DE60201788T2

DE60201788T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Motordrehzahlregelung

Info

Publication number: DE60201788T2
Application number: DE60201788T
Authority: DE
Inventors: Francesco Richard; Marco Tonetti
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2022-07-27
Also published as: ITTO20010752A1; ES2231621T3; US20030034006A1; DE60201788D1; ITTO20010752A0; EP1279814B1; US6615797B2; EP1279814A3; JP2003161198A; ATE281593T1; EP1279814A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der Motordrehzahl.
Insbesondere kann die vorliegende Erfindung vorteilhaft, jedoch nicht ausschließlich, zur Steuerung der Drehzahl eines Fahrzeugmotors verwendet werden, worauf sich die folgende Beschreibung lediglich als Beispiel bezieht.
Bekanntlich ist in der Fahrzeugindustrie einer der schwierigsten Punkte das Sicherstellen des maximalen Fahrkomforts eines Fahrzeugs während Motordrehzahl-Übergangszuständen.
Dies ist insbesondere bei bestimmten Motorbetriebsbedingungen der Fall, beispielsweise wenn das eingekuppelt mit niedrigster Motordrehzahl fahrende Fahrzeug abgebremst wird, was als Folge davon, dass die zentrale Steuerungseinheit der durch die Bremsen bewirkten Reduzierung der Motordrehzahl entgegengewirkt, um den Motor auf der Mindestdrehzahl zu halten, ein zunehmend starkes Schütteln und somit einen Komfortverlust für den Fahrer und die Mitfahrer bewirkt.
Andere Betriebsbedingungen, die zu Unannehmlichkeiten in Form von Rütteln führen, treten auf, wenn nach dem Lösen der Bremse stark beschleunigt wird oder wenn die zentrale Steuerungseinheit den Motor allmählich auf die Mindestdrehzahl bringt, wenn das Gaspedal freigegeben wird.
Genauer ausgedrückt neigt dann, wenn das Gaspedal freigegeben wird, die Motordrehzahl normalerweise zu einem übermäßigen Absinken, d. h. sie fällt geringfügig unter den Mindestwert, worauf sie unmittelbar danach wieder auf den Mindestwert zurückkehrt, was zum Rütteln des Fahrers und der Mitfahrer führt.
Die bisher von zentralen Steuerungseinheiten zum Zweck der Verbesserung des Fahrkomforts verwendeten Motordrehzahl-Steuerungsalgorithmen sehen eine PI-(proportional-integral) oder eine PID-(proportional-integral-differenzial)-Regelung vor und enthalten abgesehen davon, dass sie bei der Beseitigung der vorstehend beschriebenen Nachteile allgemein unwirksam sind, zahlreiche Kalibrierungsparameter, die die Kalibrierung ausschließlich durch Versuch und Irrtum erlauben. Gegenwärtig werden die Steuerungsalgorithmen in der Tat kalibriert, indem zunächst eine Reihe von Fahrversuchen durchgeführt wird, um die Leistung des Fahrzeugs unter den vorstehend beschriebenen Betriebsbedingungen zu bestimmen, und anschließend die Parameter der Steuerungsalgorithmen im wesentlichen von Hand im Vertrauen auf die Fähigkeiten von Technikern mit jahrelanger Erfahrungen kalibriert werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Motordrehzahl zu schaffen, die so gestaltet sind, dass die vorstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise beseitigt werden.
Genauer ausgedrückt ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Motordrehzahl zu schaffen, die nicht nur die Unannehmlichkeiten für den Fahrer und die Mitfahrer unter den vorstehend beschriebenen Betriebsbedingungen wesentlich reduzieren, sondern auch mit deterministischen Verfahren kalibriert werden können.
Gemäß vorliegender Erfindung wird eine Steuerungsvorrichtung für die Motordrehzahl gemäß Anspruch 1 geschaffen.
Gemäß vorliegender Erfindung wird ferner ein Steuerungsverfahren für die Motordrehzahl gemäß Anspruch 10 geschaffen.
Eine bevorzugte, nicht einschränkende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend als Beispiel unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt ein rein abstraktes Blockdiagramm eines durch ein Fahrzeug und einen zugehörigen Antriebsstrang gebildeten Systems;
2 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm des Systems aus 1;
3 u. 4 zeigen die Reaktion des Systems aus 1 und 2 auf eine Diskontinuität;
5 zeigt ein Blockdiagramm einer Steuerungsvorrichtung für die Motordrehzahl gemäß vorliegender Erfindung;
6 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm eines Überwachungsblocks, der einen Teil der Steuerungsvorrichtung aus 5 bildet;
7 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm eines Widerstandsdrehmoment-Schätzblocks, der einen Teil des Überwachungsblocks aus 6 bildet;
8 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm eines Nachverfolgungsblocks, der einen Teil der Steuerungsvorrichtung aus 5 bildet;
9 u. 10 zeigen Diagramme des Ausgangssignals des Nachverfolgungsblocks aus 8 während eines Drehzahlübergangszustands;
11 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm eines Steuerungsblocks, der einen Teil der Steuerungsvorrichtung aus 5 bildet;
12 zeigt ein Diagramm einer in dem Steuerungsblock aus 11 enthaltenen Größe;
13 zeigt ein Diagramm der Motordrehzahl und ihres Mittelwerts innerhalb eines Motorarbeitsspiels;
14 zeigt ein Diagramm der Veränderungsrate der Motordrehzahl;
15 bis 18 zeigen Diagramme der Größen, durch welche beim Umschalten der Gänge der in Eingriff stehende Fahrzeuggetriebegang zu bestimmen ist;
19 bis 22 zeigen Diagramme der Größen, durch welche der in Eingriff stehende Fahrzeuggetriebegang bei Fahrbetrieb mit kleinster Motordrehzahl bei Leerlaufstellung des Getriebes zu bestimmen ist.
Zum klaren Verständnis der vorliegenden Erfindung enthält die folgende Beschreibung verschiedene kinematische und Systemgleichungen, die für das durch ein Fahrzeug und seinen Antriebsstrang gebildete System kennzeichnend sind, das bekanntlich den Motor und den Kraftübertragungsstrang enthält, der wiederum durch das Getriebe, die das Getriebe trennbar mit dem Motor verbindende Kupplung und eine Endantriebseinheit gebildet ist, die durch das Differenzial und die Achsantriebswellen gebildet ist und das Getriebe mit den Fahrzeugrädern verbindet.
Zum Zweck der Steuerung der Motordrehzahl kann das durch das Fahrzeug und seinen Antriebsstrang gebildete System rein abstrakt in dem in 1 gezeigten Blockdiagramm dargestellt werden, in dem 1 den Motor, 2 die Kurbelwelle, 3 den Kraftübertragungsstrang und 4 das übrige Fahrzeug bezeichnet.
Bekanntlich erzeugt die Verbrennung von Kraftstoff ein bestimmtes auf die Kurbelwelle wirkendes Drehmoment, das nachfolgend als Verbrennungsdrehmoment T_cmb bezeichnet wird. Wenn das System insgesamt absolut starr wäre, könnte die Motordrehzahl ω_eng durch die folgende Gleichung angegeben werden: Tcmb – R = Jsys·ωeng 1)worin R das gesamte auf die Kurbelwelle wirkende Widerstandsdrehmoment ist und J_sys das Trägheitsmoment des gesteuerten Systems, gerechnet in Bezug auf die Drehachse der Kurbelwelle, ist.
Das gesteuerte System ist tatsächlich nicht nur durch die Kurbelwelle, sondern auch durch alle mit dieser mechanisch verbundenen Teile definiert und verändert sich daher während des Betriebs des Fahrzeugs. Der Kraftübertragungsstrang umfasst tatsächlich die Kupplung und das Getriebe, die normalerweise vom Fahrzeugführer mittels Kupplungspedal und Ganghebel gesteuert werden.
2 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm, das das Fahrzeug-Antriebsstrang-System zum Zweck der Motordrehzahlsteuerung darstellt und in dem 5 die Kupplung, 6 das Getriebe und 7 die Endantriebseinheit bezeichnet.
In Abhängigkeit von der Steuerung durch den Fahrer können drei Hauptzustände des gesteuerten Systems unterschieden werden:

a) Motorleerlauf: bei ausgekuppelter Kupplung; dabei ist das gesteuerte System durch den Motor und die Kurbelwelle definiert;
b) Getriebeleerlauf: bei eingekuppelter Kupplung und Getriebe im Leergang; in diesem Fall ist das gesteuerte System durch den Motor, die Kurbelwelle und die Getriebehauptwelle definiert; und
c) mit eingelegtem Gang: bei eingekuppelter Kupplung und eingelegtem Gang; in diesem Fall ist das gesteuerte System durch den Motor, die Kurbelwelle, den Kraftübertragungsstrang und das Fahrzeug definiert.

Da im Zustand c) jeder Gang ein anderes Übersetzungsverhältnis als die anderen hat, verändert sich das gesteuerte System in Abhängigkeit davon, welcher Gang eingelegt ist.
R und J_sys in Gleichung 1) verändern sich daher in Abhängigkeit von dem Zustand des gesteuerten Systems.
Das Trägheitsmoment des Motors kann entweder theoretisch anhand von Konstruktionsdaten oder durch Analyse der Reaktion des Systems auf eine Diskontinuität im Motorleerlauf grob berechnet werden.
Für Pkw-Motoren ist normalerweise J_eng ∊ [0,1; 0,5] kg∙m².
Das Trägheitsmoment des Kraftübertragungsstrangs kann anhand von Konstruktionsdaten berechnet werden und das des Fahrzeugs durch die folgende Gleichung:
worin M_veh die Fahrzeugmasse ist (ein oder zwei Insassen sollten enthalten sein); L_whl der Radius des Rades ist; und r das Übersetzungsverhältnis ist.
Wie Gleichung 2) deutlich zeigt, ist das Trägheitsmoment des Fahrzeugs davon abhängig, welcher Gang eingelegt ist. Ein exaktes Verfahren zum Bestimmen des eingelegten Ganges in einem Fahrzeuggetriebe wird weiter unten beschrieben.
Das System aus 1 schließt ferner verschiedene Widerstandsdrehmomentkomponenten ein, zu welchen im Fall des Motors zählen:

– Reibung, die als eine Konstante plus eine viskose Komponente proportional zur Motordrehzahl grob modellhaft dargestellt werden kann; und
– Nebenwiderstände, deren Effekt als ein konstantes Widerstandsdrehmoment modellhaft dargestellt werden kann. Einige Nebenwiderstände werden durch die zentrale Steuerungseinheit "eingeschaltet", sodass das entsprechende Widerstandsdrehmoment, sofern bekannt, im voraus ausgeglichen werden kann. Über andere stehen jedoch keine Informationen zur Verfügung, sodass kein spontaner Ausgleich möglich ist.

Im Kraftübertragungsstrang liegt demgegenüber nur Reibung vor, die auch in diesem Fall als eine Konstante plus eine viskose Komponente proportional zu der Motordrehzahl grob modellhaft dargestellt werden kann.
Beim Fahrzeug liegen vor:

– Rollwiderstand, der im wesentlichen konstant ist, mit seltenen, jedoch nicht vorhersagbaren Schwankungen;
– Luftwiderstand, der proportional zum Quadrat der Fahrzeuggeschwindigkeit und daher der Motordrehzahl ist; und
– Straßenneigungswiderstand, bei dem plötzliche, nicht vorhersagbare beträchtliche Schwankungen auftreten.

Das dynamische Verhalten des Systems aus 1–2 kann auf der Basis seiner Reaktion auf eine Diskontinuität analysiert werden, d. h. indem zunächst das System in einen stabilen Zustand gebracht wird und anschließend das Verbrennungsdrehmoment T_cmb plötzlich um eine gegebene Größe erhöht wird. 3 und 4 zeigen Diagramme der Qualität der Motordrehzahl ω_eng in den drei vorstehend beschriebenen Zuständen, d. h. Motorleerlauf, Getriebeleerlauf und mit eingelegtem Gang.
Genauer ausgedrückt ist in allen drei Zuständen die Hauptreaktion auf eine Diskontinuität exponentiell (jedoch mit einer unterschiedlichen Eingangs-Ausgangs-Verstärkung), und eine kleine Schwingung, die nachfolgend als "Arbeitsspieldynamik" bezeichnet wird, ist festzustellen.
In dem Zustand mit eingelegtem Gang wird eine deutliche gedämpfte Schwingung, nachfolgend als "Kraftübertragungsstrangdynamik" bezeichnet, zu der Hauptdynamik unmittelbar nach dem Eingangsschritt hinzugefügt.
Genauer ausgedrückt wird im Hinblick auf die Hauptdynamik das exponentielle Verhalten der Reaktion auf eine Diskontinuität durch das Trägheitsmoment des Systems und durch die Schwankung des auf die Kurbelwelle wirkenden Widerstandsdrehmoments über die Zeit verursacht.
Sowohl der stabile Zustand als auch die augenblicklichen Verstärkungen sind von dem Systemzustand abhängig und nehmen beim Übergang von Motorleerlauf auf Getriebeleer lauf und anschließend auf den Zustand mit eingelegtem Gang ab, und nehmen auch ab, wenn der eingelegte Gang erhöht wird.
Die Hauptdynamik ist ähnlich derjenigen, die durch modellhafte Abbildung des Systems gemäß der Definition durch ein Trägheitsmoment J_sys und eine viskose Reibung β_sys erhalten wird.
Die Kraftübertragungsstrangdynamik – die, wie festgestellt, durch die gedämpfte Schwingung der Reaktion auf eine Diskontinuität in dem Zustand mit eingelegtem Gang definiert ist – ist durch die Elastizität des Antriebstrangs bedingt, die zulässt, dass ein Teil der kinetischen Energie (und damit Motordrehzahlschwankungen) kontinuierlich von dem Motor auf das Fahrzeug und umgekehrt übergehen.
Die Kraftübertragungsstrangdynamik wird natürlich durch den Kraftübertragungsstrang selbst gedämpft. Das heißt, dass bei jedem Durchgang durch den Kraftübertragungsstrang der Teil der kinetischen Energie durch Reibung in dem Kraftübertragungsstrang selbst vermindert wird.
Die Frequenz und Amplitude der Kraftübertragungsstrangdynamik sind von dem eingelegtem Gang abhängig: wenn das Übersetzungsverhältnis zunimmt, nimmt die Frequenz zu und die Amplitude nimmt ab.
Die Arbeitsspieldynamik ist durch eine andauernde geringe Schwankung der Motordrehzahl definiert, die im stabilen Zustand leicht feststellbar ist, und ist auf die Ungleichheit der Motorzylinder zurückzuführen, d. h. auf beträchtliche Unterschiede der Verbrennungsantriebsdrehmomente, die in den verschiedenen Motorzylindern (beispielsweise als Folge von verschiedenen Einspritzdüsenleistungen etc.) erzeugt werden.
Die Frequenz der Taktdynamik ist von der Motordrehzahl abhängig (wenn man erkennt, dass sie die gleiche Periode wie das Motorarbeitsspiel hat), während die Amplitude von den Unterschieden zwischen den verschiedenen Motorzylindern abhängig ist.
Vor dem vorstehend beschriebenen Hintergrund wird nachfolgend eine Steuerungsvorrichtung für die Motordrehzahl gemäß vorliegender Erfindung unter Bezug auf das Blockdiagramm in 5 beschrieben; welche Vorrichtung bei der Mindestmotordrehzahl dafür sorgt, dass die Motordrehzahl über und oberhalb von einem gegebenen Mindestwert gehalten wird, sofern der Fahrer des Fahrzeugs keine andere Entscheidung trifft, um so ein unerwünschtes Abschalten des Motors zu verhindern, und dass die gewünschten Motordrehzahlübergangszustände bei allen anderen Motordrehzahlen wirksam gesteuert werden.
Genauer ausgedrückt ist es bei Mindestmotordrehzahl eine Aufgabe der Steuerungsvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung, zu verhindern, dass die Motordrehzahl unter einen gegebenen Mindestwert fällt – wobei gleichzeitig berücksichtigt wird, dass der Fahrer gegebenenfalls wünschen kann, dass die Motordrehzahl unter den Mindestwert fällt (wenn beispielsweise bei eingelegtem Gang bei Mindestmotordrehzahl gebremst wird oder in einen höheren Gang geschaltet wird), dass der Fahrkomfort erhalten bleiben muss, und dass plötzliche Schwankungen der Motordrehzahl normalerweise zu vermeiden sind; welche Aufgabe grob ausgedrückt dadurch gelöst wird, dass erforderlichenfalls das von dem Fahrer verlangte Verbrennungsdrehmoment erhöht wird, ohne jedoch das von dem Motor erzeugbare maximale Antriebsdrehmoment zu überschreiten.
In 5 ist die Steuerungsvorrichtung für die Motordrehzahl gemäß vorliegender Erfindung insgesamt mit 10 bezeichnet und ist in der elektronischen zentralen Steuerungseinheit (ECU) umgesetzt, die den Motor und das Fahrzeug steuert und mit 11 bezeichnet ist. Der Deutlichkeit halber enthält 5 auch das Blockdiagramm aus 1.
Die Steuerungsvorrichtung 10 enthält im wesentlichen vier Blöcke: einen Systemdrehzahlmessblock 12; einen Nachverfolgungsblock 13; eine Überwachungsblock 14; und einen Steuerungsblock 15.
Genauer ausgedrückt wählt der Systemdrehzahlmessblock 12 die bedeutendste, am besten geeignete Messung der Motordrehzahl ω_eng und verarbeitet erforderlichenfalls die gemessene Motordrehzahl, um die Dynamik zu reduzieren, die möglicherweise die Stabilität des gesteuerten Systems beeinträchtigen könnte.
Genauer ausgedrückt enthält der Systemdrehzahlmessblock 12 einen ersten Eingang, der die Motordrehzahl ω_eng empfängt; einen zweiten Eingang, der die Drehzahl eines Elements der Endantriebseinheit empfängt – nachfolgend einfach als Fahrzeugdrehzahl ω_veh bezeichnet; und einen Ausgang, der eine gemessene Motordrehzahl ω_meas abgibt, die mit der Motordrehzahl ω_eng oder der Fahrzeugdrehzahl ω_veh zusammenfallen kann, oder auch die auf der Basis eines gegebenen Kriteriums, wie weiter unten im Detail beschrieben wird, gefilterte Motordrehzahl ω_eng sein kann.
Genauer ausgedrückt kann die Motordrehzahl ω_eng beispielsweise mit einer bekannten Messeinrichtung gemessen werden, die mit der Kurbelwelle verbunden ist und durch eine auf die Kurbelwelle aufgesetzte Impulsscheibe und durch einen zu der Impulsscheibe weisenden elektromagnetischen Sensor gebildet ist, der ein die Drehzahl und Winkelposition der Impulsscheibe angebendes elektrisches Signal erzeugt.
Genauer ausgedrückt gibt die Motordrehzahlmesseinrichtung einen Motordrehzahlwert für jeden Zylinder an der oberen Totpunktposition des entsprechenden Kolbens ab und jeder Wert ist unmittelbar nach der halben Kurbelwellenumdrehung, die er betrifft (180° Motorwinkel), verfügbar.
Die Fahrzeugdrehzahl ω_veh andererseits gibt eine alternative Motordrehzahl ω_eng gegenüber der durch die vorstehend beschriebene Messeinrichtung abgegebenen an und kann durch eine beliebige bekannte Messeinrichtung gemessen werden, die beispielsweise mit den Achsantriebswellen oder einem drehenden Element an dem Differenzial verbunden ist. Aus weiter unten beschriebenen Gründen kann auch auf die Fahrzeugdrehzahl ω_veh verzichtet werden, sodass sie daher durch die unterbrochene Linie in 5 angedeutet ist.
Der Nachverfolgungsblock 13 steuert die so genannten Rückstellphasen, das heißt Übergänge zwischen verschiedenen Systemzuständen oder zwischen verschiedenen Motorsolldrehzahlwerten ω_targ.
Genauer ausgedrückt enthält der Nachverfolgungsblock 13 einen ersten Eingang, der eine Motorsolldrehzahl ω_targ empfängt, der die zu erreichende Motordrehzahl ω_eng angibt; einen zweiten Eingang, der ein maximales Motordrehmoment T_max empfängt; einen dritten Eingang, der die Gaspedalposition APP empfängt, die die von dem Motor 1 geforderte Leistung angibt; einen ersten Ausgang, der eine Motorreferenzdrehzahl ω_ref abgibt, die das planmäßige Muster der Motordrehzahl ω_eng während des Drehzahlübergangszustands zur Motorsolldrehzahl ω_targ angibt; und einen zweiten Ausgang, der ein Drehmoment vom offenen Kreis T_ol abgibt, welches das Drehmoment angibt, das von Moment zu Moment vom Motor 1 während des Drehzahlübergangszustands für die Motordrehzahl ω_eng erzeugt werden muss, um der Motorreferenzdrehzahl ω_ref zu folgen.
Der Überwachungsblock 14 führt eine Echtzeitschätzung der Motordrehzahl und des auf die Kurbelwelle wirkenden gesamten Widerstandsdrehmoments durch.
Genauer ausgedrückt enthält der Überwachungsblock 14 einen ersten Eingang, der die gemessene Motordrehzahl ω_meas von dem Systemdrehzahlmessblock 12 empfängt; einen zweiten Eingang, der das Verbrennungsdrehmoment T_cmb empfängt; einen ersten Ausgang, der eine überwachte Motordrehzahl ω_obs abgibt, die nur einen minimalen Teil der Sekundärdynamiken des Systems enthält, d. h. diejenigen, die nicht gesteuert werden und die die Leistung und Stabilität des Systems beeinträchtigen; und einen zweiten Ausgang, der ein überwachtes Widerstandsdrehmoment R_obs abgibt, das das gesamte auf die Kurbelwelle 2 wirkende Widerstandsdrehmoment angibt.
Der Steuerungsblock 15 enthält einen ersten Eingang, der ein Drehmoment vom offenen Kreis T_ol empfängt; einen zweiten Eingang, der die Motorreferenzdrehzahl ω_ref empfängt; einen dritten Eingang, der die überwachte Motordrehzahl ω_obs empfängt; einen vierten Eingang, der das überwachte Widerstandsdrehmoment R_obs empfängt; und einen Ausgang, der das Verbrennungsdrehmoment T_cmb abgibt.
Der Steuerungsblock 15 steuert dann den Motor 1 und insbesondere sein Einspritzsystem in der Weise, dass das von dem Motor 1 erzeugte Antriebsdrehmoment exakt gleich dem Verbrennungsdrehmoment T_cmb ist.
6 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm des Überwachungsblocks 14.
Wie 6 zeigt, hat der Überwachungsblock 14 eine geschlossene Regelkreisstruktur, in der die Rückkopplungsgröße durch die überwachte Motordrehzahl ω_obs definiert ist, die nur die Hauptdynamik enthält und dem Steuerungsblock 15 zugeliefert wird, um eine Instabilität des gesteuerten Systems zu verhindern.
Genauer ausgedrückt enthält der Überwachungsblock 14 einen Addierblock 16, der einen ersten Eingang hat, der die gemessene Motordrehzahl ω_meas empfängt, einen zweiten Eingang, der die überwachte Motordrehzahl ω_obs empfängt, und einen Ausgang, der einen Motordrehzahlfehler δω₁ abgibt, der gleich der Differenz zwischen der gemessenen Motordrehzahl ω_meas und der überwachten Motordrehzahl ω_obs ist; einen Widerstandsdrehmomentschätzblock 17, der einen Eingang hat, der den Motordrehzahlfehler δω₁ empfängt, einen ersten Ausgang, der das überwachte Widerstandsdrehmoment R_obs abgibt, und einen zweiten Ausgang, der ein momentanes Widerstandsdrehmoment R_inst abgibt, das anders als das überwachte Widerstandsdrehmoment R_obs die momentanen Schwankungen in dem Widerstandsdrehmoment berücksichtigt, die auf die Kurbelwelle 2 wirken, beispielsweise dadurch verursacht, dass die Fahrzeugräder über ein Loch oder einen Höcker auf der Straße laufen; und einen Systemmodellblock 18, der das Verhaltensmodell des durch den Motor 1, den Kraftübertragungsstrang 3 und das Fahrzeug 4 gebildeten Systems speichert und einen ersten Eingang hat, der das Verbrennungsdrehmoment T_cmb empfängt, einen zweiten Eingang, der das momentane Widerstandsdrehmoment R_inst empfängt, und einen Ausgang, der die dem Addierblock zugelieferte überwachte Motordrehzahl ω_obs abgibt.
Genauer ausgedrückt bestimmt der Systemmodellblock 18 die überwachte Motordrehzahl ω_obs als eine Funktion des Verbrennungsdrehmoments T_cmb des Motors und des momentanen Widerstandsdrehmoments R_inst gemäß folgender Gleichung: ωobs,i+1 = ωobs,i + g·(Tcmb,i – Rinst,i) 3) worin g die Systemmodellverstärkung ist.
7 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm des Widerstandsdrehmomentschätzblocks 17, der das gesamte auf die Kurbelwelle wirkende Widerstandsdrehmoment als eine Funktion der Differenz zwischen der gemessenen Motordrehzahl ω_meas und der überwachten Motordrehzahl ω_obs schätzt.
Der Aufbau des in 7 gezeigten Widerstandsdrehmomentschätzblocks basiert auf der Annahme, dass das gesamte auf die Kurbelwelle wirkende Widerstandsdrehmoment während einer Abtastperiode konstant bleibt, wobei es sich um die gleiche Annahme handelt, auf der die PI-Regelung (proportional-integral) basiert. Tatsächlich ist im stabilen Zustand das Verhalten der überwachten Motordrehzahl ω_obs ähnlich demjenigen der integralen Komponente der PI-Regelung.
Wie 7 zeigt, enthält der Widerstandsdrehmomentschätzblock 17 einen ersten Multiplikationsblock 19, der einen Eingang hat, der den Motordrehzahlfehler δω₁ empfängt, und einen Ausgang, der eine überwachte Widerstandsdrehmomentschwankung δT₁ abgibt, die gleich dem Motordrehzahlfehler δω₁ multipliziert mit einem Multiplikationskoeffizienten K₁ ist; einen ersten Addierblock 20, der einen ersten Eingang hat, der die überwachte Widerstandsdrehmomentschwankung δT₁ empfängt, einen zweiten Eingang, der das überwachte Widerstandsdrehmoment R_obs empfängt, und einen Ausgang, der ein aktualisiertes Widerstandsdrehmoment R_up gleich dem überwachten Widerstandsdrehmoment R_obs plus der überwachten Widerstandsdrehmomentschwankung δT₁ abgibt; und einen Verzögerungsblock 21, der einen Eingang hat, der das aktualisierte Widerstandsdrehmoment R_up empfängt, und einen Ausgang, der das überwachte Widerstandsdrehmoment R_obs abgibt.
Der Verzögerungsblock 21, der erste Addierblock 20 und der Rückkopplungszweig, durch den das überwachte Widerstandsdrehmoment R_obs zu dem ersten Addierblock 20 rückgekoppelt wird, bilden tatsächlich einen diskretes Addierglied, durch welches bei jedem Ab tastmoment das überwachte Widerstandsdrehmoment R_obs mit der überwachten Widerstandsdrehmomentschwankung δT₁ aktualisiert wird.
Der Widerstandsdrehmomentschätzblock 17 enthält ferner einen zweiten Multiplikationsblock 22, der einen Eingang hat, der einen Motordrehzahlfehler δω₁ empfängt, und einen Ausgang, der eine momentane Widerstandsdrehmomentschwankung δT₂ gleich dem Motordrehzahlfehler δω₁ multipliziert mit einem Multiplikationskoeffizienten K₂ abgibt; und einen zweiten Addierblock 23, der einen ersten Eingang hat, der das überwachte Widerstandsdrehmoment R_obs empfängt, einen zweiten Eingang, der die momentane Widerstandsdrehmomentschwankung δT₂ empfängt, und einen Ausgang, der das momentane Widerstandsdrehmoment R_inst als die Summe des überwachten Widerstandsdrehmoments R_obs und der momentanen Widerstandsdrehmomentschwankung δT₂ abgibt.
Wie zu erkennen ist, wird dann, wenn der Motordrehzahlfehler δω₁ Null ist (δω₁ = 0), angenommen, dass das überwachte Widerstandsdrehmoment R_obs korrekt ist und daher konstant gehalten wird. Im Gegensatz dazu wird dann, wenn der Motordrehzahlfehler δω₁ einen anderen Wert als Null hat (δω₁ ≠ 0), angenommen, dass der Motordrehzahlfehler δω₁, verursacht wird:

a) durch eine permanente Schwankung des überwachten Widerstandsdrehmoments R_obs (oder einer permanenten Differenz zwischen dem vom Fahrer geforderten Verbrennungsdrehmoment und dem tatsächlich erzielten Verbrennungsdrehmoment). Diese Schwankung (Differenz) des Drehmoments wird mittels des Multiplikationskoeffizienten K₁ berechnet: δT1 = K1·δω1 4)Der Term δT₁ aktualisiert das überwachte Widerstandsdrehmoment R_obs und wirkt sich daher fortwährend auf das überwachte Motordrehmoment ω_obs aus;
b) durch eine zufällige Schwankung des überwachten Widerstandsdrehmoments R_obs (oder eine zufällige Differenz zwischen dem vom Fahrer geforderten Verbrennungsdrehmoment und dem tatsächlich erzielten Verbrennungsdrehmoment). Diese Schwankung (Differenz) des Drehmoments wird mittels des Multiplikationskoeffizienten K₁ berechnet: δT2 = K2·δω1 5)

Der Term δT₂ wirkt sich im Gegensatz zu der Aktualisierung des überwachten Widerstandsdrehmoments R_obs nur auf den nächsten Wert der überwachten Motordrehzahl ω_obs über das momentane Widerstandsdrehmoment R_inst aus, und zwar gemäß der Gleichung: Rinst,i = Robs,i + δT2 6)
Der Term δT₂ wird tatsächlich berechnet, um nur das momentane Widerstandsdrehmoment R_inst und damit die überwachte Motordrehzahl ω_obs in dem Fall der zufälligen Schwankung zu korrigieren, jedoch nicht das überwachte Widerstandsdrehmoment R_obs, wie vorstehend erläutert.
Die Multiplikationskoeffizienten K₁ und K₂ sind eine Funktion der Konvergenzzeit des Überwachungsblocks 14 und können unter Verwendung von umfassend dokumentierten Formeln (die in jedem ausführlicheren Text über die Theorie der automatischen Steuerung zu finden sind) berechnet werden.
8 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm des Nachverfolgungsblocks 13 zur Steuerung der Rückstellphasen, das heißt der Übergänge zwischen verschiedenen Systemzuständen oder zwischen unterschiedlichen Motorsolldrehzahlwerten ω_targ.
Wie 8 zeigt, hat der Nachverfolgungsblock 13 die Struktur eines offenen Regelkreises, was auf der Annahme basiert, dass der Nachverfolgungsblock das System als durch das Systemmodell perfekt beschrieben betrachtet.
Genauer ausgedrückt enthält der Nachverfolgungsblock 13 einen Drehmomentsverlaufsblock 24, der einen ersten Eingang hat, der das maximale Motordrehmoment T_max empfängt, einen zweiten Eingang, der die Motorsolldrehzahl ω_targ empfängt, einen dritten Eingang, der die Motorreferenzdrehzahl ω_ref empfängt, einen Eingang, der die Gaspedalposition APP empfängt, und einen Ausgang, der das Drehmoment T_ol vom offenen Kreis abgibt, das wie dargelegt das Drehmoment angibt, das Moment für Moment von dem Motor zu liefern ist, damit die Motordrehzahl ω_eng der Motorreferenzdrehzahl ω_ref folgt; und einen Systemmodellblock 25, der mit dem Systemmodellblock 18 in 6 identisch ist und einen Eingang hat, der das Drehmoment T_ol vom offenen Kreis empfängt und einen Ausgang, der die Motorreferenzdrehzahl ω_ref abgibt.
Wenn die vorstehend genannte Annahme gegeben ist, dass der Nachverfolgungsblock 13 das System als von dem Systemmodell perfekt beschrieben betrachtet, folgt, dass vom Standpunkt des Nachverfolgungsblocks 13 die Winkelgeschwindigkeit des Systems (d. h. die gesteuerte Größe) die Motorreferenzdrehzahl ω_ref ist.
Aus diesem Grund arbeitet der Drehmomentverlaufsblock 24, indem er die Motorreferenzdrehzahl ω_ref mit der Motorsolldrehzahl ω_targ vergleicht, um zu bestimmen, ob das System beschleunigt werden muss oder nicht.
Wenn die Motorreferenzdrehzahl ω_ref von der Motorsolldrehzahl ω_targ verschieden ist (ω_ref ≠ ω_targ), startet der Drehmomentverlaufsblock 24 eine Rückstellphase und erzeugt an seinem Ausgang ein Drehmoment T_ol vom offenen Kreis mit einem über die Zeit trapezförmigen Verlauf, wie 9 zeigt.
Genauer ausgedrückt bilden die Parameter, die den trapezförmigen Verlauf des Drehmoments T_ol vom offenen Kreis bestimmen – d. h. der Maximalwert T_ol,max, (der niemals höher als das maximale Motordrehmoment T_max ist), die Neigung α₁ des ansteigenden Abschnitts und die Neigung α₂ des abfallenden Abschnitts – die charakteristischen Parameter des Nachverfolgungsblocks 13 und sind eine Funktion der Gaspedalposition und des eingelegten Ganges.
Genauer ausgedrückt wird jedem charakteristischen Parameter des Nachverfolgungsblocks 13 ein zulässiger Veränderungsbereich zugewiesen, der durch einen Minimalwert und einen Maximalwert definiert ist, die eine Funktion des eingelegten Ganges sind und durch Tests bestimmt werden, die vom Hersteller durchgeführt werden; und der Wert jedes charakteristischen Parameters wird durch lineare Interpolation des jeweiligen Paares von Minimal- und Maximalwerten als Funktion der Gaspedalstellung bestimmt.
Genauer ausgedrückt nimmt dann, wenn das Gaspedal nicht gedrückt wird (APP = 0%) jeder charakteristische Parameter den jeweiligen Minimalwert an; wenn das Gaspedal halb gedrückt wird (APP = 50%), nimmt jeder charakteristische Parameter den Zwischenwert zwischen dem jeweiligen Minimal- und Maximalwert an; und wenn das Gaspedal vollständig gedrückt wird (APP = 100%), nimmt jeder charakteristische Parameter den jeweiligen Maximalwert an.
Beispielsweise können die Neigungen α₁ und α₂ des ansteigenden und des abfallenden Abschnitts des trapezförmigen Verlaufs des Drehmoments T_ol vom offenen Kreis unter Verwendung der folgenden Formel berechnet werden:
Eine ähnliche Formel kann verwendet werden, um den Maximalwert T_ol,max des Drehmoments T_ol vom offenen Kreis zu berechnen.
Die Rückstellphase endet, wenn die Motorreferenzdrehzahl ω_ref die Motorsolldrehzahl ω_targ erreicht und das Drehmoment T_ol vom offenen Kreis daher gleich Null wird, d. h. ωref = ωmin ⇒ Tol = 0welche Situation andauert, bis eines der folgenden Ereignisse auftritt:

– die Motorsolldrehzahl ω_targ ändert sich;
– der Systemstatus ändert sich und die Motorreferenzdrehzahl ω_ref wird mit einem anderen Wert initialisiert.

Wenn dies wiederum zu dem Resultat ω_ref ≠ ω_targ führt, beginnt der Nachverfolgungsblock 13 eine weitere Rückstellphase.
Die entsprechende Motorreferenzdrehzahl ω_ref kann unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet werden: ωref,i+1 = ωref,i + g·Tol,i
Mit dem Drehmomentverlauf aus 9 geht während des Übergangsdrehzahlzustands die Motorreferenzdrehzahl ω_ref von dem vor dem Beginn des Übergangszustands angenommenen Wert auf die Motorsolldrehzahl ω_targ mit einem in 10 gezeigten Verlauf über, was für eine gleichmäßige Rückstellphase und damit für einen Übergangsdrehzahlzustand sorgt, bei dem für den Fahrer oder die Mitfahrer des Fahrzeugs keine Unannehmlichkeiten auftreten.
11 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm des Steuerungsblocks 15, der wie angegeben mit dem Nachverfolgungsblock 13 und dem Überwachungsblock 14 verbunden ist und das Verbrennungsdrehmoment T_cmb zum Erzielen des gewünschten Übergangsdrehzahlzustands erzeugt.
Genauer ausgedrückt enthält der Steuerungsblock 15 einen ersten Addierblock 26, der einen ersten Eingang hat, der die Motorreferenzdrehzahl ω_ref empfängt, einen zweiten Eingang, der die überwachte Motordrehzahl ω_obs empfängt, und einen Ausgang, der einen Motordrehzahlfehler δω₂ gleich der Differenz zwischen der Motorreferenzdrehzahl ω_ref und der überwachten Motordrehzahl ω_obs abgibt; eine Multiplikationsblock 27, der einen Eingang hat, der den Motordrehzahlfehler δω₂ empfängt, und einen Ausgang, der ein proportionales Drehmoment T_prop gleich dem Motordrehzahlfehler δω₂ multipliziert mit einem Multiplikationskoeffizienten K₃ abgibt; einen zweiten Addierblock 28, der einen ersten Eingang hat, der das proportionale Drehmoment T_prop empfängt, einen zweiten Eingang, der das überwachte Widerstandsdrehmoment R_obs empfängt, und einen Ausgang, der ein Drehmoment T_cl vom geschlossenen Kreis gleich der Differenz zwischen dem proportionalen Drehmoment T_prop und dem überwachten Widerstandsdrehmoment R_obs abgibt; und einen dritten Addierblock 29, der einen ersten Eingang hat, der das Drehmoment T_cl vom geschlossenen Kreis empfängt, einen zweiten Eingang, der das Drehmoment T_ol vom offenen Kreis empfängt, und einen Ausgang, der das Verbrennungsdrehmoment T_cmb als die Summe des Drehmoments T_cl vom geschlossenen Kreis und des Drehmoments T_ol vom offenen Kreis abgibt.
Wie zu erkennen ist, ist das Verbrennungsdrehmoment T_cmb die Summe von zwei Beiträgen:

a) das Drehmoment T_cl vom geschlossenen Kreis, das sicherstellt, dass die überwachte Motordrehzahl ω_obs der Motorreferenzdrehzahl ω_ref folgt und das wiederum die Summe von zwei Beiträgen ist:
a1) das proportionale Drehmoment T_prop, das proportional zu der Differenz zwischen der Motorreferenzdrehzahl ω_ref und der überwachten Motordrehzahl ω_obs ist, d. h. Tprop = K3·(ωref – ωobs)worin K₃ der Parameter ist, der den Steuerungsblock definiert;
a2) das überwachte Widerstandsdrehmoment R_obs, das sich im stabilen Zustand in der gleichen Weise wie die integrale Komponente einer proportional-integral-Regelung mit geschlossenem Regelkreis verhält;
b) das Drehmoment T_ol vom offenen Kreis, das sicherstellt, dass die Motorreferenzdrehzahl ω_ref der Motorsolldrehzahl ω_targ während der Rückstellphase folgt.

Wie auch die Multiplikationskoeffizienten K₁ und K₂ ist der Koeffizient K₃ ebenfalls eine Funktion der Konvergenzzeit des Überwachungsblocks 14 und kann unter Verwendung von umfassend dokumentierten Formeln (die in jedem ausführlicheren Text über die Theorie der automatischen Steuerung zu finden sind) berechnet werden.
12 zeigt den Verlauf des Drehmoments T_cl vom geschlossenen Kreis als eine Funktion der überwachten Motordrehzahl ω_obs. Wie zu erkennen ist, ist dann, wenn ω_obs = ω_ref, T_cl = R_obs, d. h. dass keine Beschleunigung/Verzögerung vom geschlossenen Kreis angefordert wird.
Wie dargelegt ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung der Weg, wie der Systemdrehzahlmessblock 12 die gemessene Motordrehzahl ω_meas als eine Funktion der Motordrehzahl ω_eng und der Fahrzeugdrehzahl ω_veh abgibt.
Genauer ausgedrückt ist die Motordrehzahl ω_eng eine Größe, die in Echtzeit von der entsprechenden Messeinrichtung an den oberen Totpunktpositionen der jeweiligen Kolben des Zylinders abgegeben wird, und steht unmittelbar nach der betreffenden halben Umdrehung der Kurbelwelle 2 zur Verfügung (180° Motorwinkel). Da sie jedoch alle vorstehend genannten Dynamiken, nicht nur die Hauptdynamik enthält, muss sie zum Entfernen der unerwünschten Dynamiken wie nachfolgend im Detail beschrieben bearbeitet werden.
Genauer ausgedrückt offenbaren sich die Störgeräusche, die die Motordrehzahl ω_eng beeinflussen, in den verschiedenen einzelnen Motordrehzahlwerten, die von der entsprechenden Messeinrichtung an den entsprechenden oberen Totpunktpositionen in jedem Motorarbeitsspiel abgegeben werden, auch wenn die Motordrehzahl ω_eng innerhalb des Motorarbeitsspiels mehr oder weniger konstant ist, und werden normalerweise durch ein unterschiedliches Verhalten der verschiedenen Motorbauteile oder des Einspritzsystems beispielsweise auf Grund von Konstruktionstoleranzen der Bauteile, insbesondere der elektrischen Einspritzeinrichtungen, verursacht.
Die Fahrzeugdrehzahl ω_veh hat andererseits keine Arbeitsspieldynamik und nur eine sehr geringe Kraftübertragungsstrangdynamik, ist jedoch hinsichtlich der Motordrehzahl ω_eng verzögert, bei der sich um die gesteuerte Größe handelt, und zwar auf Grund der Elastizität des Kraftübertragungsstrangs; und die Verzögerung wird durch die Übertragungszeit weiter vergrößert, wenn das Signal über ein CAN-Netz zur Verfügung gestellt wird.
Unter Berücksichtigung der vorstehenden Tatsachen ist es von der Art der Anwendung abhängig, ob die Motordrehzahl ω_eng oder die Fahrzeugdrehzahl ω_veh von dem Systemdrehzahlmessblock 12 verwendet werden, um die gemessene Motordrehzahl ω_meas zu erzeugen. Genauer ausgedrückt wird in allen Anwendungen, bei welchen die Fahrzeugdrehzahl ω_veh eine tatsächliche Verbesserung gegenüber der Motordrehzahl ω_eng darstellt, d. h. wenn die Fahrzeugdrehzahl ω_veh gegenüber der Motordrehzahl ω_eng nur geringfügig verzögert ist oder die Übertragungsstrangdynamik, die sie enthält, im wesentlichen vernachlässigbar ist, dann die gemessene Motordrehzahl ω_meas durch die Fahrzeugdrehzahl ω_veh definiert. In allen anderen Fällen, d. h. wenn die Fahrzeugdrehzahl ω_veh relativ zu der Motordrehzahl ω_eng übermäßig stark verzögert ist oder die Übertragungsstrangdynamik beträchtlich ist, oder wenn die Fahrzeugdrehzahl ω_veh auf Grund der Tatsache, dass die entsprechende Messeinrichtung nicht vorgesehen ist, nicht gemessen wird, ist die gemessene Motordrehzahl ω_meas eine Funktion der Motordrehzahl ω_eng.
Genau ausgedrückt ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung bei Anwendungen, in welchen der Systemdrehzahlmessblock 12 die Motordrehzahl ω_eng verwendet, die von dem Systemdrehzahlmessblock 12 abgegebene gemessene Motordrehzahl ω_meas durch die Motordrehzahl ω_eng definiert, die von der entsprechenden Messeinrichtung gemessen wird, wenn die Motordrehzahl ω_eng in einem Übergangszustand ist, und ist durch die in geeigneter Weise über ein vorbestimmtes Zeitfenster gefilterte Motordrehzahl – nachfolgend als gefilterte Drehzahl ω_filt bezeichnet – definiert, wenn die Motordrehzahl ω_eng in einem im wesentlichen stabilen Zustand ist.
Da genauer ausgedrückt dann, wenn die Motordrehzahl ω_eng in einem Übergangszustand ist, die die Motordrehzahl ω_eng messende Einrichtung einen Wert der Motordrehzahl ω_eng für jeden Zylinder an der oberen Totpunktposition des entsprechenden Kolbens abgibt und jeder Wert unmittelbar nach der halben Kurbelwellenumdrehung, auf die er sich bezieht, verfügbar ist, wird die gefilterte Drehzahl ω_filt durch Filtern der Motordrehzahl ω_eng über ein bewegliches Fenster einer Amplitude, die einem Motorarbeitsspiel entspricht, erzeugt, d. h. die gefilterte Drehzahl ω_filt wird als ein beweglicher Durchschnittswert der letzten vier Werte, die von der Messeinrichtung abgegeben wurden, berechnet.
Die Unterscheidung zwischen dem Übergangszustand und dem im wesentlichen stabilen Zustand der Motordrehzahl ω_eng erfolgt auf der Basis der Ableitung der gefilterten Drehzahl ω_filt. Genauer ausgedrückt wird davon ausgegangen, dass die Motordrehzahl ω_eng in einem im wesentlichen stabilen Zustand ist, wenn die Ableitung der gefilterten Drehzahl ω_filt über mindestens ein vollständiges Motorarbeitsspiel unter einem gegebenen Schwellenwert liegt. Andernfalls wird davon ausgegangen, dass die Motordrehzahl ω_eng in einem Übergangszustand ist.
Mit anderen Worten wird angenommen, dass die Motordrehzahl ω_eng in einem im wesentlichen stabilen Zustand ist, wenn mindestens vier aufeinanderfolgende Werte der Ableitung der mittleren Wert der Motordrehzahl ω_eng unter dem Schwellenwert liegen, der eine Funktion des eingelegten Ganges ist.
Es sei hervorgehoben, dass zwischen dem stabilen oder dem Übergangszustand der Motordrehzahl ω_eng und dem Betriebszustand des Motors eine Beziehung vorliegt. Genauer ausgedrückt fällt der Übergangszustand der Motordrehzahl ω_eng mit dem so genannten Motordrehzahlübergangszustand zusammen, während der im wesentlichen stabile Zustand der Motordrehzahl ω_eng mit dem so genannten stabilen Motordrehzahlzustand zusammenfällt.
13 zeigt als Beispiel ein Diagramm der von der entsprechenden Messeinrichtung gemessenen Motordrehzahl ω_eng und der gefilterten Drehzahl ω_filt. Genauer ausgedrückt geben die Punkte auf der Kurve der Motordrehzahl ω_eng die einzelnen Werte der Motordrehzahl ω_eng an, die von der Messeinrichtung an den oberen Totpunktpositionen der Kolben der entsprechenden Zylinder abgegeben werden, während jeder Punkt auf der Kurve der gefilterten Drehzahl ω_filt den Mittelwert von mindestens vier von der Messeinrichtung abgegebenen Werten der Motordrehzahl ω_eng darstellt.
14 zeigt ein Diagramm der Ableitung der gefilterten Drehzahl dω_filt/dt; und den Schwellenwert Th, der in Abhängigkeit von dem eingelegten Gang verwendet wird, um zwischen dem Übergangszustand und dem im wesentlichen stabilen Zustand der Motordrehzahl ω_eng zu unterscheiden.
Wenn die gemessene Motordrehzahl ω_meas wie vorstehend beschrieben erzeugt wird, wird dem Überwachungsblock die gefilterte Drehzahl ω_filt zugeliefert, wenn die Motordrehzahl ω_eng in dem im wesentlichen stabilen Zustand ist, um die Dynamiken zu eliminieren, die die Stabilität des Systems beeinträchtigen könnten, und die Filterverzögerung hat keine Auswirkung auf die Steuerung durch das System als Folge davon, dass der Motor in diesem Zustand bei einer Drehzahl arbeitet, bei der die Betriebsgrößen des Motors oder des Fahrzeugs im wesentlichen stabil sind oder nur langsamen Veränderungen unterliegen, die kein rasches Eingreifen des Systems erfordern.
Wenn im Gegensatz dazu die Motordrehzahl ω_eng im Übergangszustand ist, wird dem Überwachungsblock direkt die von der Messeinrichtung gemessene Motordrehzahl ω_eng zugeliefert, sodass das System in der Lage ist, die entsprechenden Betriebsgrößen in Echtzeit zu steuern.
Wie in der Einführung angegeben ist die Motordrehzahl ω_eng gemäß Gleichung 1), die das Fahrzeug und den Antriebsstrang unter dem Standpunkt des Systems beschreibt, von dem Trägheitsmoment des Fahrzeugs abhängig, das wiederum von dem im Fahrzeuggetriebe eingelegten Gang abhängig ist.
Der eingelegte Gang ist daher eine der Betriebsgrößen des Fahrzeugs, die von der zentralen Steuerungseinheit bestimmt werden müssen, um die Motordrehzahl ω_eng zu steuern.
Es folgt eine Beschreibung eines perfektionierten Verfahrens zum Bestimmen des im Fahrzeuggetriebe eingelegten Ganges.
Bekanntlich hat das Getriebe für jeden eingelegten Gang ein jeweiliges Nennübersetzungsverhältnis, das als das Verhältnis zwischen der Drehzahl der Kurbelwelle und derjenigen der Ausgangswelle des Getriebes definiert ist. Diese Definition gilt auch, wenn die Kupplung ausgekuppelt ist und zwischen dem Motor und dem Getriebe tatsächlich keine Leistung übertragen wird.
Gegenwärtig wird der eingelegte Getriebegang direkt durch die elektronische zentrale Steuerungseinheit (ECU) bestimmt, indem zunächst das Verhältnis zwischen der Drehzahl der Kurbelwelle und demjenigen der Getriebeausgangswelle berechnet wird; das berechnete Übersetzungsverhältnis mit einer Anzahl von Übersetzungsverhältnisbereichen oder -bändern verglichen wird, die jeweils um ein jeweiliges Nennübersetzungsverhältnis eines entsprechenden Ganges zentriert sind; und schließlich der Gang bestimmt wird, indem festgestellt wird, welches Übersetzungsverhältnisband das berechnete Übersetzungsverhältnis enthält.
Genauer ausgedrückt sind die Übersetzungsbänder aneinanderhängend und aufeinanderfolgend und haben jeweils eine Amplitude, die von dem jeweiligen Gang abhängig ist und die normalerweise grob etwa ±20% des jeweiligen Nennübersetzungsverhältnisses beträgt.
Obgleich das vorstehende Verfahren zur Bestimmung des eingelegten Ganges in breitem Umfang verwendet wird, weist es einen wesentlichen Nachteil auf, der verhindert, dass es in vollem Umfang ausgenutzt wird.
Genauer ausgedrückt müssen einige der von der zentralen Steuerungseinheit verwendeten Algorithmen – insbesondere diejenigen, die die verschiedenen mit dem Schalten von Gängen zusammenhängenden Betriebsabläufe steuern – wissen, wann beim Umschalten von Gängen das Getriebe den Leerlaufzustand durchläuft, in dem kein Gang in Eingriff steht; was praktisch unmöglich festzustellen ist, wenn man die zusammenhängende Anordnung der Übersetzungsbänder betrachtet.
Ein Vorschlag zum Beseitigen dieses Nachteils – der in einigen Fällen tatsächlich umgesetzt wurde – ist, die Übersetzungsverhältnisbänder schmäler zu machen, sodass sie voneinander gelöst, d. h. nicht zusammenhängend sind, und so zwischen jedem Paar von benachbarten Übersetzungsverhältnisbändern ein Band zu bilden, das ohne Bezug auf ein Übersetzungsverhältnis mit dem Leerlaufzustand in Bezug gesetzt werden kann.
Auf diese Weise läuft beim Umschalten von Gängen, wenn das von der zentralen Steuerungseinheit berechnete Übersetzungsverhältnis von dem zuvor eingenommenen zu dem benachbarten Übersetzungsverhältnisband übergeht, es durch ein Leerlaufband, wodurch es möglich wird, den entsprechenden Leerlaufzustand zu bestimmen.
Obgleich sie es erfolgreich ermöglicht, den Durchgang durch den Leerlaufzustand beim Schalten von Gängen zu bestimmen, hat diese Lösung auch einen Nachteil, der verhindert, dass sie vollständig ausgenutzt wird.
Genauer ausgedrückt verursacht bei bestimmten Fahrzeugbetriebsbedingungen, beispielsweise raschen Übergangsbetriebszuständen, die durch starkes Bremsen oder Beschleunigen mit eingelegtem Gang verursacht werden, die Torsionselastizität des Kraftübertragungsstrangs, dass die Drehzahlen der Kurbelwelle und der Getriebeausgangswelle um die Nennwerte schwanken, die sie als Funktion der Fahrersteuerung bzw. des eingelegten Ganges annehmen sollten.
Insbesondere sind die Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle außer Phase mit denjenigen der Getriebeausgangswelle und haben bedingt durch die unterschiedlichen Trägheitsmomente des Motors und des gesamten Fahrzeugs, mit dem der Kraftübertragungsstrang verbunden ist, eine größere Amplitude.
Obgleich dies im Hinblick auf die mechanischen Auswirkungen auf den Kraftübertragungsstrang und den Motor unwesentlich ist, können Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle und der Getriebeausgangswelle ernstliche Auswirkungen im Hinblick auf die Fahrzeugsteuerung haben.
Das heißt, dass die Amplitude und die Phasenverschiebung der Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle und der Getriebeausgangswelle verursachen können, dass das von der zentralen Steuerungseinheit berechnete Übersetzungsverhältnis zeitweilig aus dem entsprechenden Übersetzungsverhältnisband auswandert, was zur falschen Erfassung des Leerlaufzustands durch die zentrale Steuerungseinheit und zu allen nachteiligen Folgen führt, die dies im Hinblick auf die Steuerung des Fahrzeugbetriebs mit sich bringt.
Um diesen Nachteil zu beseitigen, wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung die Amplitude der Übersetzungsverhältnisbänder als eine Funktion der Amplitude der Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle und der Getriebeausgangswelle moduliert. Das heißt, dass die Übersetzungsverhältnisbänder proportional zu der Amplitude der Schwankungen verbreitert werden.
Genauer ausgedrückt wird, da das nützliche Drehmoment des Motors die Differenz zwischen dem durch die Verbrennung erzeugten Antriebsdrehmoment und dem auf den Motor wirkenden Widerstandsdrehmoment ist, das unter anderen Dingen durch die Torsionselastizität des Kraftübertragungsstrangs verursacht ist, die Amplitude der Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle und der Getriebeausgangswelle durch Berechnen der Veränderung des auf den Motor wirkenden Widerstandsdrehmoments bestimmt.
Genauer ausgedrückt wird die Veränderung des auf den Motor wirkenden Widerstandsdrehmoments bestimmt, indem zunächst die Veränderung des nützlichen Drehmoments des Motors berechnet wird, das, wenn die bekannte lineare Beziehung zwischen dem Drehmoment und der Winkelbeschleunigung des Motors gegeben ist, proportional zu der zweiten Ableitung der Motordrehzahl ist (die Ableitung ist die Differenz zwischen der gegenwärtigen und der vorhergehenden Abtastung); und anschließend von der Veränderung des nützlichen Drehmoments des Motors die Veränderung des Verbrennungsdrehmoments des Motors subtrahiert wird, das heißt das von der Kraftstoffverbrennung erzeugten Antriebsdrehmoment, welches eine Größe ist, die von der zentralen Steuerungseinheit in bekannter und daher nicht im Detail beschriebener Weise als eine Funktion der von den elektrischen Einspritzeinrichtungen eingespritzten Kraftstoffmenge berechnet werden kann.
Sobald die Veränderung des auf den Motor wirkenden Widerstandsdrehmoments bestimmt ist, wird seine Hüllkurve bestimmt und die Amplitude jedes Übersetzungsverhältnisbandes wird proportional zu dem Verhältnis zwischen der Hüllkurve der Veränderung des auf den Motor wirkenden Widerstandsdrehmoments und dem Trägheitsmoment des Motors erhöht.
Genauer ausgedrückt ist der obere Grenzwert jedes Übersetzungsverhältnisbandes die Summe eines konstanten Beitrags, der während der Konstruktionsphase des Fahrzeugs bestimmt wird, und eines zu dem Verhältnis zwischen der Hüllkurve der Veränderung des auf den Motor wirkenden Widerstandsdrehmoments und dem Trägheitsmoment des Motors proportionalen Beitrags; und der untere Grenzwert jedes Übersetzungsverhältnisbandes ist gleich der Differenz zwischen einem konstanten Beitrag, der ebenfalls während der Konstruktionsphase des Fahrzeugs bestimmt wird (und symmetrisch auf der entgegengesetzten Seite des entsprechenden Nennübersetzungsverhältnisses relativ zu dem konstanten Beitrag des oberen Grenzwerts angeordnet ist), und einem zu dem Verhältnis zwischen der Hüllkurve der Veränderung des auf den Motor wirkenden Widerstandsdrehmoments und dem Trägheitsmoment des Motors proportionalen Beitrag.
Der Verhältnisfaktor, der die Breitenzunahme der Übersetzungsverhältnisbänder und das Verhältnis zwischen der Hüllkurve der Veränderung des auf den Motor wirkenden Widerstandsdrehmoments und dem Trägheitsmoment des Motors zueinander in Beziehung setzt, ist von der Amplitude der Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle und der Getriebeausgangswelle und damit den mechanischen Eigenschaften des Kraftübertragungsstrangs und der gewünschten Breitenzunahme der Übersetzungsverhältnisbänder abhängig.
Der Leerlaufzustand und der Zustand mit eingelegtem Gang des Getriebes werden wie folgt unterschieden.
Am Ende der so genannten Motorstartphase wird davon ausgegangen, dass das Getriebe im Leerlauf ist; in allen anderen Fällen jedoch wird der Leerlaufzustand des Getriebes festgestellt, wenn das von der zentralen Steuerungseinheit berechnete Übersetzungsver hältnis in einem der Leerlaufbänder liegt (d. h. nicht in einem der Übersetzungsverhältnisbänder liegt).
Der Übergang von dem Leerlaufzustand des Getriebes zu dem Zustand mit eingelegtem Gang wird andererseits nur dann festgestellt, wenn die beiden folgenden Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind:

a) das von der zentralen Steuerungseinheit berechnete Übersetzungsverhältnis liegt in einem Übersetzungsverhältnisband;
b) der absolute Wert der Ableitung des von der zentralen Steuerungseinheit berechneten Übersetzungsverhältnisses liegt unter einem gegebenen Schwellenwert.

Die Bedingung b) wird geprüft, um zu verhindern, dass die zentrale Steuerungseinheit fehlerhaft einen Zustand mit eingelegtem Gang feststellt, wenn das Getriebe tatsächlich im Leerlauf ist und im Leerlauf gehalten wird.
Tatsächlich wird unmittelbar nachdem das Getriebe in den Leerlauf geschaltet wird und dort gehalten wird, keine Leistung von dem Motor zu den Fahrzeugrädern übertragen, sodass die Drehzahlen der Kurbelwelle und der Getriebeausgangswelle sich unabhängig voneinander entwickeln, und das von der zentralen Steuerungseinheit berechnete Übersetzungsverhältnis kann die Übersetzungsverhältnisbänder, die mit den anderen Gängen in Bezug stehen, überqueren.
Wenn beispielsweise das Fahrzeug entlang einer flachen Straße fährt, nimmt das von der zentralen Steuerungseinheit berechnete Übersetzungsverhältnis im wesentlichen stetig mit der Zeit ab und überquert alle Übersetzungsverhältnisbänder der Gänge, die niedriger sind als der vor dem Schalten in den Leerlauf eingelegte.
Wenn folglich der Übergang von dem Leerlauf in einen Zustand mit eingelegtem Gang allein auf der Basis des Vergleichs in Punkt a) bestimmt werden würde, würde jedesmal dann, wenn das von der zentralen Steuerungseinheit berechnete Übersetzungsverhältnis in einem Übersetzungsverhältnisband liegt, während es die Übersetzungsverhältnisbänder der Gänge durchquert, die niedriger sind als der vor dem Schalten in den Leerlauf eingelegte Gang, die zentrale Steuerungseinheit fehlerhaft einen Zustand mit eingelegtem Gang feststellen, wenn tatsächlich das Getriebe noch im Leerlauf ist.
Die Überprüfung von Punkt b) verhindert, dass dies geschieht, jedoch unter der Bedingung, dass der in dem Vergleich von Punkt b) verwendet der Schwellenwert niedriger ist als der absolute Wert der Ableitung des von der zentralen Steuerungseinheit berechneten Übersetzungsverhältnisses, wenn das Getriebe im Leerlauf ist.
Tatsächlich nimmt dann, wie unter Bezug auf das entlang einer flachen Straße fahrende Fahrzeug angeführt, wenn das Getriebe in den Leerlauf geschaltet wird, das von der zentralen Steuerungseinheit berechnete Übersetzungsverhältnis im wesentlichen stetig über die Zeit ab, sodass seine Ableitung einen konstanten Wert annimmt.
Daher wird durch das Auswählen eines Schwellenwertes, der niedriger ist als der absolute Wert der Ableitung des von der zentralen Steuerungseinheit berechneten Übersetzungsverhältnisses, wenn das Getriebe im Leerlauf ist, jedesmal dann, wenn das von der zentralen Steuerungseinheit berechnete Übersetzungsverhältnis in einem Übersetzungsverhältnisband liegt, während es die Übersetzungsverhältnisbänder von Gängen durchquert, die niedriger sind als der vor dem Schalten in den Leerlauf eingelegte Gang, die Bedingung in Punkt a) erfüllt, jedoch nicht die in Punkt b), sodass die zentrale Steuerungseinheit richtig weiterhin den Leerlaufzustand feststellt.
Im Gegensatz zu seinem konstanten Verhalten folgt der in Punkt b) verwendete Schwellenwert dem gleichen Muster wie die Grenzwerte der Übersetzungsverhältnisbänder, d. h. er wird auch als eine Funktion der Amplitude der Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle und der Getriebeausgangswelle in Bezug auf die Werte, die sie als eine Funktion der Fahrersteuerung und des eingelegten Ganges annehmen sollten, moduliert.
Genauer ausgedrückt ist der Schwellenwert gleich der Summe eines konstanten Beitrags und eines Beitrags, der proportional zu dem Verhältnis zwischen der Hüllkurve der Veränderung des auf den Motor wirkenden Widerstandsdrehmoments und dem Trägheitsmoment des Motors ist.
Unter Berücksichtigung des vorstehend unter Bezug auf die Überprüfung in Punkt b) gesagten, die verhindert, dass fehlerhaft ein Zustand mit eingelegtem Gang festgestellt wird, wenn das Getriebe tatsächlich im Leerlauf ist, wird der konstante Beitrag so niedrig gewählt, wie es unter Berücksichtigung der Störgeräusche möglich ist, die mit dem in Leerlaufstellung des Getriebes berechneten Übersetzungsverhältnis verbunden sind.
Tatsächlich sind dann, wenn das Getriebe in Leerlaufstellung ist, der Motor und das Fahrzeug voneinander getrennt und die Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle und der Getriebeausgangswelle um die Werte, die sie als eine Funktion der Fahrersteuerung und des eingelegten Ganges annehmen sollten, sind Null, sodass der Schwellenwert mit dem konstanten Beitrag zusammenfällt und verhindert, dass ein Zustand mit eingelegtem Gang fehlerhaft festgestellt wird.
Der zu dem Verhältnis zwischen der Hüllkurve der Veränderung des auf den Motor wirkenden Widerstandsdrehmoments und dem Trägheitsmoment des Motors proportionale Beitrag sorgt für eine Beschleunigung der Bestimmung des Zustands mit eingelegtem Gang. Das heißt, dass dann, wenn ein Gang eingelegt wird, sodass in Abhängigkeit davon, ob die Kupplung rasch gelöst wird oder nicht, die vorstehend beschriebenen Schwankungen auftreten können, der zu dem Verhältnis zwischen der Hüllkurve der Schwankung des auf den Motor wirkenden Widerstandsdrehmoments und dem Trägheitsmoment des Motors proportionale Beitrag den Schwellenwert relativ zu dem im Leerlaufzustand angenommenen Wert erhöht, so dass der absolute Wert der Ableitung des von der zentralen Steuerungseinheit berechneten Übersetzungsverhältnisses weniger Zeit benötigt, um niedriger als der Schwellenwert zu werden, und die Bedingung in Punkt b) daher schneller erfüllt wird, als wenn der Schwellenwert auf dem in dem Leerlaufzustand angenommenen Wert bliebe.
Der mit der Erhöhung des Schwellenwerts und dem Verhältnis zwischen der Hüllkurve der Schwankung des auf den Motor wirkenden Widerstandsdrehmoments und dem Trägheitsmoment des Motors in Beziehung stehende Verhältnisfaktor wird daher in der Konstruktionsphase auf der Basis der vorstehenden Betrachtungen gewählt.
15, 16, 17 und 18 zeigen als Beispiele Diagramme einiger der vorstehend genannten Größen beim Schalten von Gängen, d. h. während eines Übergangszustands, in dem das Getriebe von dem Fahrzeugmotor getrennt und anschließend wieder mit diesem verbunden wird.
Genauer ausgedrückt zeigt 15 die Schwankung des auf den Motor wirkenden Widerstandsdrehmoments δT_veh; in 16 zeigt die fette Linie das von der zentralen Steuerungseinheit berechnete Übersetzungsverhältnis r_trx, die dünnen Linien zeigen die beiden Grenzwerte eines der Übersetzungsverhältnisbänder, das mit B_gear bezeichnet ist, und die unterbrochene Linie zeigt den Nennwert des Übersetzungsverhältnisses des Übersetzungsverhältnisbandes; in 17 zeigt die fette Linie den absoluten Wert der Ableitung des von der zentralen Steuerungseinheit berechneten Übersetzungsverhältnisses |dr_trx| und die unterbrochene Linie zeigt den in dem vorstehend in Punkt b) beschriebenen Vergleich verwendeten Schwellenwert Th; und 18 zeigt ein Zeitdiagramm des von der zentralen Steuerungseinheit bestimmten Zustands (Leerlauf oder eingelegter Gang).
Wie ein Vergleich von 15 und 16 zeigt, hat dann, wenn ein Gang geschaltet wird, wenn die Hüllkurve der Schwankung des auf den Motor wirkenden Widerstandsdrehmoments einen Nullwert annimmt, das Übersetzungsverhältnisband eine relativ niedrige, konstante Amplitude, wie nach dem Stand der Technik bekannt; wohingegen dann, wenn die Hüllkurve der Schwankung des auf den Motor wirkenden Widerstandsdrehmoments nicht Null ist, das Übersetzungsverhältnisband sich proportional zu der Hüllkurve erweitert.
Andererseits nimmt dann, wie der Vergleich von 15 und 17 zeigt, wenn ein Gang geschaltet wird, wenn die Hüllkurve der Schwankung des auf den Motor wirkenden Widerstandsdrehmoments einen Nullwert annimmt, der Schwellenwert einen niedrigen Wert gleich dem nach dem Stand der Technik angenommenen konstanten Beitrag an; wohingegen dann, wenn die Hüllkurve der Schwankung des auf den Motor wirkenden Widerstandsdrehmoments einen anderen Wert als Null annimmt, der Schwellenwert proportional zu der Hüllkurve zunimmt.
Wie schließlich der Vergleich zwischen 17 und 18 zeigt, stellt dann, wenn ein Gang geschaltet wird, wenn der absolute Wert der Ableitung des von der zentralen Steuerungseinheit berechneten Übersetzungsverhältnisses unter dem Schwellenwert liegt (Vergleich Punkt b)), die zentrale Steuerungseinheit die Vollendung des Schaltvorgangs, d. h. einen vollständigen Übergang von dem Leerlaufzustand, der auf das Lösen des eingelegten Ganges folgt, in den Zustand mit eingelegtem Gang fest.
19, 20, 21 und 22 zeigen Diagramme der gleichen Größen wie jeweils 15, 16, 17 und 18, jedoch während der Leerlaufbewegung des Fahrzeugs, d. h. wenn sich das Fahrzeug mit Getriebe in Leerlaufstellung bewegt, sodass die Drehzahl der Kurbelwelle und die Drehzahl der Getriebeausgangswelle sich unabhängig entwickeln.
In diesem Zustand ist das Getriebe von dem Motor getrennt, sodass keine der vorstehend beschriebenen Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle und der Getriebeausgangswelle auftreten.
Folglich nimmt die Hüllkurve der Schwankung des auf den Motor wirkenden Widerstandsdrehmoments einen permanenten Nullwert an; die Amplitude des Übersetzungsverhältnisbandes bleibt auf einem konstant niedrigen Wert; der Schwellenwert fällt mit dem konstanten Beitrag zusammen; und der absolute Wert der Ableitung des von der zentralen Steuerungseinheit berechneten Übersetzungsverhältnisses bleibt höher als der Schwellenwert, so dass die zentrale Steuerungseinheit einen Leerlaufzustand feststellt.
Wenn das Getriebe im Leerlauf ist, ist die Amplitude der Übersetzungsverhältnisbänder von dem jeweiligen Gang abhängig und liegt typischerweise im Bereich zwischen ±2% des entsprechenden Nennübersetzungsverhältnisses im fünften Gang und ±4% des entsprechenden Nennübersetzungsverhältnisses im ersten Gang.
Von der Anmelderin durchgeführte Tests haben gezeigt, dass das Erweitern der Übersetzungsverhältnisbänder proportional zu der Amplitude der Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle und der Getriebeausgangswelle um die Nennwerte, die sie als Funktion der Fahrersteuerung und des eingelegten Ganges annehmen sollten, für eine vollständige Beseitigung der Nachteile beim Stand der Technik sorgt, das heißt dafür, dass verhindert wird, dass die zentrale Steuerungseinheit auf Grund der vorstehend beschriebenen Schwankungen fehlerhaft einen Leerlaufzustand feststellt.
Ferner ist bei Abwesenheit derartiger Schwankungen die Amplitude der Übersetzungsverhältnisbänder kleiner als nach dem Stand der Technik, wodurch deren Vorteile verbessert werden. In Kombination mit der vorstehend beschriebenen Prüfung nach Punkt b) vermindert dies im Vergleich zum Stand der Technik stark das Risiko des fehlerhaften Bestimmens eines Zustands mit eingelegtem Gang.
Ferner wird dadurch, dass der in dem Vergleich nach Punkt b) verwendete Schwellenwert proportional zu der Amplitude der Schwankungen erhöht wird, im Gegensatz zu dem auf einem niedrigeren Wert konstant bleibenden Schwellenwert die Zeit stark reduziert, die die zentrale Steuerungseinheit zum Bestimmen des Übersetzungsverhältnisbandes des berechneten Übersetzungsverhältnisses benötigt.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der vorstehenden Beschreibung deutlich.
Insbesondere haben von der Anmelderin durchgeführte Tests gezeigt, dass die spezielle Gestaltung der Steuerungsvorrichtung aus 5 dafür sorgt, dass viele der typischerweise mit bekannten Steuerungsvorrichtungen verbundenen Nachteile beseitigt werden und insbesondere beträchtliche Verbesserungen bei der Verminderung der Unterschreitung bei eingelegtem Gang und beim Schütteln des Fahrzeugs erzielt werden.
Selbstverständlich können an der hierin beschriebenen und erläuterten Steuerungsvorrichtung Veränderungen vorgenommen werden, ohne jedoch den in den beigefügten Patentansprüchen definierten Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

Steuerungsvorrichtung (10) zum Steuern der Drehzahl (ω_eng) eines Motors (1), dadurch gekennzeichnet, dass sie Folgendes umfasst: – eine Nachverfolgungseinrichtung (13), in die eine Motorsolldrehzahl (ω_targ) eingeht, die die gewünschte Motordrehzahl (ω_eng) angibt, sowie ein maximales Motordrehmoment (T_max), und die eine Motorreferenzdrehzahl (ω_ref) liefert, die das Verhalten der Motordrehzahl (ω_eng) während eines Zustands des Übergangs der Drehzahl zur Motorsolldrehzahl (ω_targ) angibt, und ein Drehmoment (T_ol) vom offenen Kreis, das das Antriebsdrehmoment angibt, welches vom Motor (1) während des Drehzahlübergangszustands der Motordrehzahl (ω_eng) erbracht werden muss, um sich der Motorreferenzdrehzahl (ω_ref) anzupassen; – eine Überwachungseinrichtung (14), in die eine gemessene Motordrehzahl (ω_meas) eingeht, die die Motordrehzahl (ω_eng) angibt, und ein Verbrennungsdrehmoment (T_cmb), welches das durch Kraftstoffverbrennung im Motor (1) erzeugte Antriebsdrehmoment angibt, und die eine überwachte Motordrehzahl (ω_obs) liefert, die eine Schätzung der Motordrehzahl (ω_eng) angibt, welche auf der Basis eines Systemmodells (18) und in Abhängigkeit von dem Verbrennungsdrehmoment (T_cmb) und der gemessenen Motordrehzahl (ω_meas) erstellt wurde, und ein überwachtes Widerstandsdrehmoment (R_obs), das eine Schätzung des an der Antriebswelle (2) des Motors (1) wirkenden Gesamtwiderstandsdrehmoments darstellt, die in Abhängigkeit von der überwachten Motordrehzahl (ω_obs) und der gemessenen Motordrehzahl (ω_meas) erstellt wurde; und – eine Steuerungseinrichtung (15), in die das Drehmoment (T_ol) vom offenen Kreis, die Motorreferenzdrehzahl (ω_ref), die überwachte Motordrehzahl (ω_obs) und das überwachte Widerstandsdrehmoment (R_obs) eingehen, und die das Verbrennungsdrehmoment (T_cmb) liefert; wobei die Steuerungseinrichtung (15) den Motor (1) so steuert, dass das durch Kraftstoffverbrennung erzeugte Antriebsdrehmoment gleich dem Verbrennungsdrehmoment (T_cmb) ist.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (14) die überwachte Motordrehzahl (ω_obs) und das überwachte Widerstandsdrehmoment (R_obs) in Abhängigkeit von dem Unterschied zwischen der gemessenen Motordrehzahl (ω_meas) und der überwachten Motordrehzahl (ω_obs) selbst bestimmt.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (14) Folgendes umfasst: eine erste Addierereinrichtung (16), in die die gemessene Motordrehzahl (ω_meas) und die überwachte Motordrehzahl (ω_obs) eingehen, und die eine erste Motordrehzahlabweichung (δω₁) liefert, die zum Unterschied zwischen der gemessenen Motordrehzahl (ω_meas) und der überwachten Motordrehzahl (ω_obs) in Bezug steht; eine Widerstandsdrehmoment-Schätzeinrichtung (17), in die die erste Motordrehzahlabweichung (δω₁) eingeht, und die das überwachte Widerstandsdrehmoment (R_obs) und ein momentanes Widerstandsdrehmoment (R_inst) liefert; und eine erste Systemmodelleinrichtung (18), die das Systemmodell speichert, in die das Verbrennungsdrehmoment (T_cmb) und das momentane Widerstandsdrehmoment (R_inst) eingehen, und die die überwachte Motordrehzahl (ω_obs) liefert.
Steuerungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsdrehmoment-Schätzeinrichtung (17) Folgendes umfasst: eine erste Multiplikationseinrichtung (19), in die die erste Motordrehzahlabweichung (δω₁) eingeht, und die eine überwachte Schwankung (δT₁) des Widerstandsdrehmoments liefert, die in Bezug steht zu der mit einem ersten Multiplikationskoeffizienten (K₁) multiplizierten ersten Motordrehzahlabweichung (δω₁); eine zweite Addierereinrichtung (20), in die die überwachte Schwankung (δT₁) des Widerstandsdrehmoments und das überwachte Widerstandsdrehmoment (R_obs) eingehen, und die ein aktualisiertes Widerstandsdrehmoment (R_up) liefert, das in Bezug steht zu dem überwachten Widerstandsdrehmoment (R_obs) plus der überwachten Schwankung (δT₁) des Widerstandsdrehmoments; eine Verzögerungseinrichtung (21), in die das aktualisierte Widerstandsdrehmoment (R_up) eingeht und die das überwachte Widerstands drehmoment (R_obs) liefert; eine zweite Multiplikationseinrichtung (22), in die die erste Motordrehzahlabweichung (δω₁) eingeht und die eine momentane Schwankung (δT₂) des Widerstandsdrehmoments liefert, die in Bezug steht zu der mit einem zweiten Multiplikationskoeffizienten (K₂) multiplizierten ersten Motordrehzahlabweichung (δω₁); und eine dritte Addierereinrichtung (23), in die das überwachte Widerstandsdrehmoment (R_obs) und die momentane Schwankung (δT₂) des Widerstandsdrehmoments eingehen, und die das momentane Widerstandsdrehmoment (R_inst) liefert, das in Bezug steht zu dem überwachten Widerstandsdrehmoment (R_obs) plus der momentanen Schwankung (δT₂) des Widerstandsdrehmoments.
Steuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachverfolgungseinrichtung (13) eine Drehmomentverlaufs-Erzeugungseinrichtung (24) umfasst, in die das maximale Motordrehmoment (T_max), die Motorsolldrehzahl (ω_targ) die Motorreferenzdrehzahl (ω_ref) und eine Gaspedalposition (APP) eingehen, und die das Drehmoment (T_ol) vom offenen Kreis liefert; wobei das Drehmoment (T_ol) vom offenen Kreis einen über die Zeit trapezförmigen Verlauf aufweist, wenn sich die Motorreferenzdrehzahl (ω_ref) von der Motorsolldrehzahl (ω_targ) unterscheidet; wobei die Nachverfolgungseinrichtung (13) auch eine zweite Systemmodelleinrichtung (25) umfasst, die das Systemmodell speichert, in die das Drehmoment (T_ol) vom offenen Kreis eingeht und die die Motorreferenzdrehzahl (ω_ref) liefert.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der über die Zeit trapezförmige Verlauf des Drehmoments (T_ol) vom offenen Kreis durch charakteristische Parameter bestimmt ist, die den vom Drehmoment (T_ol) vom offenen Kreis maximal annehmbaren Wert (T_ol,max), die Neigung (α₁) des ansteigenden Abschnitts des trapezförmigen Verlaufs und die Neigung (α₂) des abfallenden Abschnitts des trapezförmigen Verlaufs umfassen; wobei die charakteristischen Parameter jeweils einen zulässigen Schwankungsbereich haben, der durch einen Minimalwert und einen Maximalwert bestimmt ist; und der Wert jedes charakteristischen Parameters von der Gaspedalposition (APP) abhängig ist.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert jedes charakteristischen Parameters durch eine lineare Interpolation des jeweiligen Paares aus Minimal- und Maximalwert in Abhängigkeit von der Gaspedalposition (APP) bestimmt ist.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Minimalwert und Maximalwert, die den zulässigen Schwankungsbereich jedes charakteristischen Parameters bestimmen, von dem in einem an den Motor (1) angekoppelten Getriebe (6) eingelegten Gang abhängig sind.
Steuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (15) Folgendes umfasst: eine vierte Addierereinrichtung (26), in die die Motorreferenzdrehzahl (ω_ref) und die überwachte Motordrehzahl (ω_obs) eingehen, und die eine zweite Motordrehzahlabweichung (δω₂) liefert, die gleich dem Unterschied zwischen der Motorreferenzdrehzahl (ω_ref) und der überwachten Motordrehzahl (ω_obs) ist; eine dritte Multiplikationseinrichtung (27), in die die zweite Motordrehzahlabweichung (δω₂) eingeht, und die ein Proportionaldrehmoment (T_prop) liefert, das zu der mit einem dritten Multiplikationskoeffizienten (K₃) multiplizierten zweiten Motordrehzahlabweichung (δω₂) in Bezug steht; eine fünfte Addierereinrichtung (28), in die das Proportionaldrehmoment (T_prop) und das überwachte Widerstandsdrehmoment (R_obs) eingehen, und die ein Drehmoment (T_cl) vom geschlossenen Kreis liefert, das zu dem Unterschied zwischen dem Proportionaldrehmoment (T_prop) und dem überwachten Widerstandsdrehmoment (R_obs) in Bezug steht; und eine sechste Addierereinrichtung (29), in die das Drehmoment (T_cl) vom geschlossenen Kreis und das Drehmoment (T_ol) vom offenen Kreis eingehen, und die das Verbrennungsdrehmoment (T_cmb) liefert, das in Bezug steht zum Drehmoment (T_cl) vom geschlossenen Kreis plus dem Drehmoment (T_ol) vom offenen Kreis.
Verfahren zum Steuern der Drehzahl (ω_eng) eines Motors (1), dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: – Liefern einer Motorsolldrehzahl (ω_targ), die die gewünschte Motordrehzahl (ω_eng) angibt, und eines maximalen Motordrehmoments (T_max); – Erzeugen einer gemessenen Motordrehzahl (ω_meas), die die Motordrehzahl (ω_eng) angibt, und eines Verbrennungsdrehmoments (T_cmb), welches das durch Kraftstoffverbrennung im Motor (1) erzeugte Antriebsdrehmoment angibt; – Erzeugen einer Motorreferenzdrehzahl (ω_ref), die das Verhalten der Motordrehzahl (ω_eng) während eines Zustands des Übergangs der Drehzahl zur Motorsolldrehzahl (ω_targ) angibt, und eines Drehmoments (T_ol) vom offenen Kreis, das das Antriebsdrehmoment angibt, welches vom Motor (1) während des Drehzahlübergangszustands der Motordrehzahl (ω_eng) erbracht werden muss, um sich in Abhängigkeit vom maximalen Motordrehmoment (T_max) und der Motorsolldrehzahl (ω_targ) der Motorreferenzdrehzahl (ω_ref) anzupassen; – Erzeugen einer überwachten Motordrehzahl (ω_obs), die eine Schätzung der Motordrehzahl (ω_eng) darstellt, die auf der Basis eines Systemmodells (18) und in Abhängigkeit vom Verbrennungsdrehmoment (T_cmb) und der gemessenen Motordrehzahl (ω_meas) erstellt wurde, und eines überwachten Widerstandsdrehmoments (R_obs), das eine Schätzung des an der Antriebswelle (2) des Motors (1) wirkenden Gesamtwiderstandsdrehmoments darstellt, und die in Abhängigkeit von der überwachten Motordrehzahl (ω_obs) und der gemessenen Motordrehzahl (ω_meas) erstellt wurde; – Erzeugen des Verbrennungsdrehmoments (T_cmb) in Abhängigkeit von dem Drehmoment (T_ol) vom offenen Kreis, der Motorreferenzdrehzahl (ω_ref), der überwachten Motordrehzahl (ω_obs) und dem überwachten Widerstandsdrehmoment (R_obs); und – Steuern des Motors (1) derart, dass das durch Kraftstoffverbrennung erzeugte Antriebsdrehmoment gleich dem Verbrennungsdrehmoment (T_cmb) ist.