DE4405340A1

DE4405340A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Einstellung der Drehzahl einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs im Leerlauf

Info

Publication number: DE4405340A1
Application number: DE19944405340
Authority: DE
Inventors: Hong Zhang
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-02-19
Filing date: 1994-02-19
Publication date: 1995-08-24
Anticipated expiration: 2014-02-20
Also published as: FR2716417A1; JPH07257219A; JP3759975B2; DE4405340B4; FR2716417B1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung der Drehzahl einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs im Leerlauf gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentan sprüche.

Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-OS 33 11 550 (US-Patent 4 592 321) be kannt. Dort wird zur Einstellung der Drehzahl einer Antriebsein heit im Leerlauf die Leerlaufdrehzahl der Antriebseinheit gere gelt eingestellt. Zur Entlastung der Regelung ist eine sogenann te Vorsteuerung vorgesehen, welche in Abhängigkeit von Betriebs parametern wie Motortemperatur und Motordrehzahl einen oder meh rere die Regelung überbrückende Einstellwerte, sogenannte Vor steuerwerte, für die Leerlaufdrehzahl ermitteln. Mit diesen Vor steuerwerten wird die Stellgröße des Regelkreis zwischen Regel strecke und Regler beaufschlagt. Die erwünschte Entlastung des Reglers wird durch diese Vorsteuerung jedoch nur teilweise er reicht. Die Vorsteuerwerte repräsentieren bei dieser bekannten Regelung einem Grundluftmassenstrom zu einer Brennkraftmaschine, während der Regler einen Korrekturluftmassenstrom zu diesem Grundluftmassenstrom liefert. Da die Vorsteuerwerte lediglich in Abhängigkeit ausgewählter Betriebsparameter gebildet werden, muß der Regler entweder weiterhin kleine Drehzahldifferenzen, insbe sondere stochastische und durch eine Abgasregelung verursachte Schwankungen der Motordrehzahl ausregeln, oder den falschen Vor steuerungswert bei unterschiedlicher Soll-Leerlauf-Drehzahl (z. B. bei niedriger Motortemperatur) ausregeln.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, mit de ren Hilfe die Entlastung eines Regler in einem geschlossenen Re gelkreis bei der Einstellung der Drehzahl einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs im Leerlauf weiter verbessert werden kann.

Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentanspruche erreicht.

Aus der DE-OS 43 04 779 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung der Drehzahl einer Antriebseinheit im Leerlauf bekannt, bei welcher abhängig von den Belastungen der Antriebs einheit das von dieser auf zubringende Drehmoment, bei einer Brennkraftmaschine vorzugsweise das indizierte Motormoment (= das direkt durch die Verbrennung erzeugte Drehmoment), berechnet wird. Dazu wird in Abhängigkeit von Belastungsgroßen, wie dem Status von Nebenverbrauchern (Klimaanlage, Servolenkung, etc.), der Motordrehzahl, der Motortemperatur und/oder der eingelegten Getriebeübersetzung ein Vorsteuerwert für das auf zubringende Mo ment berechnet. Dieser gibt einen Grundwert für das Drehmoment an, welcher durch einen Leerlaufdrehzahlregler entsprechend der Differenz zwischen Soll- und Istdrehzahlwert korrigiert wird. Der Drehzahlregler berechnet dabei auf der Basis der Drehzahlab weichung gemäß einer vorgegebenen Regelstrategie ein Korrektur moment für den Grundwert. Der berechnete und korrigierte Soll wert für das auf zubringende Drehmoment der Antriebseinheit wird beim bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine durch Einstellen der der Brennkraftmaschine zugeführten Luft, der Kraftstoffmenge und/oder des Zündwinkels (beim Otto-Motoren) oder der Kraftstoffmenge (bei Dieselmotoren) eingestellt. Auch bei dieser Vorgehensweise tritt das oben dargestellte unbefrie digende Verhalten in Bezug auf stochastische oder durch die Ab gasregelung verursachte Schwankungen der Motordrehzahl auf.

Vorteile der Erfindung

Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise wird in vorteilhafter Weise die Drehzahl der Antriebseinheit bei kleinen Drehzahldif ferenzen automatisch durch die Vorsteuerung stabilisiert, ohne daß der Regler einzugreifen braucht.

Dies führt insbesondere dazu, daß die stochastische oder durch eine Abgasregelung verursachte Schwankungen der Drehzahl automa tisch durch die Vorsteuerung reduziert wird, ohne daß die Dreh zahlregelung selbst eingreifen muß, da die Schwankungen bereits in der Vorsteuerung berücksichtigt werden.

Besonders vorteilhaft ist, daß die erfindungsgemäße Vorgehens weise sowohl im Zusammenhang mit einer Einstellung der Drehzahl auf der Basis von Luftmassenströmen als auch auf der Basis des Drehmoments der Antriebseinheit angewendet werden kann.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispie len bzw. aus den abhängigen Ansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dar gestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 ein Übersichtsblockschaltbild einer Vorrichtung zur Einstel lung der Drehzahl einer Antriebseinheit, während in Fig. 2 die erfindungsgemäße Vorgehensweise als Realisierung eines Rechner programms am Beispiel eines Flußdiagramms für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel skizziert ist.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 mit einer im Luftan saugsystem 12 angeordneten Drosselklappe 14 dargestellt. Die Drosselklappe 14 ist über eine mechanische Verbindung 16 mit ei nem Antriebsmotor 18 verbunden, dem eine Leitung 20 von einer elektronischen Steuereinheit 22 zugeführt ist. Ferner verfügt die Brennkraftmaschine 10 über ein oder mehrere Einspritzventile 24 sowie über Einrichtungen 28 zur Zündungseinstellung, welche über Leitungen 26 bzw. 30 mit der Steuereinheit 22 verbunden sind. An einer Welle 32 der Brennkraftmaschine 10 (vorzugsweise die Kurbelwelle) ist eine Meßeinrichtung 34 zur Erfassung der Drehzahl vorhanden, von der eine Leitung 36 zur Steuereinheit 22 führt. Ferner sind Meßeinrichtungen 38 bis 40 für nachstehend erläuterte Betriebsgroßen der Brennkraftmaschine und/oder des Fahrzeugs vorgesehen. Sie sind über Leitungen 42 bis 44 mit der Steuereinheit 22 verknüpft.

Neben der bevorzugt dargestellten Otto-Brennkraftmaschine kann es sich auch um eine Dieselbrennkraftmaschine handeln, bei wel cher im wesentlichen Maßnahmen zur Beeinflussung der Kraftstoff zumessung vorhanden sind. Ferner kann es sich auch um ein alter natives Antriebskonzept, beispielsweise um einen Elektromotor handeln, bei dem im Leerlauf eine bestimmte Ausgangsleistung, ein bestimmtes Drehmoment oder eine bestimmte Drehzahl aufrecht erhalten wird.

Zur Einstellung der Drehzahl im Leerlauf werden in der Steuer einheit 22 durch die bekannte Vorsteuerung Vorsteuerwerte in Ab hängigkeit von Betriebsgrößen wie Motortemperatur, Motordreh zahl, Soll-Leerlaufdrehzahl, Status von Nebenverbrauchern (z. B. Klimaanlage oder Servolenkung), abhängig vom eingelegten Gang, etc. aus vorbestimmten Kennlinien und Kennfeldern gebildet. Die Vorsteuerwerte repräsentieren jeweils den Beitrag der entspre chenden Betriebsgröße zum zuzuführenden Luftmassenstrom bzw. zum auf zubringenden Drehmoment zur Aufrechterhaltung der Drehzahl im Leerlauf. Die Summe der Vorsteuerwerte repräsentiert somit einen Grundluftmassenstrom bzw. ein Grunddrehmoment. Dieser Grundwert wird durch den Korrekturwert des Reglers korrigiert. Dazu wird in der Steuereinheit 22 eine Solleerlaufdrehzahl abhängig von Betriebsgrößen wie Motortemperatur, Batteriespannung, etc. auf grund vorgegebener Kennfelder oder Tabellen gebildet. Diese Solleerlaufdrehzahl wird mit der von der Meßeinrichtung 34 er faßten Istdrehzahl in Beziehung gesetzt und die Abweichung der Istdrehzahl von der Solldrehzahl gemäß einer vorgegebenen Reg lerstrategie (z. B. PID) in eine einen Korrekturluftmassenstrom oder ein Korrekturdrehmoment darstellende Größe umgesetzt. Durch Verknüpfung (vorzugsweise den Addition) des Korrekturwerts und des Grundwerts wird eine Stellgröße (Ansteuersignal) zur Einstel lung von Leistungsparametern Brennkraftmaschine gebildet. Die Stellgröße wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel über die Leitung 20 an den Antriebsmotor 18 zur Einstellung der Drossel klappe 14 abgegeben. Repräsentieren die Werte Luftmassenströme, so stellt die Stellgröße direkt den einzustellenden Drosselklap penwinkel dar, repräsentieren sie Drehmomente, wird zur Bildung des einzustellenden Drosselklappenwinkels neben der Stellgröße noch die Motordrehzahl berücksichtigt. In anderen Ausführungs beispielen wird neben der Beeinflussung der Luftzufuhr, Kraft stoffzumessung und/oder Zündzeitpunkt beeinflußt.

Die Vorsteuerwerte sind derart experimentell bestimmt und bemes sen, daß bei einer Änderung der der Vorsteuerwerte zugrundelie genden Betriebsgrößen kein Eingreifen des Reglers zum Aufrecht erhalten der Solleerlaufdrehzahl notwendig ist. Durch stochasti sche Einwirkungen oder durch eine Abgasregelung entstehen Schwankungen in der Drehzahl, durch die Vorsteuerung nicht aus geglichen werden können. Es bleiben somit kleine Drehzahldiffe renzen, welche vom Regler ausgeregelt werden müssen.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise zur weitgehenden Vermeidung dieser Reglereingriffe basiert auf folgenden Grundgedanken.

Zur Stabilisierung des Leerlaufs ist von dem Motor eine be stimmte Leistung Pmot, vorzugsweise eine indizierte Leistung, ab zugeben, das heißt es besteht ein bestimmter Leistungsbedarf Pmot. Daher wird durch einen Leerlaufdrehzahlregler in Abhängig keit von der Differenz zwischen Soll- und Istdrehzahlwert eine Korrektur dP für einen Grundwert Pmot0 für die Leistung, der die Belastung der Antriebseinheit repräsentiert, berechnet:

Pmot = Pmot0 + dP (1)

Dabei gilt für dP:

dP = dmllr _* (f1_*nmot)

(dmllr: Momentenkorrekturwert des Leerlaufreglers)
und für Pmot0 (Vorsteuerung):

Pmot0 = mind0 _* (fl_*nsoll)

(mind: indiziertes Moment, nsoll: Leerlaufsolldrehzahl, nmot Mo tordrehzahl, f1: Faktor).

Der Vorsteuerwert mind0 für das indizierte Motordrehmoment im Leerlauf für ein Fahrzeug mit automatischem Getriebe und Klima anlage ergibt sich aus folgendem Zusammenhang:

mind0 = mgang(nab) + mverl(Tmot, nsoll) + mklima

(mgang: Momentenbedarf des Wandlers, mverl: Momentenbedarf durch innere Reibung, mklima: Momentenbedarf der Klimaanlage, nab: Ab triebsdrehzahl, Tmot: Motortemperatur).

Arbeitet das System auf der Basis von Luftmassenströmen, so gel ten die entsprechende Zusammenhänge, wobei der Vorsteuerungswert des Luftmassenstroms direkt proportional zu Pmot0 berechnet wird.

Aus den obigen Zusammenhängen ergibt sich dann für den im Leer lauf auftretenden Leistungsbedarf der Antriebseinheit zu:

Pmot = mindsoll _* (f1_*nmot)

und für das einzuestellende Motordrehmoment:

mindsoll = mind0 _* (nsoll/nmot) + dmllr

Aufgrund dieses Sollwertes für das indizierte Motormoment und der Motordrehzahl wird dann ein Solldrosselklappenöffnungswinkel berechnet.

Kerngedanke der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist also, daß im Leerlauf die Einstellung der Drehzahl über eine Bestimmung und Einstellung des Leerlaufleistungsbedarf erfolgt, das heißt eine Einstellung der zur Kompensation von Belastungen und zur Kompensation von Drehzahlschwankungen notwendigen Motorleistung abhängig von nsoll. Die Einstellung des Leistungsbedarfs erfolgt über eine Einstellung eines Sollwerts für das indizierte Motor moment oder für den Luftmassenstrom durch Beeinflussung von Luftzufuhr (Drosselklappe), Kraftstoffzumessung und/oder Zün dung. Ein weiterer Kerngedanke ist, daß zur Verbesserung der Drehzahleinstellung im Leerlauf die oder der Vorsteuerwert mit einem Maß für die Abweichung der Istdrehzahl von der Solldreh zahl modifiziert wird. Dieses ist im bevorzugten Ausführungsbei spiel das Verhältnis aus Solldrehzahl und Istdrehzahl, kann in anderen Ausführungen aus direkt die Differenz zwischen Soll- und Istdrehzahl oder ein geeignet gewichtetes Produkt aus Solldreh zahl und Istdrehzahl sein. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Vorsteuerwert mit dem Drehzahlverhältnis multipliziert. Ebenso vorteilhaft kann es in anderen Ausführungen sein, die die Abweichung zwischen Soll- und Istdrehzahl beschreibende Größe durch Addition, Subtraktion oder Quotientenbildung mit dem Vor steuerwert zu verknüpfen. Dies stellt ferner eine bevorzugte Realisierung der Ermittlung und Einstellung des Leerlauflei stungsbedarfs dar.

In Fig. 2 ist die Realisierung der erfindungsgemäßen Vorgehens weise als Rechnerprogramm anhand eines Flußdiagramms am Beispiel einer Drehzahleinstellung im Leerlauf im Rahmen einer Regelung der Motorleistung auf der Basis der Berechnung des einzustellen den indizierten Motormoments gezeigt.

Nach Start des Programmteils werden in einem ersten Schritt 100 die Betriebsgrößen Motordrehzahl nmot, Motortemperatur Tmot, Status der Klimaanlage (Klima) oder einer Servolenkung, etc. so wie gegebenenfalls Abtriebsdrehzahl nab eingelesen. Daraufhin wird im Schritt 101 auf der Basis von Betriebsgrößen wie Motor temperatur und Batteriespannung aus vorgegebenen Kennfeldern oder Tabellen die Solldrehzahl nsoll und im Schritt 102 das Ver lustmoment mverl aus einem vorbestimmten Kennfeld in Abhängig keit der Motortemperatur und der Motordrehzahl bestimmt. Dieses Verlustmoment berücksichtigt die Reibungsverluste im Mo tor. Im darauffolgenden Schritt 104 wird bei eingeschalteter Klimaanlage der Drehmomentenbedarf der Klimaanlage mklima aus einer vorbestimmten Tabelle berechnet (entsprechend bei einer Servolenkung oder anderen Verbrauchern). Im Schritt 106 wird bei eingelegter Fahrstufe im Leerlauf auf der Basis der Abtriebs drehzahl der Momentenbedarf des automatischen Getriebes mgang bestimmt. Daraufhin wird im Schritt 108 der Vorsteuerwert mind0 für das indizierte Drehmoment als Summe aus Verlustmoment, Ver brauchsmoment und Gangmoment berechnet. Im folgenden Schritt 112 wird das Verhältnis zwischen Solldrehzahl und Istdrehzahl nmot berechnet. Daraufhin wird im Schritt 114 der Vorsteuerwert mind0 mit dem Verhältnis zwischen Soll- und Istdrehzahl modifiziert und so ein modifiziertes Vorsteuerwert mvorst gebildet. Im Schritt 116 wird der Korrekturwert des Drehzahlreglers für das Motormoment dmllr gemäß einer vorgegebenen Regelstrategie auf grund der Abweichung zwischen Soll- und Istdrehzahlwert berech net und im Schritt 118 der Sollwert für das indizierte Motormo ment mindsoll auf der Basis des modifizierten Vorsteuerwerts und des Korrekturwerts berechnet.

Daraufhin wird im Schritt 120 auf der Basis der Motordrehzahl und des Momentensollwertes der einzustellende Drosselklappenwin kel bestimmt und ausgegeben. Alternativ bzw. ergänzend hierzu kann auch die Einspritzzeit ti sowie der Zündwinkel Z bestimmt werden. Danach wird der Programmteil beendet.

Diese Realisierung führt gemäß den oben angegebenen Gleichungen zur Ermittlung und Einstellung des Leistungsbedarfs der An triebseinheit im Leerlauf über eine Drehzahlregelung mit Vor steuerung derart, daß der Drehzahlregler möglichst wenig ein greift.

Neben der Darstellung über Momentenbeiträge wird in anderen Aus führungsbeispielen die Vorsteuerung auf der Basis von Beiträgen zum Luftmassenstrom berechnet. Hier wird der von der Vorsteue rung gebildete Grundluftmassenstrom entsprechend mind0 × nsoll durch die Solldrehzahl und bestimmt, so daß stochastische Ände rungen und andere Schwankungen der Motordrehzahl bereits durch die Vorsteuerung geeignet berücksichtigt werden und vom Regler nicht ausgeregelt werden müssen.

Claims

1. Verfahren zur Einstellung der Drehzahl einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs im Leerlauf,

- wobei abhängig von Betriebsgrößen wenigstens ein Vorsteuerwert gebildet werden,
- wobei eine Solleerlaufdrehzahl vorgegebenen wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Solldrehzahl auf der Basis einer Regelung der Istdrehzahl auf die Solldrehzahl sowie auf der Basis des wenigstens einen Vorsteuerwerts eingestellt wird,
- dieser wenigstens eine Vorsteuerwert abhängig von der Soll drehzahl berechnet wird bzw. abhängig von der Abweichung der Istdrehzahl von der Solldrehzahl modifiziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung der Istdrehzahl von der Solldrehzahl durch das Ver hältnis der Solldrehzahl zur Istdrehzahl (nsoll/nmot) beschrie ben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsteuerwerte ein Maß für das einzustellende indizierte Motor moment darstellen und der Drehzahlregler ein Korrekturmoment er mittelt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsteuerwerte einen Grundluftmassenstrom für die Brennkraftma schine angeben und der Drehzahlregler eine Korrektur des Luft massenstroms abhängig von der Abweichung zwischen Soll- und Ist drehzahl bestimmt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem durch das Verhältnis zwischen Solldrehzahl und Istdrehzahl modifizierte Vorsteuerwert und dem Korrekturwert des Drehzahl reglers ein Sollwert für das indizierte Motormoment bestimmt wird, wobei der Sollwert für das indizierte Motormoment unter Berücksichtigung der Motordrehzahl in einen Drosselklappensoll winkel umgerechnet wird, der Sollwert für Luftmassenstrom direkt einen Sollwinkel darstellt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modifikation des wenigstens einen Vorsteuerwerts durch eine Re chenoperation (Multiplikation, Addition, etc.) mit der die Ab weichung zwischen Soll- und Istdrehzahl beschreibende Größe durchgeführt wird.

7. Verfahren zur Einstellung der Drehzahl einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs im Leerlauf,

- wobei abhängig von wenigstens einer Betriebsgröße wenigstens ein Vorsteuerwert gebildet wird,
- wobei eine Solleerlaufdrehzahl vorgegebenen wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Solleeraufdrehzahl auf der Basis einer Regelung einge stellt wird,
- diese Regelung zusammen mit dem wenigstens einen Vorsteuerwert den Leistungsbedarf der Antriebseinheit ermittelt und einstellt.

8. Vorrichtung zur Einstellung der Drehzahl einer Antriebsein heit eines Fahrzeugs im Leerlauf,

- mit Mitteln zur Bestimmung von wenigstens einem Vorsteuerwert in Abhängigkeit wenigstens einer Betriebsgröße,
- mit Mitteln zur Vorgabe eines Solldrehzahlwertes,
- mit einem Regler, welcher in Abhängigkeit der Abweichung der Solldrehzahl von der Istdrehzahl des wenigstens einen Vorsteuer werts korrigiert,
- und der zusammen mit dem wenigstens einen Vorsteuerwert die Drehzahl auf die Solldrehzahl führt,

dadurch gekennzeichnet, daß

- Mittel vorgesehen sind, welche den wenigstens einen Vorsteuer wert abhängig von der Solldrehzahl bestimmen bzw. abhängig von der Abweichung zwischen Solldrehzahl und Istdrehzahl modifizie ren.