DE4446859B4

DE4446859B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Kraftfahrzeugsteuerung

Info

Publication number: DE4446859B4
Application number: DE4446859A
Authority: DE
Inventors: Toshimichi Naka Minowa; Satoshi Hitachinaka Kuragaki; Junichi Coveside Cle Ishii
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2014-12-28
Also published as: DE4446859A1

Abstract

Vorrichtung zur Steuerung eines Luft-/Kraftstoffverhältnisses eines Kraftfahrzeugmotors (39) zum Vermindern einer Drehmomentschwankung, die mit einer Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses in Verbindung mit einer Änderung einer Fahrumgebung und/oder einer Änderung eines Betriebszustands zusammenhängt, mit
– einer Steuereinrichtung (41),
– mindestens einem Sensor (1) zum Aufnehmen von Signalen einer äußeren Umgebung des Kraftfahrzeugs, wie zumindest einer Straßensteigung und/oder eines Verkehrsaufkommens,
– einem Bestimmungssystem (2) zum Bestimmen einer Fahrumgebung anhand der von dem Sensor (1) aufgenommenen Signale, und
– einem Schaltsystem (4) zum Auswählen eines entsprechend der geänderten Fahrumgebung korrigierten Luft-/Kraftstoffverhältnisses aus einer Speichereinrichtung (3, 7) zum Speichern korrigierter Luft-/Kraftstoffverhältnisse, wobei das aktuelle Luft-/Kraftstoffverhältnis durch Berechnen einer Kraftstoffmenge aufgrund des ausgewählten korrigierten Luft-/Kraftstoffverhältnisses und Ausgeben der berechneten Kraftstoffmenge an ein Kraftstoffeinspritzventil (10) von dem Schaltsystem (4) während zumindest eines instationären Betriebszustands in das ausgewählte korrigierte Luft-/Kraftstoffverhältnis geändert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren für ein Kraftfahrzeug, und insbesondere eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren für ein Kraftfahrzeug zur wirkungsvollen Steuerung einer Motorkraftübertragung anhand verschiedener Informationen, wie eines Fahrzustands bzw. einer Fahrumgebung des Kraftfahrzeugs und ähnlichem.

Ein bekanntes, herkömmliches Steuersystem, wie beispielsweise in dem offengelegten japanischen Patent Nr. Sho 62-12623 offenbart, bestimmt zum Schaffen einer Kompatibilität zwischen einem Kraftstoffverbrauch und einem Fahrverhalten entsprechend einer Änderung eines Betriebszustands, d.h. einer Änderung einer Motorlast (eines Drucks in dem Ansaugrohr, eines Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensorsignals oder ähnlichem), und einer Änderung einer Motordrehzahl einen Betriebsbereich und liest einen Soll-Luft-/Kraftstoffverhältniswert, der für jeden Betriebsbereich eingestellt wurde, wodurch das Luft-/Kraftstoffverhältnis eines Motors geändert wird.

Wenn, wie bei der herkömmlichen Technik, das Soll-Luft-/Kraftstofverhältnis mit der Motorlast und der Motordrehzahl als Parameter geändert wird, wird ein stationärer Zustand in einen weiteren stationären Zustand geändert. Die Kraftstoffmenge wird dann bei der Beschleunigung des Fahrzeugs geändert, wodurch eine Drehmomentschwankung erzeugt wird. Dies erzeugt ein befremdendes Gefühl bei dem Fahrzeugführer, da die Kraftstoffmenge bei der Beschleunigung geändert wird. Wenn kein NOx-Verringerungs-Kathalysator verwendet wird, ändert sich ferner das Luft-/Kraftstoffverhältnis erheblich von einem Luft-/Kraftstoffverhältnis von 14,7, welches das theoretische Gemischverhältnis ist, zu einem Luft-/Kraftstoffverhältnis von ca. 24 zur Verringerung einer Ausstoßmenge an NOx, wodurch die Drehmomentschwankung weiter gesteigert wird.

Die Druckschrift "DEZ Automobiltechnische Zeitschrift 94 (1992) 9, S. 428 – 436" zeigt eine adaptive Getriebesteuerung zur Anpassung der Gangwahl an ein individuelles Fahrerverhalten.

Die DE 42 01 142 A1 zeigt eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Steuereinrichtung auf Grundlage von Signalen eines Fahrzeug-Navigationssystems. Mit dieser Steuereinrichtung soll die Fahrzeuggeschwindigkeit automatisch gesteuert werden, wenn das Fahrzeug in eine Kurve hinein fährt.

Die DE 41 38 822 A1 zeigt ein Gerät zur Erfassung des Fahrwiderstands eines Fahrzeugs, das den Fahrwiderstand eines Fahrzeugs ohne Beeinträchtigung durch die Laufbedingungen erfassen soll.

Die DE 33 25 713 A1 betrifft eine Abstandsregelungsanlage für Kraftfahrzeuge, die eine ungewollte Vollbremsung durch die Abstandsregelungsanlage verhindern soll. Diese Druckschrift zeigt, dass Signale einer äußeren Umgebung durch bei spielsweise ein Abstandsradar erfasst werden und die Drosselklappe und somit auch das Luft-/Kraftstoffverhältnis dementsprechend geregelt werden.

Die DE 38 07 758 A1 betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln, ob eine Kraftfahrzeug sich beim Starten auf einer ansteigenden Straße befindet. Dabei wird das Vorhandensein einer Straßensteigung ausschließlich aus fahrdynamischen Daten und Zeitabläufen ermittelt.

Die DE 36 34 301 C2 betrifft ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer vorhandenen Fahrhilfe, wie beispielsweise ABS, ASR oder einem Abstandsbegrenzungssystem, wobei dem Fahrer trotzdem noch immer eine gewisse Handlungsfähigkeit belassen werden soll, um so die vorhandenen automatisch arbeitenden Regelsysteme durch gezielte Maßnahmen überwinden zu können.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Luft-/Kraftstoffverhältnisses zu schaffen, die durch eine Verminderung von Drehmomentschwankungen, die bei einer Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses bei dem Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs auftreten, eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs mit einem guten Fahrverhalten zu vereinbaren.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele bzw. Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.

Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, daß die Daten, wie das Luft-/Kraftstoffverhältnis oder ähnliches, stets unter Berücksichtigung der Fahrumgebung bei einem instationären Zustand, einer Geschwindigkeitsänderung, einem Anhalten, einem Leerlauf, einer Betätigung eines Schalthebels und ähnlichem geschaltet werden. Daher kann jedes unangenehme Gefühl für den Fahrer aufgrund der zusammen mit der Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses auftretenden Drehmomentschwankung beseitigt werden. Dementsprechend können sowohl eine Verringerung der tatsächlichen Kraftstoffkosten als auch eine Förderung des Fahrverhaltens erzielt werden.

Eine genaue Erläuterung erfolgt im folgenden anhand der Zeichnungen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung:
1 ist ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Steuersystems;
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel des Aufbaus eines bestimmten Steuersystems gemäß der Ausführungsform nach 1 veranschaulicht;
3 ist ein Blockdiagramm, bei dem die Steuerung einer Luftströmungsmenge zu dem in 2 dargestellten Kraftstoffsteuersystem hinzugefügt wird;
4 ist ein Planungsdiagramm, das ein bestimmtes Beispiel der Schaltung eines Luft-/Kraftstoffverhältnisses veranschaulicht;
5 veranschaulicht ein Beispiel eines Korrekturtabellendiagramms eines Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnisses;
6 ist ein Steuerungsablaufdiagramm, das die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung für ein in einem Stau fahrendes Kraftfahrzeug veranschaulicht;
7 ist ein Steuerungsablaufdiagramm, das das der 6 fortsetzt;
8 ist ein Steuerungsablaufdiagramm, das die Funktionsweise der Steuerung einer Luftströmungsmenge veranschaulicht;
9 ist ein Planungsblockdiagramn, das einen Aufbau der vorliegenden Erfindung in einem Kraftfahrzeug veranschaulicht;
10 ist ein Steuerungsablaufdiagramm, das die Funktionsweise einer Schaltsteuerung für das Luft-/Kraftstoffverhältnis veranschaulicht;
11 ist ein Steuerungsablaufdiagramm, das die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung für ein unter den überlappenden Bedingungen eines Staus und/oder einer aufwärts oder abwärts verlaufenden Schräge fahrendes Kraftfahrzeug veranschaulicht; und
12 ist ein Wechselbeziehungsdiagramm, das ein Verhältnis zwischen der Straßensteigung in einem Stau und einem korrigierten Luft-/Kraftstoffverhältnis veranschaulicht.
1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuersystems. Zunächst werden Signale oder Bilder eines Sensors 1 für die äußere Umgebung zum Erfassen der Bedingungen einer äußeren Umgebung bei der Fahrt eines Kraftfahrzeugs in ein System 2 zur Bestimmung der Fahrumgebung in einer Steuereinrichtung 41 eingegeben. Das System 2 zur Bestimmung der Fahrumgebung bestimmt entsprechend den von dem Sensor 1 für die äußere Umgebung erfaßten Signalen die aktuelle Fahrumgebung des Kraftfahrzeugs, beispielsweise eine Straßensteigung, einen Stau auf einer Straße und ähnliches, voraus. Als nächstes speichert eine Datenspeichervorrichtung 3 die zum Ändern einer Betriebscharakteristik entsprechend der Fahrumgebung verwendeten Daten. Ein Schaltsystem 4 wählt die Daten in der Datenspeichervorrichtung 3 auf der Grundlage der Umgebung, die von dem System 2 zur Bestimmung der Fahrumgebung bestimmt wurde. Ein Einrichtung 5 zum Berechnen einer Steuermenge berechnet auf der Grundlage der gewählten Daten eine Steuermenge und gibt die Steuermenge an ein Stellglied 6 aus, wodurch ein Steuerobjekt, wie der Motor, das Getriebe oder ähnliches, gesteuert wird.
2 ist ein bestimmtes Beispiel der in 1 dargestellten Ausführungsform. Wie in 1 werden Signale oder Bilder von dem Sensor 1 für die äußere Umgebung zum Erfassen der äußeren Umgebung bei der Fahrt eines Kraftfahrzeugs in das System 2 zur Bestimmung der Fahrumgebung eingegeben, und die aktuellen Fahrumgebungen, beispielsweise eine Straßensteigung, einen Stau auf einer Straße und ähnliches, werden entsprechend der äußeren Umgebung vorhergesagt. Als nächstes speichert eine Vorrichtung 7 zum Speichern korrigierter Luft-/Kraftstoffverhältnisse entsprechend mehreren Fahrumgebungsbedingungen korrigierte Luft-/Kraftstoffverhältnisse. Die korrigierten Luft-/Kraftstoffverhältnisse werden von dem Schaltsystem 4 geschaltet, und ein gewünschtes Luft-/Kraftstoffverhältnis eines Motors wird entsprechend der aktuellen Fahrumgebung erzielt. Ferner empfängt eine Einrichtung 8 zum Berechnen der Kraftstoffmenge Werte, die von der Vorrichtung 7 zum Speichern korrigierter Luft-/Kraftstoffverhältnisse und einer Einrichtung 9 zum Berechnen einer Grundkraftstoffmenge berechnet wurden. Die Grundkraftstoffmenge wird normalerweise durch eine Luftströmungsmenge und die Motordrehzahl berechnet. Die Endberechnung der Kraftstoffmenge wird durch Berechnen eines Korrekturkoeffizienten auf der Grundlage der Daten der Vorrichtung 7 zum Speichern korrigierter Luft-/Kraftstoffverhältnisse und Multiplizieren oder Addieren des Koeffizienten mit bzw. zu der Grundkraftstoffmenge ausgeführt. Ferner wird der berechnete Wert auf der Grundlage eines Referenzsignals der Motordrehzahl an das Kraftstoffeinspritzventil 10 ausgegeben.
3 ist ein Steuerungsblockdiagramm, nach dem die in 2 dargestellte Kraftstoffsteuerung ferner eine Luftströmungsmengensteuerung umfaßt. Die Steuerung des Kraftstoffeinspritzventils stimmt mit der der 2 überein. Ferner erfaßt eine Einrichtung 11 zum Berechnen eines Antriebswellen-Solldrehmoments Eingabesignale und berechnet unter Verwendung von Signalen der Benzinklappenöffnungsposition α, einer Fahrzeuggeschwindigkeit Vsp und ähnlichem ein von einem Antrieb benötigtes Antriebswellen-Solldrehmoment. Die Einrichtung 12 zum Berechnen eines Motor-Solldrehmoments berechnet unter Verwendung des Antriebswellen-Solldrehmoments, einer Drehmomentwandlercharakteristik des Getriebes, einer Motorcharakteristik und ähnlichem und ferner auf der Grundlage der Daten der Vorrichtung 7 zum Speichern korrigierter Luft-/Kraftstoffverhältnisse ein Motor-Solldrehmoment. Als nächstes berechnet eine Einrichtung 13 zum Berechnen einer Öffnungsposition der Drosselklappe auf der Grundlage des Motor-Solldrehmoments, der Motordrehzahl und ähnlichem eine Sollöffnungsposition für die Drosselklappe. Die Sollöffnungsposition wird an ein Steuerventil bzw. -glied 14 für die Drosselklappe ausgegeben, das durch einen Elektromotor oder ähnliches elektronisch gesteuert wird. Dementsprechend kann das Einbeziehen der Steuerung der Luftströmungsmenge durch die Luftströmungsmenge das Motordrehmoment korrigieren, das sich durch eine Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses ändert, wodurch das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs gefördert wird.
4 stellt ein besonderes Beispiel für das Schalten des Luft-/Kraftstoffverhältnisses dar. Beim Erfassen der äußeren Umgebung verwendet ein Verfahren zunächst äußere Infrastrukturinformationen wie von an den Straßen installierten Anzeigetafeln erhaltene Informationen oder von FM-Multiplexsender erhaltene Informationen. Als zweites erfaßt ein weiteres Verfahren unter Verwendung eines Erkennungssensors für die äußere Umgebung des Fahrzeugs, wie einer Fernseh- oder Videokamera, die innerhalb des Fahrzeugs vorgesehen ist, Informationen über die äußere Umgebung. Ein drittes Verfahren verwendet die verarbeiteten Daten und Betriebssignale eines Fahrzeugs (beispielsweise eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs, ein Ausgabewellendrehmoment etc.). Zum Erfassen der äußeren Umgebung können eine Kombination der oben beschriebenen Verfahren oder ein einzelnes Verfahren verwendet werden. Das zu verwendende Verfahren kann entsprechend der Erfassungsgenauigkeit und den Umständen der Anwendung bestimmt werden. Als nächstes wird die Fahrumgebung bestimmt. Dies umfaßt Informationen über die Straßensteigung wie aufwärts oder abwärts, ob ein Stau vorhanden ist, den stationären Zustand oder den Beschleunigungszustand auf einer Autobahn, eine Fahrsituation im Stadtverkehr und ähnliches. Diese Bedingungen der äußeren Fahrumgebung werden von dem Sensor für die äußere Umgebung bereitgestellt. Ferner wird beim Schalten des Luft-/Kraftstoffverhältnisses ein Luft-/Kraftstoffverhältnis gewählt. Das gewählte Luft-/Kraftstoffverhältnis erzielt entsprechend der Fahrumgebung eine Kompatibilität des Fahrverhaltens mit dem Kraftstoffverbrauch. Bei einer aufwärts verlaufenden Straßensteigung und einer Autobahnbeschleunigung erfordert das Luft-/Kraftstoffverhältnis beispielsweise ein reiches Gemischverhältnis von ca. 13. Der Grund hierfür ist eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß die maximale Motorleistung benötigt wird. Ferner wird bei einer abwärts verlaufenden Straßensteigung, einem Stau oder einem stationären Zustand auf einer Autobahn das Luft-/Kraftstoffverhältnis auf ein mageres Gemischverhältnis von ca. 24 festgelegt. Der Grund dafür ist, daß keine hohe Motorleistung erforderlich ist, wodurch eine erhebliche Verminderung der Kraftstoffkosten erreicht wird. Ferner wird bei einer normalen Fahrt in einem Stadtbereich oder ähnlichem das Luft-/Kraftstoffverhältnis bei dem theoretischen Gemisch von 14,7 festgelegt.
In 5 ist eine Korrekturtabelle für das Luft-/Kraftstoffverhältnis dargestellt, wobei die Motordrehzahl Nein der Abszisse und die Grundkraftstoffeinspritzbreite Tp in der Ordinate dargestellt ist. In dem Bereich einer niedrigen Motordrehzahl einschließlich des Leerlaufzustands und bei einer geringen Grundkraftstoffeinspritzbreite wird das Luft-/Kraftstoffverhältnis derart festgelegt, daß die Verbrennung stabilisiert wird. Wenn beispielsweise bessere Motoren entwickelt werden, können die Motoren durch ein magereres Gemisch angetrieben werden.
Die 6 und 7 sind Steuerungsablaufdiagramme, die die Funktionsweise des Steuersystems für ein Kraftfahrzeug darstellen, das in einem Stau auf einer Straße betrieben wird. Zunächst liest das Steuersystem in einem Schritt 15 einen Abstand Sf zu dem vorderen Fahrzeug, einen Abstand Sr zu dem hinteren Fahrzeug, eine Fahrzeuggeschwindigkeit Vsp, eine Grundkraftstoffeinspritzbreite Tp und eine Motordrehzahl Ne. In einem Schritt 16 berechnet die Funktion eine zeitbedingte Änderung ΔSf des Abstands zu dem vorderen Fahrzeug durch die folgende Gleichung (Gleichung 1): ΔSf = [Sf(n) – Sf(n–1)]/[T(n) – T(n–1)] (Gleichung 1)
In einem Schritt 17 berechnet die Funktion eine zeitbedingte Änderung ΔSr des Abstands zu dem hinteren Fahrzeug durch die folgende Gleichung (Gleichung 2): ΔSr = [Sr(n) – Sr(n–1)]/[T(n) – T(n–1)] (Gleichung 2)
In einem Schritt 18 berechnet die Funktion die Beschleunigung G des fahrenden Fahrzeugs durch die folgende Gleichung (Gleichung 3): G = [Vsp(n) – Vsp(n–1)]/[T(n) – T(n–1)] (Gleichung 3)
In einem Schritt 19 berechnet die Funktion die Durchschnittsgeschwindigkeit Vave des fahrenden Fahrzeugs durch die folgenden Gleichung (Gleichung 4): Vave(n) = [Vsp(n) + ... + Vsp(n–k)]/(k+1) (Gleichung 4)
Ferner fährt die Funktion in einem Schritt 20 eine Zählung zum Speichern der Durchschnittsgeschwindigkeit Vave(n–a) des Fahrzeugs für "a" vorhergehende Male aus. Dies bedeutet, daß die Funktion bestimmt, ob "x" mit "a" übereinstimmt. Wenn "x" nicht mit "a" übereinstimmt, addiert die Funktion in einem Schritt 21 1 zu "x" und fährt mit einem in 7 dargestellten Schritt 24 fort. Wenn "x" mit "a" übereinstimmt, ersetzt die Funktion die Durchschnittsgeschwindigkeit Vave(n–a) des Fahrzeugs von "a" vorhergehenden Malen in einem Schritt 22 durch Vave(n) und setzt in einem Schritt 23 "x" auf Null. Als nächstes bestimmt die Funktion in dem in 7 dargestellten Schritt 24, ob die zeitbedingte Änderung ΔSf des Abstands zu dem vorderen Fahrzeug, die anhand der Gleichung 1 berechnet wurde, nicht größer als beispielsweise 10 m/s ist. Dies bedeutet, wenn die zeitbedingte Änderung ΔSf groß ist, wird davon ausgegangen, daß das vorausfahrende Fahrzeug plötzlich gestartet wurde und daß eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, daß sich kein Fahrzeug vor dem vorausfahrenden Fahrzeug befindet. In einem Schritt 25 überprüft die Funktion die zeitbedingte Änderung des Abstands zu dem hinteren Fahrzeug wie in Schritt 24 und bestimmt, ob das fahrende Fahrzeug aufgrund des Staus zwischen dem vorderen und dem hinteren Fahrzeug eingeklemmt wird. In einem Schritt 26 vergleicht die Funktion die Beschleunigung G des fahrenden Fahrzeugs. Wenn die Vorwärtsrichtung beim Starten des Fahrzeugs stagniert, wird die Anfangsbeschleunigung begrenzt, und die Funktion stellt fest, daß eine hohe Wahrscheinlichkeit für einen Stau besteht, wenn die Beschleunigung nicht größer als beispielsweise 0,5 g ist. Schließlich verwendet die Funktion in einem Schritt 27 den in Schritt 22 berechneten Wert und bestimmt, ob die Durchschnittsgeschwindigkeit Vave(n–a) des Fahrzeugs von "a" vorhergehenden Malen nicht größer als beispielsweise 5 km/h ist. Wenn die Durchschnittsgeschwindigkeit des Fahrzeugs von mehreren vergangenen Sekunden nicht größer als 5 km/h ist, stellt die Funktion fest, daß bei dem Zustand, bei dem die Fahrzeuggeschwindigkeit für eine Weile durchgehend nicht größer als 5 km/h ist, eine hohe Wahrscheinlichkeit eines Staus besteht. Dementsprechend führt die Funktion eine Gesamteinschätzung der in Schritt 24 bis Schritt 27 getroffenen Feststellungen aus, und stellt den Stau fest, wenn sämtliche Feststellungen zutreffen, und fährt dann mit einem Schritt 28 fort. Wenn bei einem der Schritte 24 bis 27 "Nein" zutrifft, fährt die Funktion ferner mit einem Schritt 29 fort und verwendet die korrigierte Luft-/Kraftstoffverhältnistabelle der Fahrumgebung, die in der vorhergehenden Funktion bestimmt wurde. In Schritt 28 wählt die Funktion ein mageres Gemisch von 24 für das Luft-/Kraftstoffverhältnis in der korrigierten Luft-/Kraftstoffverhältnistabelle, da der Stau festgestellt wurde. Ferner berechnet die Funktion in einem Schritt 30 durch eine Funktion h(A/F) des Luft-/Kraftstoffverhältnisses in Schritt 28 einen korrigierten Kraftstoffeinspritzkoeffizienten k1. In einem Schritt 31 berechnet das Steuersystem anhand der Grundkraftstoffeinspritzbreite Tp und des korrigierten Kraftstoffeinspritzkoeffizienten k1 eine Kraftstoffeinspritzbreite Ti und gibt sie in einem Schritt 32 aus.
8 ist ein Steuerungsablaufdiagramm, das die Funktionsweise der Steuerung einer Luftströmungsmenge darstellt. Bei einer bekannten Technik werden die Motordrehzahl Ne und eine Turbinendrehzahl Nt des Drehmomentwandlers erfaßt, und ein Antriebswellendrehmoment Tt wird berechnet, durch das der Motor dann gesteuert wird. Bei diesem bekannten Verfahren wird das Antriebswellendrehmoment Tt nicht zu dem erforderlichen Drehmoment, da die Steuermenge für den Motor unter Verwendung eines Werts des Antriebswellendrehmoments Tt ohne die Verwendung eines tatsächlichen Motordrehmoments Te zugeführt wird. Daher wird der Motor nicht durch den geeignetsten Wert gesteuert. Erfindungsgemäß wird zunächst ein erforderliches Antriebswellen-Solldrehmoment Ttar festgelegt, und ein erforderliches Motor-Solldrehmoment Tet wird berechnet. Dann wird der Motor gesteuert, da das tatsächliche Motordrehmoment Te zu dem Motor-Solldrehmoment Tet wird. Bei diesem Verfahren wird der Motor durch den geeignetsten Wert gesteuert, da das tatsächliche Motordrehmoment Te direkt gesteuert wird, wenn es zu dem Motor-Solldrehmoment Tet wird. Wie in 8 dargestellt, liest das Steuersystem zunächst in einem Schritt 33 die Öffnungsposition α der Gasklappe, die Fahrzeuggeschwindigkeit Vsp, die Motordrehzahl Ne, die Turbinendrehzahl Nt, das korrigierte Luft-/Kraftstoffverhältnis A/F und ein Gangwechselverhältnis i. Anschließend berechnet die Einrichtung 11 zur Berechnung des Antriebswellen-Solldrehmoments (3) in einem Schritt 34 unter Verwendung einer Funktion f1 (α, Vsp) der Öffnungsposition α der Gasklappe und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vsp das Antriebswellen-Solldrehmoment Ttar. In einem Schritt 35 berechnet die Einrichtung 12 zur Berechnung des Motor-Solldrehmoments unter Verwendung einer Funktion f2 (Ttar, Ne, Nt, i, c, λ) des Antriebswellen-Solldrehmoments Ttar, der Motordrehzahl Ne, der Turbinendrehzahl Nt, des Gangwechselverhältnisses i, eines charakteristischen Verhältnisses c des Drehmomentwandlers und eines Drehmomentverhältnisses λ des Drehmomentwandlers das Motor-Solldrehmoment Tet. In einem Schritt 36 berechnet die Einrichtung 13 zur Berechnung der Öffnungsposition der Drosselklappe unter Verwendung einer Funktion f3 (Tet, Ne, A/F) des Motor-Solldrehmoments Tet, der Motordrehzahl Ne und des korrigierten Luft-/Kraftstoffverhältnisses A/F die Sollöffnungsposition θt für die Drosselklappe. Anschließend führt das Steuersystem dem Kraftstoffeinspritzventil 10 in einem Schritt 37 Steuersignale zu.
9 stellt ein Systemaufbaudiagramm der vorliegenden Erfindung dar. Ein Motor 39 und ein Getriebe 40 sind an einer Autokarosserie 38 angeordnet. Eine Luftströmungsmenge, eine Kraftstoffmenge, ein Zündzeitpunkt, ein Verringerungsverhältnis der Geschwindigkeitsänderung und ähnliches werden durch Signale von einer Steuereinrichtung 41 für die Motorkraftübertragung gesteuert. Ein Einsaugöffnungs-Einspritzsystem eines herkömmlicherweise bekannten Typs, ein inneres Zylindereinspritzsystem mit einer guten Steuerleistung oder ähnliches wird bei der Kraftstoffsteuerung verwendet. Ferner sind an der Autokarosserie 38 Fernseh- oder Videokameras 42 zum Erfassen der äußeren Umgebung und eine Antenne 43 zum Erfassen der Infrastrukturinformationen angeordnet. Bilder der Fernsehkameras 42 werden in ein System 44 zur Bestimmung der Fahrumgebung eingegeben und es erfolgt eine Bildverarbeitung, wodurch Abstände zu dem vorderen und dem hinteren Fahrzeug, Verkehrssignalinformationen, Verkehrszeichen und ein Straßenzustand erkannt werden. Ferner ist die Antenne 43 mit einem Infrastrukturinformationsempfänger 45 verbunden. Stauinformationen, Informationen bezüglich eines Unfalls, aktuelle Positionsinformationen des Fahrzeugs im Verhältnis zu der umgebenden Infrastruktur werden von dem Infrastrukturinformationsempfänger 45 in das System 44 zur Bestimmung der Fahrumgebung eingegeben. Ferner werden in einem CD-ROM 46 oder ähnlichem gespeicherte Karteninformationen in das System 44 zur Bestimmung der Fahrumgebung eingegeben. Die aktuelle Fahrumgebung wird anhand der Infrastrukturinformationen und der Karteninformationen bestimmt. Ein der Fahrinformation entsprechendes Signal wird von dem System 44 zur Bestimmung der Fahrumgebung ausgegeben und in die Steuereinrichtung 41 für die Motorkraftübertragung eingegeben. Die Luftströmungsmenge, die Kraftstoffmenge, das Verringerungsverhältnis der Geschwindigkeitsänderung und ähnliches werden auf der Grundlage des Signals gesteuert. Ferner werden die Öffnungsposition θ der Drosselklappe, ein den Geschwindigkeitsänderungsvorgang angebendes Signal FlgI, die Fahrzeuggeschwindigkeit Vsp, das Gangwechselsignal Isw und ähnliches, die zur Änderung der Steuermengen, zur Bestimmung der Fahrumgebung und ähnlichem verwendet werden, in die Steuereinrichtung 41 für die Motorkraftübertragung eingegeben.
10 ist ein Steuerungsablaufdiagramm einer Schaltsteuerung für das Luft-/Kraftstoffverhältnis. Erfindungsgemäß ist es erforderlich, das Luft-/Kraftstoffverhältnis entsprechend der Fahrumgebung zu ändern. Es ist möglich, die Drehmomentschwankung aufgrund der Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses durch das Ausführen der Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses synchron mit beispielsweise einem Anhalten, einer Geschwindigkeitsänderung, einem Leerlauf oder ähnlichem zu verhindern. Zunächst liest das Steuersystem in einem Schritt 50 das korrigierte Luft-/Kraftstoffverhältnis A/F, die Öffnungsposition θ der Drosselklappe, das Gangwechselsignal Isw und das den Geschwindigkeitsänderungsvorgang angebende Signal FlgI. In einem Schritt 51 bestimmt das Steuersystem, ob das aktuelle korrigierte Luft-/Kraftstoffverhältnis A/F(n) mit dem vorhergehenden korrigierten Luft-/Kraftstoffverhältnis A/F(n–1) übereinstimmt. Wenn das aktuelle korrigierte Luft-/Kraftstoffverhältnis mit dem vorhergehenden korrigierten Luft-/Kraftstoffverhältnis übereinstimmt, fährt das Steuersystem mit einem Schritt 52 fort, berechnet den korrigierten Kraftstoffeinspritzkoeffizienten k1 durch f4 [A/F(n–1)] und hält das vorhergehende Luft-/Kraftstoffverhältnis. Ferner führt das Steuersystem A/F(n–1) = A/F(n) aus und gibt in einem Schritt 54 den in Schritt 52 berechneten korrigierten Kraftstoffeinspritzkoeffizienten k1 aus. Wenn sich ferner in Schritt 51 das aktuelle korrigierte Luft-/Kraftstoffverhältnis A/F(n) von dem vorhergehenden korrigierten Luft- /Kraftstoffverhältnis A/F(n–1) unterscheidet, fährt das Steuersystem mit einem Schritt 55 fort, prüft die Öffnungsposition θ der Drosselklappe und bestimmt, ob sich der Motor in einem Leerlaufzustand befindet oder nicht. Wenn beispielsweise die Öffnungsposition nicht größer als 2° ist, stellt das Steuersystem fest, daß sich der Motor im Leerlauf befindet. In einem Schritt 56 bestimmt das Steuersystem, ob die Schalthebelstellung Isw(n) geändert wurde. Dies bedeutet, daß es, wenn die Funktion die Bewegung des Schalthebels überprüft, wirkungsvoll ist, das Luft-/Kraftstoffverhältnis zu ändern, da der Zustand des Motors auf ein Anhalten oder einen Gangwechsel begrenzt ist. In einem Schritt 57 bestimmt das Steuersystem, ob das einen Gangwechsel angebende Signal FlgI auf 1 gesetzt ist oder nicht. Wenn das Signal 1 ist, wird es möglich, das Luft-/Kraftstoffverhältnis synchron mit der Drehmomentschwankung bei der Geschwindigkeitsänderung zu ändern, und die mit der Änderung des Kraftstoff verhältnisses einhergehende Drehmomentschwankung kann verhindert werden. Wenn einer der Schritte 55 bis 57 "JA" ergibt, fährt das Steuersystem mit einem Schritt 58 fort, berechnet den korrigierten Kraftstoffeinspritzkoeffizienten k1 durch f4[A/F(n)] synchron mit der Änderungsperiode und ändert das Luft-/Kraftstoffverhältnis auf ein neues Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis. Ferner führt das Steuersystem in einem Schritt 59 A/F(n–1) = A/F(n) aus und gibt in Schritt 54 den in Schritt 58 berechneten korrigierten Kraftstoffeinspritzkoeffizienten k1 aus.
11 ist ein Steuerungsablaufdiagramm in einem Fall, in dem sich ein Stau und eine ansteigende oder absteigende Bedingung überschneiden. Wenn beispielsweise auf einer ansteigenden Straße ein Stau verursacht wird, ist eine dem Anstieg entsprechende Motorleistung erforderlich, und es ist erforderlich, ein variables Luft-/Kraftstoffverhältnis zu bewältigen. Zunächst liest das Steuersystem in einem Schritt 60 ein Stausignal JAM und eine Straßensteigung β. In einem Schritt 61 bestimmtdas Steuersystem, ob ein Stau verursacht wird, d.h. ob JAM auf 1 gesetzt ist oder nicht. Wenn JAM 1 ist, fährt das Steuersystem mit einem Schritt 62 fort und führt die Bestimmung des Staumerkers FlgJ = 1 aus. Wenn JAM nicht 1 ist, fährt das Steuersystem mit Schritt 63 fort und führt die Bestimmung des Staumerkers FlgJ = 0 aus. Als nächstes bestimmt das Steuersystem, ob der Straßenanstieg β nicht geringer als beispielsweise 0,5 % ist. Wenn der Straßenanstieg β geringer als 0,5 % ist, bestimmt das Steuersystem, daß die Straße eine flache Straße oder eine abwärts verlaufende Straße ist, und daß das Luft-/Kraftstoffverhältnis günstigerweise ein mageres Gemisch von ca. 24 sein sollte. Wenn hingegen der Straßenanstieg β nicht geringer als 0,5 % ist, ist es erforderlich, das Luft-/Kraftstoffverhältnis entsprechend der Steigung zu ändern. Wenn daher die Straßensteigung β nicht geringer als 0,5 % ist, fährt das Steuersystem mit einem Schritt 65 fort und führt die Bestimmung des Steigungsmerkers Flg β = 1 aus. Wenn Straßenanstieg geringer als 0,5 % ist, fährt das Steuersystem mit einem Schritt 66 fort und führt die Bestimmung des Steigungsmerkers Flg β = 0 aus. Ferner bestimmt das Steuersystem in einem Schritt 67 Flg J AND Flg β. Wenn die Bestimmung wahr ist, fährt das Steuersystem mit einem Schritt 68 fort, und wenn die Bestimmung falsch ist, fährt das Steuersystem mit ZURÜCK fort. Wenn die Bestimmung wahr ist, überschneiden sich der Stau und die ansteigende Straße. Daher berechnet das Steuersystem in Schritt 68 das korrigierte Luft-/Kraftstoffverhältnis A/F durch eine in 11 dargestellte korrigierte Steigungs-Luft-/Kraftstoffverhältnistabelle und eine Funktion f5(β) der Straßensteigung β. Ferner berechnet das Steuersystem in Schritt 69 unter Verwendung des in Schritt 68 berechneten korrigierten Luft-/Kraftstoffverhältnisses A/F den korrigierten Kraftstoffeinspritzkoeffizienten k1 und gibt ihn in einem Schritt 70 aus.
12 stellt ein korrigiertes Luft-/Kraftstoffverhältnis bezüglich der Straßensteigung bei einem Stau dar. Bei einem Stau auf einer Straße im Bereich zwischen einer flachen Straße und einer negativen Steigung ist keine erhebliche Motorleistung erforderlich, und das Luft-/Kraftstoffverhältnis von ca. 24 ist ausreichend. Bei der Bedingung einer aufwärts verlaufenden Steigung steigt hingegen die Motorleistung, die entsprechend dem Steigungswinkel erforderlich ist. Dementsprechend ist es erforderlich, das Luft-/Kraftstoffverhältnis zu verringern und ein reiches Gemisch zu bilden. Die tatsächliche Kraftstoffkostenleistung kann durch die oben beschriebene Steuerung gefördert werden.
Erfindungsgemäß ändert sich das Luft-/Kraftstoffverhältnis zu jeder Zeit entsprechend der Änderung der Fahrumgebung. Es wird daher möglich, die Motorleistung wirkungsvoll zu nutzen, und ferner wird das tatsächliche Kosten-/Leistungs- Verhältnis des Kraftstoffs gefördert. Das Schalten der Luft-/Kraftstoffverhältnisse erfolgt immer entsprechend einer Fahrumgebung, die sich von einem stationären Zustand unterscheidet, wie einer Geschwindigkeitsänderung, einem Anhalten, einem Leerlauf, einem Gangwechsel oder ähnlichem. Dadurch wird das unangenehme Gefühl durch die im Zusammenhang mit der Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses auftretende Drehmomentschwankung beseitigt. Dementsprechend können die Verringerung der Treibstoffkosten und die Förderung des Fahrverhaltens erreicht werden.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung eines Luft-/Kraftstoffverhältnisses eines Kraftfahrzeugmotors (39) zum Vermindern einer Drehmomentschwankung, die mit einer Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses in Verbindung mit einer Änderung einer Fahrumgebung und/oder einer Änderung eines Betriebszustands zusammenhängt, mit – einer Steuereinrichtung (41), – mindestens einem Sensor (1) zum Aufnehmen von Signalen einer äußeren Umgebung des Kraftfahrzeugs, wie zumindest einer Straßensteigung und/oder eines Verkehrsaufkommens, – einem Bestimmungssystem (2) zum Bestimmen einer Fahrumgebung anhand der von dem Sensor (1) aufgenommenen Signale, und – einem Schaltsystem (4) zum Auswählen eines entsprechend der geänderten Fahrumgebung korrigierten Luft-/Kraftstoffverhältnisses aus einer Speichereinrichtung (3, 7) zum Speichern korrigierter Luft-/Kraftstoffverhältnisse, wobei das aktuelle Luft-/Kraftstoffverhältnis durch Berechnen einer Kraftstoffmenge aufgrund des ausgewählten korrigierten Luft-/Kraftstoffverhältnisses und Ausgeben der berechneten Kraftstoffmenge an ein Kraftstoffeinspritzventil (10) von dem Schaltsystem (4) während zumindest eines instationären Betriebszustands in das ausgewählte korrigierte Luft-/Kraftstoffverhältnis geändert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein instationärer Betriebszustand zumindest eine Geschwindigkeitsänderung, ein Anhalten, ein Leerlauf oder ein Schaltvorgang ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verminderung der Drehmomentschwankung eine Einrichtung zum Steuern der Luftströmungsmenge vorgesehen ist, die eine Einrichtung (11) zum Berechnen eines Antriebswellen-Solldrehmoments, eine Einrichtung (12) zum Berechnen eines Motor-Solldrehmoments und eine Einrichtung (13) zum Berechnen einer Öffnungsposition der Drosselklappe enthält.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Einrichtung (13) zum Berechnen einer Öffnungsposition der Drosselklappe auf Grundlage des durch die Einrichtung (11) zum Berechnen eines Antriebswellen-Solldrehmoments berechneten Antriebswellen-Solldrehmoments und des durch die Einrichtung (12) zum Berechnen eines Motor-Solldrehmoments berechneten Motor-Solldrehmoments eine Sollöffnungsposition der Drosselklappe berechnet und an eine Drosselklappeneinstelleinrichtung (14) ausgegeben ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Umgebung des Kraftfahrzeugs zumindest eine Straßensteigung, ein Stau, eine Autobahnstrecke und/oder eine innerstädtische Straße ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Speichereinrichtung (3, 7) zum Speichern korrigierter Luft-/Kraftstoffverhältnisse sowohl Daten für mehrere stationäre als auch Daten für mehrere instationäre Betriebszustände des Kraftfahrzeugs speicherbar sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft-/Kraftstoffverhältnisse nach Prioritäten durch das Schaltsystem (4) auswählbar sind, wobei bei einer Überlagerung von mehreren Fahrumgebungen, mit oder ohne einer Änderung eines Betriebszustands, einem positiven Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs eine höhere Priorität eingeräumt ist als einem niedrigen Kraftstoffverbrauch.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luft-/Kraftstoffverhältnis für eine ansteigende Straße eine höhere Priorität aufweist, als ein Luft-/Kraftstoffverhältnis für einen Stau.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die korrigierten Luft-/Kraft stoffverhältniswerte durch eine Motordrehzahl und eine Motorlast bestimmt sind, wobei die korrigierten Luft-/Kraftstoffverhältniswerte in Luft-/Kraftstoffverhältniswerte für eine geringe Motordrehzahl und einen Leerlauf, und Luft-/Kraftstoffverhältniswerte für die Motorlaständerung zwischen einer Teillast und einer hohen Last eingeteilt sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) für die äußere Umgebung mindestens eine Fernseh- oder Videokamera (42), oder eine Antenne (43) zum Empfangen von Infrastrukturinformationen wie Stau-/Unfallmeldungen und/oder aktuellen Positionsinformationen ist.
Verfahren zur Steuerung eines Luft-/Kraftstoffverhältnisses eines Kraftfahrzeugmotors (39) zum Vermindern einer Drehmomentschwankung, die mit einer Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses in Verbindung mit einer Änderung einer Fahrumgebung und/oder einer Änderung eines Betriebszustands zusammenhängt, mit den folgenden Schritten: – Aufnehmen von Signalen einer äußeren Umgebung des Kraftfahrzeugs, wie zumindest einer Straßensteigung und/oder eines Verkehrsaufkommens durch mindestens einen Sensor (1), – Ermitteln einer Fahrumgebung anhand der von dem Sensor (1) aufgenommenen Signale, – Auswählen eines entsprechend der geänderten Fahrumgebung korrigierten Luft-/Kraftstoffverhältnisses aus einer Speichereinrichtung (3, 7) zum Speichern korrigierter Luft-/Kraftstoffverhältnisse mittels eines Schaltsystems (4), – Ändern des aktuellen Luft-/Kraftstoffverhältnisses in das ausgewählte korrigierte Luft-/Kraftstoffverhältnis während zumindest eines instationären Betriebszustands durch Berechnen einer Kraftstoffmenge aufgrund des ausgewählten korrigierten Luft-/Kraftstoffverhältnisses und Ausgeben der berechneten Kraftstoffmenge an ein Kraftstoffeinspritzventil (10).
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Ändern des aktuellen Luft-/Kraftstoffverhältnisses in das ausgewählte korrigierte Luft-/Kraftstoffverhältnis während zumindest eines instationären Betriebszustands, wie einer Geschwindigkeitsänderung, eines Anhaltens, eines Leerlaufs oder eines Schaltvorgangs.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch Steuern der Luftströmungsmenge durch Berechnen eines Antriebswellen-Solldrehmoments, eines Motor-Solldrehmoments und einer Öffnungsposition der Drosselklappe zur Verminderung der Drehmomentschwankung.
Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Berechnen einer Sollöffnungsposition der Drosselklappe auf Grundlage eines berechneten Antriebswellen-Solldrehmoments und eines berechneten Motor-Solldrehmoments und Ausgeben der Sollöffnungsposition der Drosselklappe an eine Drosselklappeneinstelleinrichtung (14).
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch Ermitteln zumindest einer Straßensteigung, eines Staus, einer Autobahnstrecke und/oder einer innerstädtischen Straße als äußere Umgebung des Kraftfahrzeugs.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 15, gekennzeichnet durch Auswählen einer Bedingung eines instationären Betriebszustands für einen zweiten Betriebszustand aus der Speichereinrichtung (3, 7) zum Speichern korrigierter Luft-/Kraftstoffverhältnisse durch das Schaltsystem (4) anschließend an die Auswahl eines stationären Betriebszustands für einen ersten Betriebszustand aufgrund der Änderung der Fahrumgebung.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auswählen mindestens eines korrigierten Luft-/Kraftstoffverhältnisses aus einer Speichereinrichtung (3, 7) zum Speichern korrigierter Luft-/Kraftstoffverhältnisse einem positiven Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs eine höhere Priorität zugewiesen wird, als einem niedrigen Kraftstoffverbrauch.
Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Zuweisen einer höheren Priorität zu einem Luft-/Kraftstoffverhält nis für eine ansteigende Straße als zu einem Luft-/Kraftstoffverhältnis für einen Stau.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 18, gekennzeichnet durch Bestimmen der korrigierten Luft-/Kraftstoffverhältniswerte durch eine Motordrehzahl und eine Motorlast, wobei die korrigierten Luft-/Kraftstoffverhältniswerte in Luft-/Kraftstoffverhältniswerte für eine geringe Motordrehzahl und einen Leerlauf, und Luft-/Kraftstoffverhältniswerte für die Motorlaständerung zwischen einer Teillast und einer hohen Last eingeteilt werden.