DE4105740A1 - Fehlerkorrigiertes regelsystem - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Regelsystems, insbesondere für die Kraft­ stoffeinspritzung einer Brennkraftmaschine, bei dem beim Auftreten von Abweichungen eine Fehlerkorrek­ tur erfolgt und bei dem parallel zu einem Regler ein Steuerglied als Vorsteuerung betrieben wird.

Aus der DE-OS 32 02 614 ist eine Regeleinrichtung für den Spritzbeginn bei einer mit Selbstzündung arbeitenden Brennkraftmaschine bekannt. Die Regel­ einrichtung weist einen PI-Regler auf, dem ein Zäh­ ler vorgeschaltet ist, der an einen die Kurbelwel­ lenstellung der Brennkraftmaschine erfassenden Sen­ sor angeschlossen ist. Der PI-Regler erhält einen Sollwert, der von einem Kennlinienfeld stammt, dem als Eingangsgrößen Betriebsparameter der Brenn­ kraftmaschine zugeleitet werden. Ferner ist ein zweites Kennfeld, ein sogenanntes Steuerkennfeld, vorgesehen, dessen Ausgangswert zu dem Ausgangswert des PI-Reglers addiert wird. Im Fehlerfall wird der Ausgangswert des PI-Reglers abgeschaltet. Im Feh­ lerfall wird der Ausgangswert des PI-Reglers abge­ schaltet. Ein Fehlerfall liegt vor, wenn zum Bei­ spiel der Sensor, der Zähler oder sonstige Kom­ ponenten der Regeleinrichtung nicht einwandfrei ar­ beiten.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den im Haupt­ anspruch genannten Merkmalen hat demgegenüber den Vorteil, daß eine hohe Regelgenauigkeit und eine große Dynamik im gesteuerten und geregelten Fall vorliegt. Durch die Ermittlung eines ersten Ab­ weichungssignals etwa in der Mitte des Regelbe­ reichs und durch Gewinnung eines zweiten Abwei­ chungssignals im Bereich eines der Anschlagpunkte (Endbereiche) des Regelbereichs ist in jedem Reg­ ler-Betriebspunkt eine Fehlerkorrektur möglich. Die Ermittlung der beiden Abweichungssignale zeigt auf, wie und in welchem Umfang die Fehlerkorrektur vor­ genommen werden muß, so daß zum Beispiel Toleranzen der Komponenten und Bauteile ausgeglichen werden können.

Vorzugsweise ist als Regler ein PI-Regler einge­ setzt.

Das erste Abweichungssignal repräsentiert einen ad­ ditiven Fehler und das zweite Abweichungssignal einen multiplikativen Fehler. Insofern ist es vor­ teilhaft, wenn die dem additiven Fehler zugeordnete Abweichung additiv und die dem multiplikativen Feh­ ler zugeordnete Abweichung multiplikativ in das Re­ gelsystem zur Korrektur eingespeist werden.

Bei der Durchführung des Verfahrens wird das erste Abweichungssignal auf eine Summationsstelle am Aus­ gang der Vorsteuerung geführt. Insofern erfolgt eine additive Korrektur des Vorsteuerwerts.

Das zweite Abweichungssignal wird bevorzugt auf eine Multiplikationsstelle am Eingang einer Regler­ strecke des Regelsystems geführt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß die zwischen den Anschlagpunkten des Re­ gelkreises liegenden Abweichungs-Zwischenwerte ent­ sprechend dem jeweils vorliegenden Regler-Betriebs­ punkt durch Interpolation, insbesondere lineare Interpolation, ermittelt und dem Regelsystem zuge­ führt werden. Mithin ermöglicht die Ermittlung des ersten und des zweiten Abweichungssignals in Zusam­ menhang mit einer Interpolation die Bereitstellung einer Fehlerkorrekturkennlinie, die die Bestimmung von Abweichungs-Zwischenwerten zuläßt, so daß jedem beliebigen Regler-Betriebspunkt eine individuelle Korrektur zuordbar ist.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß die Verstärkung der als P-Glied ausge­ bildeten Vorsteuerung der umgekehrten mittleren Streckenverstärkung entspricht. Bei einer mittleren Verstärkung ist der Integral-Anteil (I-Anteil) des PI-Reglers bei einer präzisen, das heißt, toleranz­ freien Strecke, gleich "0". Da bei einer Serien­ fertigung jedoch auch stets toleranzbehaftete Kom­ ponenten zum Einsatz gelangen, wird die jeweilige Toleranz durch den PI-Regler ausgeglichen. Hierbei ist der I-Anteil ein Maß für die Toleranz.

Vorzugsweise erhält der PI-Regler als Eingangs­ signal das Ausgangssignal eines Summenpunkts, auf den mit positivem Vorzeichen ein Sollsignal und mit negativem Vorzeichen ein vom Ausgang der Regler­ strecke kommendes Istsignal geführt ist.

Handelt es sich bei dem Regelsystem um eine Ein­ spritzanlage einer Brennkraftmaschine, so wird als Sollsignal ein Einspritzbeginn-Sollsignal und als Istsignal ein Einspritzbeginn-Istsignal verwendet.

Bei der Verfahrensführung wird derart vorgegangen, daß die Vorsteuerung als Eingangssignal das Soll­ signal erhält.

Insbesondere ist vorgesehen, daß der Ausgang der Vorsteuerung und der Ausgang des PI-Reglers jeweils mit positivem Vorzeichen addiert werden (Summa­ tionsstelle 10, Summationspunkt 13). Der Ausgang des Summationspunkts führt zur Reglerstrecke, die bevorzugt von der Einspritzpumpe der Brennkraft­ maschine gebildet sein kann. Alternativ kann die bereits erwähnte Summationsstelle, der das erste Abweichungssignal zugeführt wird, mit dem zuvor er­ wähnten Summationspunkt zusammengelegt werden, so daß dem dann neu entstehenden Additionspunkt als Eingangsgrößen die Ausgangswerte von Vorsteuerung und Regler sowie das erste Abweichungssignal zuge­ führt werden.

Das Istsignal wird über eine spritzsynchrone Ab­ tastung auf den Summenpunkt am Eingang des Reglers zurückgeführt. Ferner liegt zwischen der Spritzbe­ ginn-Sollwertzuführung und dem genannten Summen­ punkt ebenfalls eine wie ein Schalter wirkende Ab­ tastung, die synchron mit der zuvor erwähnten Ab­ tastung schaltet. Jedesmal wenn das Spritzbeginn­ signal ausgewertet wurde, erfolgen synchrone Ab­ tastungen, wodurch die Regeldifferenz am Summen­ punkt gebildet wird. Hierdurch wird der Regler ak­ tiviert, der die entsprechende Berechnung vornimmt und die errechnete Größe an seinem Ausgang zur Ver­ fügung stellt.

Schließlich stellt das Sollsignal einen Kennfeldwert dar, der aus Betriebsparametern der Brennkraft­ maschine gebildet wird. Insofern kann unter der Vorsteuerung ebenfalls ein Kennfeld, nämlich ein Steuerkennfeld, verstanden werden, das durch das erste Abweichungssignal korrigiert wird.

Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Regelsystems und

Fig. 2 eine Kennlinie der Regelgröße der Anord­ nung der Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt ein Regelsystem 1, das einen Reg­ ler 2 sowie eine Reglerstrecke 3 aufweist. Der Reg­ ler 2 ist vorzugsweise als PI-Regler 4 ausgebildet. Bei der Reglerstrecke 3 handelt es sich um die Ein­ spritzpumpe einer nicht dargestellten Brennkraft­ maschine. Insofern eignet sich das Regelsystem 1 um eine Anordnung für die Kraftstoffeinspritzung einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise einer selbstzün­ denden Brennkraftmaschine, zu betreiben. Insbeson­ dere kann die Anordnung zur Spritzbeginnregelung eingesetzt werden. Dies erfolgt - wie erwähnt - vor­ zugsweise bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen, also Dieselmotoren.

Der Eingang 5 des Reglers 2 ist mit dem Ausgang eines Summenpunkts 6 verbunden. Dem Summenpunkt 6 wird als Eingangsgröße ein Sollsignal SB_soll zuge­ führt. Das Sollsignal SB_soll wird von einem nicht dargestellten Kennfeld geliefert, dem als Eingangs­ größen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine zu­ geleitet werden. Als Betriebsparameter kommt bei­ spielsweise u. a. die Drehzahl und die Einspritz­ menge in Frage.

Das Sollsignal SB_soll wird ferner einem Steuerglied 7 zugeleitet, das eine Vorsteuerung 8 in dem Regel­ system 1 bildet und ein Proportionalverhalten (P- Glied) aufweist. Der Ausgang 9 des Steuerglieds 7 ist an eine Summationsstelle 10 mit positivem Vor­ zeichen angeschlossen. Dieser wird ferner ein erstes Abweichungssignal A zugeführt. Auf dieses Abweichungssignal A wird im nachfolgenden noch näher eingegangen.

Ferner ist eine Startsteuerung 30 über einen Schalter 31 mit der Summationsstelle 10 verbunden. Während des Startvorgangs ist der Schalter 31 geschlossen, und das Ausgangssignal der Startsteuerung 30 gelangt über den Summationspunkt 10 sowie den Summationspunkt 13 zur Regelstrecke 3. Da während des Startvorgangs üblicherweise der Regler 2 und das Steuerglied 7 nicht aktiv sind und somit kein Si­ gnal liefern, bestimmt das Ausgangssignal der Startsteuerung 30 das Eingangssignal der Regelstrecke 3.

Der Ausgang 11 der Summationsstelle 10 ist mit einem Eingang 12 eines Summationspunkts 13 verbun­ den, dem als weitere Eingangsgröße das Ausgangs­ signal des Reglers 2 zugeleitet wird. Diese beiden Eingangswerte werden dem Summationspunkt 13 mit po­ sitivem Vorzeichen zugeleitet. Der Ausgang 14 des Summationspunkts 13 führt als Eingangsgröße zu einer Multiplikationsstelle 15, die als weitere Eingangsgröße ein zweites Abweichungssignal M er­ hält. Auf dieses weitere Abweichungssignal M wird nachfolgend ebenfalls eingegangen. Der Ausgang 16 der Multiplikationsstelle 15 führt zum Eingang 17 der Reglerstrecke 3, an deren Ausgang 18 ein Ist­ signal SB_ist zur Verfügung steht. Mithin liegt am Ausgang des Summenpunkts 6 eine Regeldifferenz ΔSB an.

Eine Rechenschaltung 40 berechnet das Abweichungssignal A und das Abweichungssignal M. Diese Berechnung erfolgt ausgehend von dem Ist­ signal SB_ist und dem am Ausgang 14 des Summationspunkts 13 auftre­ tenden Signals I. Die Rechenschaltung 40 enthält wenigstens einen Speicher 45. Dieser Speicher 45 ist so ausgelegt, daß er auch beim Abschalten des Regelsystems bzw. der Brennkraftmaschine seinen In­ halt nicht verliert. Als Speicherelement wird ein nichtflüchtiger Speicher zum Beispiel ein EEPROM verwendet.

Der Ausgang 18 ist über eine spritzbeginnsynchrone Abtastung - die als Schalter 19 dargestellt ist - mit dem Summenpunkt 6 verbunden. Ferner wird der Soll­ wert SB_soll über eine weitere Abtastung - die als Schalter 20 dargestellt ist - an den Summenpunkt 6 gelegt. Die beiden Abtastungen arbeiten synchron zueinander. Dies bedeutet, daß jedesmal wenn das Spritzbeginnsignal ausgewertet wurde, die Abtastung vorgenommen wird, die man sich als Schließen der Schalter 19 und 20 denken kann, so daß am Summen­ punkt 6 die Regeldifferenz vorliegt und der PI-Reg­ ler seine Berechnung vornehmen kann.

Da im Ausführungsbeispiel das Regelsystem zur Ein­ stellung des Spritzbeginns der Kraftstoffeinsprit­ zung einer Brennkraftmaschine herangezogen wird, handelt es sich bei dem Sollsignal SB_soll um ein Einspritzbeginn-Sollsignal und bei dem Istsignal SB_ist um ein Einspritzbeginn-Istsignal.

In dem aufgezeigten Regelsystem zur Kraftstoffein­ spritzung wird die Reglerstrecke 3 von einer der Brennkraftmaschine zugeordneten Einspritzpumpe ge­ bildet. Die einzelnen Pumpen einer Baureihe unter­ liegen nicht vermeidbarer Toleranzen. Die Verhält­ nisse sind nun derart gewählt, daß bei einem nicht toleranzbehafteten Exemplar die Verstärkung der Vorsteuerung 8 der umgekehrten mittleren Strecken­ verstärkung der Reglerstrecke 3 entspricht. Bei einer mittleren Verstärkung weist der I-Anteil des PI-Reglers 4 unter der Annahme des toleranzfreien Exemplars den Wert "0" auf. Bei toleranzbehafteten Exemplaren wird die Toleranz durch den PI-Regler 4 ausgeglichen. Der I-Anteil ist ein Maß für die To­ leranz.

Im nachfolgenden soll auf eine die Toleranzen ausgleichende Fehler­ korrektur eingegangen werden. Hierzu sei die Fig. 2 herangezogen, die auf der Ordinate eines kartesischen Koordinatensystems den Spritzbeginn SB in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal 14 des Summationspunkts 13 auftretenden Signals I aufweist. Als Spritz­ beginn wird dabei vorzugsweise der gemessene Spritzbeginn SB_ist aufgetragen.

Die linke Kennlinie gibt die Abhängigkeit des Spritzbeginns vom Signal I für eine toleranzfreie Strecke an. Die rechte Kennlinie zeigt die Abhängigkeit für ein toleranzbehaftetes Exemplar. Betrach­ tet man nun einen bestimmten Wert für den Spritzbeginn, so ergibt sich eine Abweichung bei dem Signal I zwischen den toleranzfreien und den toleranzbehafteten Systemen. Diese Abweichung kann in einen additiven und in einen multiplikativen Fehler aufgespalten werden.

Hierzu ist gemäß Fig. 2 ein Einstellpunkt (SB₀, I₀) anzufahren, der etwa in der Mitte des Regelbereichs liegt. Hierdurch ist das bereits erwähnte erste Abweichungssignal A be­ stimmbar. Um den multiplikativen Fehler zu ermit­ teln, wird eine Einstellung im Bereich eines der Anschlagpunkte (zum Beispiel SB_x angefahren), wo­ durch sich eine Abweichung ergibt, die sich aus dem ersten Abweichungssignal A und dem bereits genann­ ten zweiten Abweichungssignal M zusammensetzt. Letzteres entspricht dem erwähnten multiplikativen Fehler.

Bei der Ermittlung des ersten Abweichungssignals A und des zweiten Abweichungssignals M müssen fol­ gende Randbedingungen eingehalten werden:

Die mechanische Reibung der Bauteile und Baugruppen der Einspritzpumpe sollte vernachlässigbar klein sein, also etwa im Bereich um den Wert "0" liegen. Dazu ist eine Mindestdrehzahl der Brennkraft­ maschine anzustreben, das heißt, die Drehzahl n sollte größer als eine Grenzdrehzahl n_Grenz sein.

Auch die Einspritzmenge sollte einen Mindestwert überschreiten, das heißt, sie ist größer als ein Einspritzmengengrenzwert Q_Grenz.

Der Mittelwert der Regelabweichung sollte im Be­ reich von ungefähr "0" liegen und das für eine Zeit 10 Sekunden, das heißt, es ist ein stationärer Zustand anzustreben.

Unter diesen Voraussetzungen lassen sich Mittel­ werte für das erste und das zweite Abweichungs­ signal A, M nach den Gleichungen

ermitteln.

Abweichungs-Zwischenwerte, das heißt, also Werte die zwischen den beiden Anschlagpunkten des Regel­ kreises liegen, können vorzugsweise durch Inter­ polation, insbesondere lineare Interpolation ermit­ telt werden, so daß für den jeweils vorliegenden Regler-Betriebspunkt die Abweichungen bestimmt wer­ den können.

Zur Korrektur dieser Abweichungen werden das erste Abweichungssignal A und das zweite Abweichungs­ signal M entsprechend dem jeweils vorliegenden Reg­ ler-Betriebspunkt dem Regelsystem zugeführt. Dies erfolgt für das erste Abweichungssignal A, das einen additiven Fehler repräsentiert, durch Ein­ speisung in die Summationsstelle 10. Zum Ausgleich des multiplikativen Fehlers wird eine multiplika­ tive Einspeisung des zweiten Abweichungssignals M vorgenommen, indem dieses - wie bereits beschrieben - der Multiplikationsstelle 15 als Eingangsgröße zu­ geführt wird.

Sowohl vor dem Umschalten von Regelung auf Steuerung, als auch vor dem Abschalten des Steuergeräts oder der Brennkraftmaschine werden die letzten ermittelten Abweichungssignale A und M in dem Speicher 45 dauerhaft abgespeichert. Somit stehen diese Werte beim Wiederein­ schalten der Regelung und beim Start unmittelbar wieder zur Verfü­ gung. Die Korrektur der Abweichung mittels der Abweichungssignale A und M erfolgt in allen Betriebszuständen insbesondere auch während des Startvorgangs. Durch diese Vorgehensweise werden die Toleranzen des Regelkreises schon beim Start berücksichtigt. Somit lassen sich das Startverhalten sowie die Emissionswerte beim Start verbessern.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß bei jeder Neuberech­ nung der Abweichungssignale A und M diese unmittelbar abgespeichert werden. Sie stehen dann ständig zur Verfügung. Somit ist auch ge­ währleistet, daß bei einem unvorhergesehenen Ausfall der Anlage diese Werte erhalten bleiben.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen läßt sich so­ mit im gesteuerten (Vorsteuerung 8) und geregelten (PI-Regler 4) Fall eine große Dynamik erzielen, wo­ bei eine Korrektur der sich auf Grund von Toleranzen einstellenden Fehler vorgenommen ist.

Claims (15)

1. Verfahren zum Betreiben eines Regelsystems, insbesondere für die Kraftstoffeinspritzung einer Brennkraftmaschine, bei dem beim Auftreten von Ab­ weichungen eine Fehlerkorrektur erfolgt und bei dem parallel zu einem Regler ein Steuerglied als Vor­ steuerung betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Abweichungssignal (A) etwa in der Mitte des Regelbereichs und ein zweites Abwei­ chungssignal (M) im Bereich eines der Anschlag­ punkte des Regelbereichs ermittelt wird und daß die ermittelten Abweichungen entsprechend dem jeweils vorliegenden Regler-Betriebspunkt als Korrektur in das Regelsystem (1) eingespeist werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Regler (2) ein PI-Regler (4) ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ab­ weichungssignal (A) einen additiven Fehler und das zweite Abweichungssignal (M) einen multiplikativen Fehler repräsentiert.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem addi­ tiven Fehler zugeordnete Abweichung additiv und die dem multiplikativen Fehler zugeordnete Abweichung multiplikativ in das Regelsystem (1) eingespeist werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ab­ weichungssignal (A) auf eine Summationsstelle (10) am Ausgang (9) der Vorsteuerung (8) geführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ab­ weichungssignal (M) auf eine Multiplikationsstelle (15) am Eingang (17) einer Reglerstrecke (3) des Regelsystems (1) geführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Anschlagpunkten des Regelkreises liegenden Ab­ weichungs-Zwischenwerte entsprechend den jeweils vorliegenden Regler-Betriebspunkt durch Interpola­ tion, insbesondere lineare Interpolation, ermittelt und dem Regelsystem (1) zugeführt werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstär­ kung der als P-Glied ausgebildeten Vorsteuerung (8) der umgekehrten mittleren Streckenverstärkung ent­ spricht.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der PI-Regler (4) als Eingangssignal das Ausgangssignal eines Summenpunkts (6) erhält, auf den mit positivem Vor­ zeichen ein Sollsignal (SB_soll) und mit negativem Vorzeichen ein vom Ausgang (18) der Reglerstrecke (3) kommendes Istsignal (SB_ist) geführt ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sollsignal (SB_soll) ein Einspritzbeginn-Sollsignal und das Istsignal (SB_ist) ein Einspritzbeginn-Istsignal einer Kraftstoffeinspritzung einer Brennkraftma­ schine, vorzugsweise einer selbstzündenden Brenn­ kraftmaschine, ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsteue­ rung (8) als Eingangssignal das Sollsignal (SB_soll) erhält.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (9) der Vorsteuerung (8) und der Ausgang des PI- Reglers (4) jeweils mit positivem Vorzeichen einem Summationspunkt (13) als Eingangsgrößen zugeleitet werden.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regler­ strecke (3) von der Einspritzpumpe einer Brenn­ kraftmaschine gebildet ist.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sollsignal (SB_soll) ein Kennfeldwert ist, der aus Betriebspa­ rametern der Brennkraftmaschine gebildet wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und/oder das zweite Abweichungssignal (A, M) in einem nicht flüchtigen Speicher (45) abgelegt werden.