brennkraft maschine positive Korrekturzündwinkel unterdrückt werden, ent sprechend einer Kennlinie, die sich nur im zweiten Quadranten des Kennliniendiagramms (Fig. 17) erstreckt.

7. Einrichtung zum Verhindern des Ruckelns bei Kraftfahrzeu gen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wichtungskennfeld für alle Drehzahl/Last-Punkte bzw. entsprechende Bereiche vorgegeben ist, mit dort abgelegten Wichtungsgrößen, die bei jeweils gleichem Drehzahldifferenz wert (Dn) einen bestmöglich gleichen Drehmomentdifferenzwert gewährleisten.

8. Einrichtung zum Verhindern des Ruckelns bei Kraftfahrzeu gen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hochpaßfilterung des Drehzahldifferenzwerts (Dn; Δn) vorgenommen wird, wodurch eine konstante Drehzahlände rung im Ausgangssignal für die Drehzahldifferenzwerte (Dn; Δn) unterdrückt wird.

9. Einrichtung zum Verhindern des Ruckelns bei Kraftfahrzeu gen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Drehzahldifferenzwert (Δn) aus zwei aufeinanderfolgenden Drehzahlmessungen gebildet ist, dieser Drehzahldifferenzwert (Δn) in einem Hochpaß (13) zu einem Ausgangssignal (ΔnH) hochpaßgefiltert wird, so daß nur der Wechselanteil einer Ruckelschwingung erfaßt wird und dieses Ausgangssignal die Kennlinie (Δα(ΔnH)) adressiert, worüber ein Korrektur zündwinkel (Δα) gebildet wird, dessen Wert mit einem vor gesteuerten Zündwinkelwert (αzS) zu einem resultierenden Gesamtzündwinkel (αg) summiert wird und dieser Wert für den Gesamtzündwinkel (αg) durch ein Kennfeld (14), indem der Zündwinkel für maximales Drehmoment abgelegt ist, in Abhängig keit der Drehzahl (n) und der Last (tL) begrenzt ist.