DE68909496T2

DE68909496T2 - Elektrisches Steuergerät für Kraftfahrzeug und Kompensationsverfahren der Zeitverzögerung von Messdaten.

Info

Publication number: DE68909496T2
Application number: DE89110503T
Authority: DE
Inventors: Motohisa Funabashi; Teruji Sekozawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-06-10
Filing date: 1989-06-09
Publication date: 1994-01-20
Anticipated expiration: 2009-06-10
Also published as: JP2832944B2; US5041981A; DE68909496D1; EP0345814B1; EP0345814A2; KR930009745B1; EP0345814A3; JPH01313651A; KR900000241A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Steuervorrichtung zum Steuern des Motors und/oder der Aufhängung eines Kraftfahrzeuges auf der Basis von verarbeiteten Daten und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kompensieren einer Zeitverzögerung von Meßdaten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 12. Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren ist aus der EAEC-Druckschrift 87013; Straßburg 3-5/6/87 bekannt.
Bei einer herkömmlichen elektrischen Steuervorrichtung für den Motor und/oder die Aufhängung eines Fahrzeugs wie eines Automobils werden die von verschiedenen Sensoren gemessenen Daten in konstanten Zeitintervallen oder konstanten Drehwinkel- Intervallen (d.h. dem Drehwinkel der Kurbelwelle) aufgenommen, und die aufgenommenen Daten werden innerhalb eines vorgegebenen Abschnittes (z.B. innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne oder eines vorgegebenen Drehwinkelbereichs) gemittelt, z.B. durch eine Einrichtung zum gewichteten Mitteln, sowie einer Entfernung von Rauschen mittels eines Primär-Verzögerungsfilters oder dergleichen unterworfen, um Pulsationen der vom Motor angesaugten Luft zu glätten, und anderweitig verarbeitet. Eine elektrische Steuervorrichtung dieser Art ist z.B. in der japanischen Patent- Offenlegungsschrift JP-A-58-8239 beschrieben.
Der Motorzustand eines Kraftfahrzeuges ändert sich von Zeit zu Zeit, während die Motorbetriebsdaten gemessen werden. Es ist daher erforderlich, die Kraftstoffeinspritzung, den Vorzündwinkel und dergleichen zu steuern, um einer solchen Änderung Rechnung zu tragen, insbesondere bei einer schnellen Änderung des Motorzustandes. Der Steuervorgang ist jedoch aufgrund der Zeitverzögerung im Filter, der zur Rauschelimination verwendet wird, der Zeitverzögerung im Sensor bei der Umwandlung eines physikalischen Wertes in einen elektrischen Wert und der für die Verarbeitung der Daten in der elektrischen Steuervorrichtung des Kraftfahrzeuges benötigten Zeit verzögert.
Diese Verzögerung des Steuervorganges wird anhand der Fig. 1 und 2 erläutert. Die Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Drosselklappenöffnungswinkel (in Grad) einer Drosselklappe und der Durchflußmenge Q der vom Motor angesaugten Luft zeigt, und die Fig. 2 ein Diagramm, das die Steuercharakteristik des Luft/Kraftstoffverhältnisses des Gasgemisches im Motor zeigt, wenn die Drosselklappe bei der Steuerung mit einer herkömmlichen Steuervorrichtung schnell geöffnet wird.
Die Fig. 1 zeigt den charakteristischen Kurvenverlauf (a) für Meßdaten, der erhalten wird, wenn die Drosselklappe schnell geöffnet wird, wie es durch die Kurve (c) dargestellt ist, wobei die Menge der vom Motor angesaugten Luft mit einem Luftstromsensor wie einem Luft-Durchflußmeßgerät des Hitzdrahttyps gemessen wird und die Meßdaten in der Art durch einen Filter wie eine RC-Schaltung laufen, wie es später noch beschrieben wird, und dann einer A/D-Umwandlung unterworfen werden. Die Kurve (b) zeigt die tatsächliche Menge an vom Motor angesaugter Luft. Es ist anzumerken, daß die Meßdaten gegenüber dem tatsächlichen Luftdurchsatz wegen der Verzögerung im Luft-Durchflußmeßgerät, der RC-Schaltung und dergleichen eine Verzögerung aufweisen. Wenn daher eine Kraftstoffmenge eingespritzt wird, die dem Luftdurchsatz entspricht, der zum Zeitpunkt des schnellen Öffnens der Drosselklappe gemessen wird, um ein Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis von z.B. von 14,7 zu erhalten, nimmt das sich ergebende Luft/Kraftstoffverhältnis wegen der Verzögerung bei der Messung der Luftmenge einen Wert an, der wie in der Fig. 2 gezeigt vom Sollwert 14,7 abweicht. Die Luftmenge führt daher beim Beginn der Beschleunigung (beim Beginn des Ansteigens des Luftdurchsatzes) zu einer Abmagerung, während sie während einer kurzen Periode am Ende der Beschleunigung zu einer Anreicherung führt.
Wie beschrieben, ergibt sich daher das Problem, daß während einer schnellen Änderung des Motorzustandes keine korrekte Steuerung sichergestellt werden kann, wenn Betätigungselemente (für das Kraftstoffeinspritzventil und dergleichen zum Beispiel) nach Einstellwerten gesteuert werden, die auf der Basis von gemittelten oder geglätteten Meßdaten berechnet werden.
Wie in den japanischen Patent-Offenlegungsschriften JP-A-63-131840 und JP-A-63-131841 beschrieben ist, wird bei einer Motor-Steuervorrichtung, die auf der Basis eines Ausgangssignales von einem Drucksensor zum Messen des Druckes in einem Ansaugrohr die Kraftstoff-Einspritzzeit berechnet, die pulsierende Komponente des Druck-Ausgangssignals vom Drucksensor mit einem Filter entfernt, der eine relativ große Zeitkonstante aufweist. Um die Verzögerung bei der Kraftstoff-Einspritzsteuerung zu kompensieren, die durch die Verzögerung der gemessenen Druckdaten verursacht wird, wird auf der Basis der Differenz zwischen einer Bezugs-Kraftstoffeinspritzzeitdauer zum gegenwärtigen Zeitpunkt und der Bezugs-Kraftstoffeinspritzzeitdauer, die zum Zeitpunkt vor einer Periode berechnet wurde, und auf der Basis von anderen Parametern die Bezugs-Kraftstoffeinspritzzeitdauer zum gegenwärtigen Zeitpunkt eingestellt. Die Kraftstoffeinspritzzeitdauer wird auf der Basis von Daten berechnet, die von einer Anzahl von Sensoren geliefert werden, wie Drucksensordaten, Motordrehzahldaten und dergleichen. Bei dieser Steuervorrichtung wird jedoch nicht die Zeitverzögerung der jeweiligen Meßdaten kompensiert, sondern die des sich schließlich ergebenden Einstellwertes. Die Steuervorrichtung kann daher einer schnellen Änderung in den Ausgangsdaten der jeweiligen Sensoren nicht zufriedenstellend folgen, so daß die Verzögerung in den Meßdaten nicht richtig kompensiert werden kann. Es ist zum Beispiel in dem Fall, daß sich nur der Druck im Ansaugrohr ändert und sich die Motordrehzahl nicht ändert, nicht möglich, eine Kompensation nur für die gemessenen Druckdaten auszuführen. Eine korrekte Motorsteuerung ist daher nicht möglich, was zu Schwierigkeiten für eine geeignete Motor-Ausgangssteuerung und Abgasregelung führt.
Es ist des weiteren keine elektrische Steuervorrichtung für eine Aufhängung bekannt, die eine Verzögerung in dem Meßdaten von einem Stoßdämpferhubsensor oder dergleichen kompensieren kann, mit dem Ergebnis von Schwierigkeiten bei der korrekten Steuerung der Aufhängung bei einem schnellen Wechsel des Straßenzustandes.
In der oben erwähnten EAEC-Druckschrift 87013; Straßburg 3-5/6/87 ist eine Laufruhesteuerung beschrieben, die Unregelmäßigkeiten in der Motordrehzahl elektronisch registriert und die Kraftstoffbemessung entsprechend einstellt. Dazu wird aus einer Reihe von zeitlichen Intervallen für einen Zylinder ein Index für rauhen Lauf definiert, und die Laufruhesteuerung verstellt die Kraftstoffbemessung in Richtung eines mageren oder fetten Betriebs derart, daß immer ein vorgeschriebener Wert des Indexes für den rauhen Lauf aufrechterhalten wird.
Die GB-A-2 042 772 offenbart eine Vorrichtung zum Dämpfen niederfrequenter Oszillationen eines Motors, bei der die Oszillationen durch Differenzieren von Geschwindigkeitssignalen bestimmt werden, die zu verschiedenen Zeitpunkten erhalten wurden.
In der EP-A-142 101 ist ein Verfahren zum Steuern eines Motors beschrieben, bei dem eine Anzahl von Mustern vorab als Motorbetriebszustände abgespeichert werden und normalerweise der Motor mittels einer einfachen Motorsteuerprozedur gesteuert wird. Die Motorsteuerprozedur wird durch Vergleichen des jeweiligen Motorbetriebszustandes mit einem vorab gespeicherten Betriebsmuster eingestellt.
Die EP-A-223 426 betrifft eine Steuerung, bei der eine Motor-Leerlaufdrehzahl dadurch konstant gehalten wird, daß die Luftmenge durch das Betätigen eines Magnetventiles eingestellt wird, um für die Abweichung von einem konstanten Sollwert eine PID-Rückkopplung zu bewirken.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kompensieren der Zeitverzögerung der von verschiedenen Sensoren gemessenen Daten bei einer elektrischen Steuervorrichtung für den Motor und/oder die Aufhängung eines Fahrzeuges wie eines Automobiles zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die im Vorrichtungsanspruch 1 und im Verfahrensanspruch 12 angegebenen Merkmale gelöst.
Erfindungsgemäß wird eine Kompensation der Zeitverzögerung vorgeschlagen, das heißt eine Kompensation für die Zeit, die zum Verarbeiten der Daten nach dem Zeitpunkt benötigt wird, wenn ein Sensor die Daten gemessen hat. Insbesondere wird, wie in Verbindung mit den Ausführungsformen beschrieben werden wird, ein Schätzwert für einen korrekten Sensor-Ausgangswert zu einem gegenwärtigen Zeitpunkt (oder einer gegenwärtigen Drehwinkelstellung) durch Berechnungen anhand von zu vergangenen Zeitpunkten und dem gegenwärtigen Zeitpunkt gemessenen Daten erhalten. Das heißt, der Schätzwert für den gegenwärtigen Zeitpunkt (oder die gegenwärtige Drehwinkelstellung) wird von den zum gegenwärtigen Zeitpunkt (oder der gegenwärtigen Drehwinkelstellung) und den Zeitpunkten vor einer und zwei Perioden gemessenen Werten abgeleitet. Der Begriff "Periode" steht für eine konstante Zeitspanne oder einen konstanten Drehwinkelbereich in dem Intervall, in dem Daten aufgenommen werden. Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß die Zeitverzögerung von Meßdaten durch Berechnen eines Schätzwertes für Daten, die zu dem Zeitpunkt nach einer oder zwei Perioden zu messen sind, auf der Basis von Daten kompensiert, die zum gegenwärtigen und zu vergangenen Zeitpunkten gemessen wurden, wobei der berechnete Schätzwert für die zum gegenwärtigen Zeitpunkt aktuellen Meßdaten genommen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Berechnens eines Schätzwertes für den gegenwärtigen Zeitpunkt (oder einer gegenwärtigen Drehwinkelstellung) wird die Differenz zwischen Meßdatenwerten für den gegenwärtigen Zeitpunkt (oder der gegenwärtigen Drehwinkelstellung) und für die Zeit vor einer Periode mit einem Koeffizienten multipliziert, der durch die Verwendung einer Funktion von anderen gemessenen Datenwerten wie einer Motordrehzahl abgeleitet wird, wobei der sich ergebende Datenwert zu dem Meßdatenwert für den gegenwärtigen Zeitpunkt (der gegenwärtigen Drehwinkelstellung) hinzuaddiert wird.
Der so erhaltene Schätzwert ist im wesentlichen gleich dem korrekten Sensor-Ausgangswert zum gegenwärtigen Zeitpunkt (Drehwinkelstellung). Der Motor und/oder die Aufhängung wird auf der Basis des Schätzwertes so gesteuert, daß eine korrekte Steuerung mit gutem Ansprechverhalten auf eine schnelle Änderung des Motorbetriebszustandes und/oder des Straßenzustandes sichergestellt ist, um damit die Motor-Ausgangseigenschaften, die Abgaseigenschaften und dergleichen zu verbessern.
Die Meßdaten werden vorzugsweise nur in einem Übergangszustand des Motors oder der Aufhängung behandelt. Oder die Meßdaten werden nur dann behandelt, wenn eine Änderung in den Meßdatenwerten mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die größer oder gleich einer vorgegebenen Rate ist. Mit einer solchen Anordnung kann für alle verschiedenen Zustände eines Motors, einer Aufhängung und eines Fahrzeugs ein genauerer Schätzwert erhalten werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Fig. 1 ist ein Diagramm, das beim Stand der Technik die Beziehung zwischen dem Drosselklappenöffnungswinkel und dem gemessenen Luftdurchsatz zeigt;
die Fig. 2 ist ein zu der Fig. 1 gehörendes Diagramm für die Charakteristik einer Luft/Kraftstoffmengensteuerung;
die Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des wesentlichen Teiles eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet wird;
die Fig. 4 zeigt den Aufbau der Steuereinheit in der Darstellung der Fig. 3;
die Fig. 5 zeigt ein Beispiel für einen RC-Filter;
die Fig. 6 ist ein Diagramm, das das Ansprechverhalten eines RC-Filters zeigt;
die Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Drosselklappenöffnungswinkel und einem Schätzwert für Luftmengendaten gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
die Fig. 8 zeigt die zu der Fig. 7 gehörende Charakteristik einer Luft/Kraftstoffmengensteuerung;
die Fig. 9A ist ein Flußdiagramm zur Darstellung des Betriebs der ersten Ausführungsform;
die Fig. 9B ist eine Darstellung zur Erläuterung des Datenverschiebungsvorganges bei der ersten Ausführungsform;
die Fig. 10 und 11 zeigen Verzögerungskompensations- Schaltungsanordnungen gemäß der ersten Ausführungsform;
die Fig. 12 ist ein Diagramm, das die Charakteristik eines Schätzwertes für Luftmengendaten gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
die Fig. 13 zeigt eine Verzögerungskompensations-Schaltungsanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform;
die Fig. 14 ist ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform;
die Fig. 15 ist ein Blockschaltbild einer Modifikation der dritten Ausführungsform;
die Fig. 16 zeigt eine Schaltungsanordnung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
die Fig. 17 ist ein Diagramm, das die Charakteristik von Meßdaten für eine sich stufenweise ändernde Luftmenge zeigt;
die Fig. 18A bis 18D zeigen Beispiele von Kurven, die bei einer fünften Ausführungsform der Erfindung verwendet werden;
die Fig. 19 zeigt eine Schaltungsanordnung der fünften Ausführungsform;
die Fig. 20 zeigt eine Schaltungsanordnung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
die Fig. 21 ist ein Flußdiagramm, das zur Erläuterung des Betriebes der sechsten Ausführungsform verwendet wird; und
die Fig. 22 zeigt die Schaltungsanordnung einer Modifikation der sechsten Ausführungsform.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Die Fig. 3 zeigt ein Kraftstoffeinspritzsystem und dergleichen für den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet wird.
In der Fig. 3 tritt die Luft an einem Luftfilter 1 ein, strömt durch ein Luftstrommeßgerät wie ein Luft-Durchflußmeßgerät des Hitzdrahttyps (auch Luftstromsensor genannt) 91, eine Drosselklappe 2 und ein Bypass-Luftventil 3 und erreicht eine Einspritzdüse 5. Bei der Einspritzdüse 5 wird Kraftstoff, der über eine Kraftstoffpumpe 14 von einem Kraftstofftank 13 her kommt, eingespritzt und mit der Luft vermischt, die in einen Verbrennungsraum gesaugt wird. Im Verbrennungsraum wird das Gasgemisch mit einer Zündkerze gezündet und verbrannt. Das verbrannte Gas strömt durch ein Abgasrohr 12, und das Luft/Kraftstoffverhältnis davon wird mit einem Luft/Kraftstoffverhältnissensor 8 gemessen.
Einer Steuereinheit 10 wird ein Signal vom Luftstrommeßgerät 91, das die angesaugte Luftmenge darstellt, ein Signal vom Luft/Kraftstoffverhältnissensor 8, das das Luft/Kraftstoffverhältnis darstellt, ein Signal von einem Kühlwasser-Temperatursensor 4, das die Temperatur des Kühlwassers darstellt, ein Impulssignal, das von einem Verteiler-Kurbelwellenwinkelsensor 6 jedesmal dann ausgegeben wird, wenn sich eine (nicht gezeigte) Kurbelwelle um einen bestimmten Winkel gedreht hat, und andere Signale eingegeben.
Der Aufbau der Steuereinheit 10 ist in der Fig. 4 gezeigt. Die von der Steuereinheit 10 gesteuerten Vorrichtungen schließen einen Motor, eine Aufhängung und dergleichen ein. Die Ausgangssignale verschiedener Sensoren an einem Kraftfahrzeug können daher als die Meßdaten verwendet werden, die der erfindungsgemäßen Verzögerungskompensation unterworfen werden. Zusätzlich zu den Ausgangssignalen der oben genannten Sensoren können, wie in der Fig. 4 gezeigt, der Steuereinheit 10 noch das Ausgangssignal eines Drosselklappenwinkelsensors 92 zum Messen der Winkelstellung Θth der Drosselklappe und das Ausgangssignal eines Stoßdämpferhubsensors 15 zum Messen der Stoßdämpferhubposition eines Rades an der Aufhängung eingegeben werden. Die Ausgangssignale von den Sensoren 4, 6, 8, 15, 91 und 92 stellen die Daten dar, die den Zustand der steuerbaren Vorrichtungen anzeigen. Zusätzlich werden der Steuereinheit 10 die Ausgangssignale von einem Leerlaufschalter 16 und einem Starterschalter 17 und das Ausgangssignal von einem Batteriespannungssensor 18 eingegeben. Die Steuereinheit 10 beinhaltet eine Ein/Ausgabeschaltung (im folgenden kurz I/O-Schaltung genannt) 26 zur Aufnahme der Ausgangssignale von den Sensoren, eine Mikroprozessoreinheit (im folgenden MPU genannt) 20, einen Festwertspeicher (im folgenden ROM genannt) 22 und einen Direktzugriffsspeicher (im folgenden RAM genannt) 24. In der I/O-Schaltung werden die analogen Ausgangssignale von z.B. dem Luftstromsensor 91, dem Luft/Kraftstoffverhältnissensor 8, dem Stoßdämpferhubsensor 15, dem Drosselklappenwinkelsensor 92 usw. über entsprechende Primär-Verzögerungsfilter 30, 32, 34 und 31 aus z.B. einem RC-Filter zur Beseitigung von Signalrauschen zu einem Multiplexer 36 geführt.
Der Multiplexer wählt aufeinanderfolgend die eingegebenen Signale aus und schickt sie mit einer vorgegebenen Periode (z.B. einer vorgegebenen Zeitspanne oder einem vorgegebenen Drehwinkelbereich) zu einem A/D-Konverter 38. Die A/D-umgewandelten digitalen Daten werden im RAM 24 gespeichert und in der MPU 20 verarbeitet.
In der Fig. 5 ist ein Beispiel für die RC-Filterschaltung gezeigt, und in der Fig. 6 die Sprungantwortcharakteristik davon.
Die Fig. 6 zeigt die Ausgangsspannung der RC-Filterschaltung, wenn eine sprungartige Spannung (ein den Luftdurchsatz darstellendes Signal) aus dem Luftstromsensor 91 an die RC-Filterschaltung angelegt wird.
Das Impulssignal vom Kurbelwellenwinkelsensor 6 läuft durch die I/O-Schaltung und wird gezählt, z.B. durch einen Soft-Zähler im RAM 24, um dadurch die Drehzahl des Motors pro Zeiteinheit zu berechnen. Die Drehzahl wird mit einer vorgegebenen Periode im RAM in einem bestimmten Bereich gespeichert. Die anderen Eingangssignale werde auf ähnliche Weise verarbeitet.
Die jeweiligen im RAM gespeicherten Daten werden gemäß Programminstruktionen, die im ROM gespeichert sind, genau definierten Operationen unterworfen, wie einer Berechnung der Kraftstoffeinspritzimpulsbreite, dem Zündzeitpunkt, der Stoßdämpferhubstellung und dergleichen. Die Berechnungsergebnisse werden als Sollwerte zu der I/O-Schaltung gegebenen, die ihrerseits Steuersignale an die Betätigungselemente ausgibt, so daß die Betätigungselemente die steuerbaren Vorrichtungen wie das Kraftstoffeinspritzventil 5, die Zündspule 7, die Öldruckkontrollvorrichtung 19 zum Steuern der Stoßdämpferhubposition und dergleichen ansteuern.
Der Hauptgrund für die Verschlechterung der Eigenschaften der Luft/Kraftstoffverhältnissteuerung der in der Fig. 2 gezeigten Steuervorrichtung ist die Zeitverzögerung von dem Zeitpunkt, wenn ein Sensor einen Datenwert mißt, bis zu dem Zeitpunkt, wenn die MPU 20 die Daten verarbeitet. Diese Zeitverzögerung wird durch die Verzögerung im Sensor selbst, die Verzögerung in einem Primär-Verzögerungsfilter, die Verzögerung im A/D-Konverter und dergleichen verursacht. Zum Beispiel entsteht im Luftstromsensor eine Verzögerung von etwa 10 bis 30 ms, im RC-Filter eine Verzögerung von mehreren zehn ms und im A/D-Konverter eine Verzögerung von etwa 4 ms.
Die erste Ausführungsform der Erfindung, die eine solche Verzögerung kompensiert, wird anhand der Fig. 7 bis 11 beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform wird ein aktueller Meßdatenwert für den gegenwärtigen Zeitpunkt auf der Basis der Annahme abgeschätzt, daß die Differenz zwischen dem Meßdatenwert für den gegenwärtigen Zeitpunkt und dem tatsächlichen Datenwert, der mit einem Sensor gemessen wird, im wesentlichen gleich dem Ausmaß der Änderung der Meßdaten von der Vergangenheit bis zur gegenwärtigen Zeit ist. Der Schätzwert wird zum Kompensieren der Zeitverzögerung der gemessenen Daten verwendet. Das heißt, daß der Schätzwert für die Meßdaten für den Zeitpunkt nach einer Periode auf der Basis der Annahme erhalten wird, daß sich das Ausmaß der Änderung der Meßdaten von der Vergangenheit bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt bis zu dem Zeitpunkt nach einer Periode fortsetzt, und der Schätzwert wird als der tatsächliche Meßdatenwert für den gegenwärtigen Zeitpunkt betrachtet, um damit die Zeitverzögerung zu kompensieren.
Die Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen der tatsächlichen (korrekten) Luftmenge (Kurve (b)), wenn die Drosselklappe 2 gemäß Kurve (c) schnell geöffnet wird, den Ausgangsdaten des A/D-Konverters 38 (Kurve (a)) und dem Schätzwert für die Luftmenge (Kurve (d)). In der Fig. 7 wird der gegenwärtige Zeitpunkt mit k bezeichnet, und die Meßdaten (womit die Daten gemeint sind, bevor sie von der MPU verarbeitet werden, z.B. die Ausgangsdaten des A/D-Konverters 38) werden mit Qk bezeichnet, während der Schätzwert für die tatsächliche (korrekte) Luftmenge zum gegenwärtigen Zeitpunkt k mit k bezeichnet wird. Im folgenden wird das Verfahren zum Erhalten von k beschrieben. Es wird angenommen, daß die Daten vom Luftstromsensor vom A/D-Konverter mit einer vorgegebenen Periode (z.B. einer vorgegebenen Zeitspanne) ausgegeben werden. Die für die Luftmenge zum Zeitpunkt k gemessenen Daten werden mit Q(k) bezeichnet, die Daten für den Zeitpunkt (k-1) mit Q(k-1), die Daten für den Zeitpunkt (k-2) mit Q(k-2) und so fort. Die Änderung der Meßdaten wird wie folgt definiert:
Δk = Q(k) - Q(k-1) ... (1)
Δk-1 = Q(k-1) - Q(k-2) ... (2)
Δk-2 = Q(k-2) - Q(k-3) ... (3)
Der Unterschied zwischen dem Schätzwert k und den Meßdaten Q(k) für den gegenwärtigen Zeitpunkt wird dargestellt durch:
k = (k) - Q(k) ... (4)
Bei dieser Ausführungsform wird der Schätzwert k gemäß dem folgenden Kriterium erhalten:
Δk = Δk + (Δk - Δk-1) ... (5)
Bei dieser Gleichung wird angenommen, daß der Unterschied zwischen dem Meßdatenwert für den gegenwärtigen Zeitpunkt und dem tatsächlich mit dem Luftstromsensor gemessenen, korrekten Datenwert für den gegenwärtigen Zeitpunkt gleich der Summe des Ausmaßes Δk der Änderung zwischen dem gegenwärtigen Zeitpunkt und dem Zeitpunkt vor einer Periode und der Änderungsrate (Δk - Δk-1) ist. Das heißt, es wird angenommen, daß sich die Änderungsrate (Δk - Δk-1) für das Ausmaß der Änderung der Meßdaten bis zu dem Zeitpunkt nach einer Periode fortsetzt, und es wird das Ausmaß der Änderung der Meßdaten für den Zeitpunkt nach einer Periode vom gegenwärtigen Zeitpunkt als die Summe von Δk und (Δk - Δk-1) angenommen, um dadurch die Meßdaten für den Zeitpunkt nach einer Periode abzuschätzen, wobei der Schätzwert als der tatsächlich gemessene Datenwert für den gegenwärtigen Zeitpunkt betrachtet wird.
Die Formel für den Schätzwert Qk wird durch Entwickeln der Gleichung (5) wie folgt erhalten:
(k) = 3Q(k) - 3Q(k-1) + Q(k-2) ... (6)
Sie läßt sich auch ausdrücken als:
(k) = Q(k) + Δk + (Δk - Δk-1) ... (7)
Der so erhaltene Schätzwert k nimmt einen Wert an, der annähernd gleich der tatsächlichen Luftmenge (Kurve (b)) ist, wie es in der Fig. 7 durch die Kurve (d) dargestellt ist. Folglich kann durch Anwendung der geschätzten Luftmenge k anstelle der Meßdaten Q(k) für den gegenwärtigen Zeitpunkt zum Berechnen der Kraftstoffeinspritzmenge und dergleichen die oben beschriebene Zeitverzögerung kompensiert werden.
Die Fig. 8 zeigt die Charakteristik der Luft/Kraftstoffverhältnissteuerung, bei der der Kraftstoff derart eingespritzt wird, daß auf der Basis der gemäß der obigen Ausführungsform abgeschätzten Luftmenge ein Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis erhalten wird. Es ist ersichtlich, daß die Charakteristik der Luft/Kraftstoffverhältnissteuerung im Vergleich zu der, die in der Fig. 2 gezeigt ist, wesentlich verbessert ist.
Die Fig. 9A zeigt ein Beispiel für ein Flußdiagramm, das die Berechnung des Schätzwertes gemäß von im ROM der Fig. 4 gespeicherten Programmen darstellt. Bei dieser Ausführungsform wird angenommen, daß die Daten vom Luftstromsensor mit einem vorgegebenen Zeitintervall A/D-umgewandelt werden, z.B. alle 10 ms.
Zuerst wird nach dem Einschalten der Energieversorgung für die elektrische Steuervorrichtung mittels des Starterschalters 17 jeder Sensor, die Steuereinheit 10 usw. in Betrieb gesetzt.
Im Schritt 102 wird die Zeit k auf k = 1 gesetzt. Im Schritt 104 werden die Meßdaten Q(1) des Luftdurchsatzes vom A/D-Konverter 38 alle 10 ms gelesen. Da k = 1 ist, geht im Schritt 106 der Ablauf zum Schritt 108 weiter, bei dem die ausgelesenen Daten Q(1) im RAM in einem bestimmten Bereich erstmalig eingegeben werden. Beim erstmaligen Eingeben werden die Daten Q(1) wie in der Fig. 9B gezeigt in die vorgegebenen Bereiche Qa, Qb und Qc eingesetzt.
Dann wird im Schritt 112 eine Berechnung der Gleichung (6) mit den Daten in den Bereichen Qa, Qb und Qc ausgeführt, um damit Q(1) zu erhalten, das im RAM in einen anderen Bereich eingeschrieben wird. Im Schritt 114 wird dann nach dem Verstreichen von 10 ms der Wert von k auf k + 1 gesetzt, und im Schritt 104 werden die Meßdaten Q(2) gelesen. Da k = 2 ist, geht der Ablauf zum Schritt 110 weiter, bei dem die Daten Q(2) im Bereich Qa gespeichert werden und die Daten Q(l) in den Bereichen Qa und Qb in die Bereichen Qb und Qc verschoben werden. Nach der Berechnung der Gleichung (6) weren die Daten in den Bereichen Qa, Qb und Qc entsprechend zu Q(k), Q(k-1) und Q(k-2).
Ähnliche Operationen werden zur Berechnung der Daten Q(k) wiederholt.
Die Fig. 10 und 11 zeigen die Schaltungsanordnung dieser Ausführungsform, die in der I/O-Schaltung 26 realisiert werden kann.
Die Fig. 10 zeigt eine Verzögerungskompensationsschaltung (einen Vorhaltefilter) 30, die die Gleichung (7) verkörpert. In der Fig. 10 bezeichnen die Bezugszeichen 32 und 34 ein Verzögerungselement zum Verzögern eines Signales für eine Zeit, die gleich einer Periode ist, die Bezugszeichen 35 und 36 bezeichen jeweils einen Subtrahierer und die Bezugszeichen 37 und 38 einen Addierer. Der Schaltung 30 werden die Meßdaten Q(k) einer Luftmenge eingegeben, die mit einer vorgebenen Periode vom A/D-Konverter ausgegeben werden, und sie gibt einen Schätzwert (k) aus.
Die Fig. 11 zeigt eine Verzögerungskompensationsschaltung (einen Vorhaltefilter) 40, die die Gleichung (6) verkörpert. In der Fig. 11 bezeichnen die Bezugszeichen 41, 42 und 43 ein Verzögerungselement, das Bezugszeichen 44 bezeichnet einen Multiplizierer zum Multiplizieren des Eingangssignales mit 3 und die Bezugszeichen 45 und 46 jeweils einen Addierer.
Bei der obigen Ausführungsform wird der Schätzwert (k) gemäß der Gleichung (7) berechnet. Er wird jedoch im allgemeinen durch die folgende Gleichung (8) erhalten:
Mit der Ausführungsform, die gemäß obiger Gleichung gebildet wird, kann ein genauerer Schätzwert (k) erhalten werden.
Als nächstes wird eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben. Bei der ersten Ausführungsform wird der Schätzwert (k) unter Verwendung der Gleichung (6) oder (7) auf der Basis des Kriteriums der Gleichung (5) erhalten. Bei der zweiten Ausführungsform wird das folgende Kriterium verwendet:
(k) = Q(k) + Δk ... (9)
Die Bedeutung dieser Gleichung ist wie folgt. Es wird angenommen, daß sich eine Änderung Δk zwischen den Meßwerten für einen gegenwärtigen Zeitpunkt und dem Zeitpunkt vor einer Periode bis zu dem (zukünftigen) Zeitpunkt nach einer Periode fortsetzt, um so den Meßwert für den Zeitpunkt nach einer Periode abzuschätzen, wobei der Schätzwert als tatsächlich gemessener Datenwert für den gegenwärtigen Zeitpunkt betrachtet wird. Die Gleichung (9) wird mittels der oben definierten Gleichung (1) in die folgende Gleichung umgewandelt:
(k) = 2Q(k) - Q(k-1) ... (10)
Die Fig. 12 zeigt einen Vergleich zwischen den mit der Gleichung (9) und (10) erhaltenen Schätzdaten und der tatsächlich angesaugten Luftmenge unter den gleichen Bedingungen wie bei den Fig. 1 und 7.
In der Fig. 12 stellt die Kurve (b) den tatsächlichen Luftdurchsatz und die Kurve (e) die Schätzdaten bei dieser Ausführungsform dar. Die in der Fig. 12 gezeigte Kurve (e) ergibt einen Luftdurchsatz, der näher am tatsächlichen Luftdurchsatz liegt wie die Kurve (a) der Fig. 1. Im Vergleich mit der Kurve (e) der Fig. 7 gibt die Kurve (e) der Fig. 12 für die Zeit nach dem Maximum des tatsächlichen Luftdurchsatzes eine etwas schlechtere Voraussage für den Schätzwert. Da jedoch die Berechnungen zum Erhalten des Schätzwertes einfacher sind wie bei der ersten Ausführungsform, kann dabei die Belastung der MPU verringert werden.
Bei dieser Ausführungsform erfolgt wie bei der ersten Ausführungsform die Datenverarbeitung nach Programmen im ROM. Die Datenverarbeitung nach Gleichung (10) wird mit der in der Fig. 13 gezeigten Schaltung verwirklicht, wobei das Bezugszeichen 52 ein Verzögerungselement bezeichnet, 54 einen Subtrahierer und 56 einen Addierer.
Wenn mittels der Gleichung (6), (7) oder (10) ein Schätzwert für den Fall erhalten wird, daß die Wellenform der zu messenden Luftmengendaten einen Überschwinger aufweist, wie es bei den Kurven (b) in den Fig. 7 und 12 gezeigt ist, ist der Schätzwert im ansteigenden Abschnitt der Daten (in dem Abschnitt, in dem die Anstiegsrate der Daten groß ist) sehr genau, er ist jedoch in dem Abschnitt recht ungenau, in dem die Anstiegsrate der Daten kleiner ist als ein vorgegebener Wert.
Unter Berücksichtigung dieser Tatsache ist es möglich, daß das in den ersten und zweiten Ausführungsform beschriebene Verfahren für den Abschnitt verwendet wird, in dem die Anstiegsrate der Meßdaten größer oder gleich einem vorgegebenen Wert ist, während die Meßdaten als solche für den Abschnitt verwendet werden, in dem die Anstiegsrate der Meßdaten abnimmt oder kleiner als der vorgegebene Wert ist.
Die auf diesem Konzept basierende dritte Ausführungsform ist wie in der Fig. 14 gezeigt aufgebaut.
Bei dieser Ausführungsform ist ein Schalter 64 vorgesehen, der entweder den Schätzwert (k) auswählt, der von der Verzögerungskompensationsschaltung der ersten oder zweiten Ausführungsform ausgegeben wird, d.h. dem Vorhaltefilter 60, oder die Meßdaten Q(k) für den Luftdurchsatz vom A/D-Konverter 38. Die vom Schalter 64 ausgewählten Daten werden in einem Speicher, z.B. dem RAM, gespeichert.
Ein Komparator 62 vergleicht das Ausmaß Δk der Änderung, das vom Vorhaltefilter 60 erhalten wird, mit einem vorgegebenen Wert Δk&sub0;. Der Komparator 62 steuert den Schalter 64 derart, daß die Daten Q(k) ausgewählt werden, wenn Δk ≥ Ak&sub0; ist, und die Daten Q(k), wenn Δk < Ak&sub0; ist.
Der Komparator 62 und der Schalter 64 können von Hardware in der Einheit 10 gebildet werden oder von Software.
Die Fig. 15 zeigt eine Modifikation dieser Ausführungsform, wobei die Ausgangsdaten vom A/D-Konverter einerseits zum Vorhaltefilter und andererseits zu einem Glättungsfilter 66 zum Beseitigen einer niederfrequenten Pulsation durch gewichtete Mittelung oder dergleichen geführt wird. Vom Schalter 64 wird eines der Ausgangssignale ausgewählt.
Bei den in den Fig. 14 und 15 gezeigten Ausführungsformen wird der Vorhaltefilter nur für die Meßdaten verwendet, die mit einer großen Anstiegsrate des Luftdurchsatzes verknüpft sind, so daß die zum RAM geführten Daten eine genauere und aktuellere Luftmenge anzeigen können.
Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform beschrieben. Bei den ersten und zweiten Ausführungsformen wird der Schätzwert für den gegenwärtigen Zeitpunkt auf der Grundlage der Annahme erhalten, daß sich die Änderung der Meßdaten gleichermaßen bis zum Zeitpunkt nach einer Periode fortsetzt, und der Schätzwert wird als der tatsächliche laufende Wert verwendet. Die vierte Ausführungsform ist demgegenüber effektiv, wenn sie für den Fall verwendet wird, daß die zu kompensierende Vorrichtung bereits charakteristische Verzögerungsdaten aufweist.
Es wird die Kompensation der Zeitverzögerung einer Vorrichtung wie z.B. der RC-Schaltung beschrieben. Bei der in der Fig. 6 gezeigten Sprungantwort der RC-Schaltung kann die Zeitkonstante als die Zeit gemessen werden, die erforderlich ist, bis die Ausgangsspannung 63 % des Endwertes erreicht, oder sie kann aus den Werten der Widerstände und Kondensatoren der RC-Schaltung berechnet werden.
Es wird angenommen, daß die Periode, mit der die Meßdaten eingegeben werden, gleich Δt ist. Die Meßdaten für den Luftdurchsatz werden mit der folgenden Gleichung verarbeitet, um die Zeitverzögerung der RC-Schaltung zu kompensieren:
(k) = Q(k) + KT(Q(k) - Q(k-1)) ... (11)
wobei (k) der Schätzwert für den Luftdurchsatz im Zeitpunkt k ist. Der Koeffizient Kt in der Gleichung (11) wird mit folgender Gleichung erhalten:
KT = T/Δt ... (12)
Bei dieser Ausführungsform kann eine Hardwareschaltung so aufgebaut werden, daß die Gleichung (11) erfüllt ist, oder es wird die Datenverarbeitung mittels Software ausgeführt.
Die Fig. 16 zeigt die Schaltungsanordnung der vierten Ausführungsform. In der Fig. 16 bezeichnet das Bezugszeichen 72 ein Verzögerungselement, 74 einen Subtrahierer, 76 einen Multiplizierer zum Multiplizieren der Daten mit dem Multiplikator Kt und 78 einen Addierer.
Wenn die Ausführungsform mit Software realisiert wird, wird der Koeffizient Kt vorher ausgerechnet und in einem Speicher (RAM oder ROM) gespeichert, um nachher die Berechnung der Gleichung (11) auszuführen.
Obwohl bei dieser Ausführungsform nur die Verzögerung in der RC-Schaltung kompensiert wird, ist diese Verzögerung im Vergleich zu der im Sensor und im A/D-Konverter groß, so daß der Schätzwert einen Wert in der Nähe des tatsächlichen Luftdurchsatzes annimmt.
Bei der obigen Ausführungsform ist die Vorrichtung, deren Verzögerung kompensiert wird, die RC-Schaltung. Es ist jedoch auch ein anderes Verfahren möglich, wie es in der Fig. 17 gezeigt ist, wobei experimentell ein sprungartiger Luftstrom verwendet wird, um die Reaktionsdaten des Luftdurchsatzes zu erhalten. In diesem Fall wird während des Verlaufes des Erhaltens der Meßdaten für eine sprungartig sich ändernde Eingangs-Luftmenge nicht nur die Verzögerung in der RC-Schaltung, sondern auch die Verzögerung im Luft-Durchflußmeßgerät des Hitzdrahttyps und im A/D-Konverter addiert, mit dem Ergebnis der in der Fig. 17 gezeigten Sprungantwort.
Die Zeit für das Erreichen von 63 % des Endwertes der sich sprungartig ändernden Luftmenge durch die gemessene Luftmenge wird mit T1 bezeichnet. Das heißt, die Zeitkonstante T1 ist in der Fig. 17 L2/L1. Durch Verwendung des Koeffizienten Kt, der dargestellt wird durch
KT = TL/Δt ... (13)
wird die Verzögerungskompensation gemäß Gleichung (11) durchgeführt. Als primäres Verzögerungssystem werden die Vorrichtungen betrachtet, deren Verzögerung kompensiert werden soll, d.h. die Schaltung, die zum Beispiel den Luftstromsensor und die RC- Schaltungen und vorzugsweise auch den A/D-Konverter beinhaltet. Die Zeitkonstante T1 der Schaltung wird vorher experimentell bestimmt, und der Koeffizient wird durch Teilen durch die Periode Δt wie in der Gleichung (13) erhalten, wobei der Koeffizient zum Bestimmen des Schätzwertes aus der Gleichung (11) verwendet wird, um damit die Verzögerungskompensation zu bewirken.
Die Verzögerungskompensation kann wie bei der folgenden fünften Ausführungsform erfolgen, die ein Beispiel für die Anwendung der vierten Ausführungsform ist:
(k) = y(k) + f(N,Q, Tw,θth,Δt) × (y(k) - y(k-1)) ... (14)
wobei y einen wahlweise gemessenen Datenwert, N die Motordrehzahl, Q die angesaugte Luftmenge, Tw die Kühlwassertemperatur, Oth der Drosselklappenöffnungwinkel und Δt die Zeit für eine Periode darstellt. Mit anderen Worten wird in der Gleichung (14) als Koeffizient Kt der Gleichung (11) eine Funktion f() der Daten verwendet, die den Motorbetriebszustand und den Zustand der Aufhängung darstellen.
y(k) stellt den Meßdatenwert für einen gegenwärtigen Zeitpunkt und y(k-1) dem Meßdatenwert für den Zeitpunkt vor einer Periode dar.
Unter Verwendung der angesaugten Luftmenge Q als Beispiel für die Meßdaten y kann die Funktion f() zum Beispiel durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
wobei m für die Anzahl der Zylinder des Motors steht.
Der Schätzwert wird daher ausgedrückt durch:
Wenn der Schätzwert mit der Gleichung (16) erhalten wird, wird das Ausmaß Δk der Änderung kleiner, wenn der Wert N größer wird. Das heißt, daß die Änderungsrate der angesaugten Luftmenge Q größer wird, wenn das Fahrzeug mit einer geringeren Geschwindigkeit fährt.
Die Funktion f() kann beinhalten:
f( ) = KN, KQ, KTW, Kθth/Δt ... (17)
wobei die Koeffizienten Kn, Kg, Ktw und kΘth jeweils für die Werte N, Q, Tw und Θth vorgesehen sind und aus den in den Fig. 18A bis 18D gezeigten Kurven erhalten werden können, die vorher im ROM oder RAM gespeichert werden.
Die Fig. 19 zeigt die Schaltungsanordnung der fünften Ausführungsform, wobei das Bezugszeichen 85 eine Schaltung zum Berechnen der Funktion f(), 82 ein Verzögerungselement, 84 einen Subtrahierer, 86 einen Multiplizierer und 88 einen Addierer bezeichnet.
Wenn die fünfte Ausführungsform mit der ersten Ausführungsform verwendet wird, ändert sich die Gleichung (5) oder (6) wie folgt:
wobei Kt1, Kt2 und Kt3 aus der Funktion der Daten (Parameter) erhalten werden kann, die den Zustand des Motors und/oder der Aufhängung darstellen.
Die dritte Ausführungsform ist derart auf die vierte und fünfte Ausführungsform anwendbar, daß nur für den ansteigenden Abschnitt der Meßdaten, für die eine Verzögerungskompensation erfolgen soll, eine Verzögerungskompensation bewirkt wird.
Als nächstes wird eine sechste Ausführungsform beschrieben. Wie erwähnt, ist aus verschiedenen Gründen ein Signal, das mit einem Luft-Durchflußmeßgerät des Hitzdrahttyps gemessen wird, mit Rauschen behaftet. Eine RC-Schaltung wird dazu verwendet, dieses Rauschen zu beseitigen. In manchen Fällen wird das Signal A/D-umgewandelt und läuft durch einen Verzögerungsfilter (z.B. einem Glättungsfilter), um die Pulsationen in den Meßdaten für den Luftdurchsatz zu glätten.
Wenn die zu steuernde Vorrichtung, in diesem Fall ein Motor, in einem gewöhnlichen (stationären) Betriebszustand ist, ändern sich die Meßdaten nicht sehr schnell, es kann jedoch leicht eine pulsierende Komponente auftreten. Wenn zum Beseitigen einer solchen niederfrequenten Komponente ein Glättungsfilter verwendet wird, zeigen die Ausgangsdaten des Glättungsfilters im wesentlichen den tatsächlichen Luftdurchsatz an, auch wenn keine Kompensation der Verzögerung der Meßdaten erfolgt, womit kein Problem vorliegt.
In einem Übergangszustand ist die Charakteristik der Luft/Kraftstoffsteuerung mit Bezug zu der Kraftstoffeinspritzsteuerung wegen der Verzögerung im Glättungsfilter verschlechtert. In einem Übergangszustand, zum Beispiel bei einer Beschleunigung, ändern sich auch die Meßdatenwerte stark, so daß relativ dazu die pulsierende Komponente vernachlässigt werden kann. Es ist daher in manchen Fällen nicht erforderlich, daß die Meßdaten durch den Glättungsfilter geführt werden.
Unter Berücksichtigung dieser Tatsache werden die Meßdaten bei dieser Ausführungsform im gewöhnlichen Betriebszustand durch den Glättungsfilter geführt und in Übergangszuständen, während einer Beschleunigung zum Beispiel, nicht durch den Glättungsfilter, sondern durch den in den obigen Ausführungsformen gezeigten Vorhaltefilter. In der Fig. 20 ist ein bestimmtes Beispiel zur Ausführung einer solchen Steuerung gezeigt. Die in der Fig. 20 dargestellten Bauelemente mit zu denen der Fig. 14 identischen Bezugszeichen haben eine ähnliche Funktion wie die in der Fig. 14. In der Fig. 20 können Filter 60 und 66, der Schalter 64 und eine Diskriminatoreinheit 90 aus Hardware aufgebaut und innerhalb der I/O-Schaltung verwirklicht sein.
Der Gleichgewichts/Übergangszustandsdiskriminatoreinheit 90 werden Daten eingegeben, die den Motorbetriebszustand darstellen, um die Zustandsdiskrimination auszuführen. Zum Beispiel wird ein Übergangszustand festgestellt, wenn die Änderungsrate des Drosselklappenöffnungswinkels größer oder gleich einem gewissen Wert ist, und der Schalter 64 wird so gesteuert, daß in der vorstehend beschriebenen Art einer der Filter 60 und 66 ausgewählt wird.
Bei einer solchen Anordnung kann die pulsierende Komponente der Meßdaten im stationären Betriebszustand geglättet werden und im Übergangszustand die Verzögerung davon kompensiert werden. Die Verarbeitung der so erhaltenen Luftmengendaten verbessert die Eigenschaften der Luft/Kraftstoffverhältnissteuerung vorteilhaft. Der Vorhaltefilter 60 kann wie in der ersten, zweiten, vierten oder fünften Ausführungsform angewendet werden.
Die Fig. 21 zeigt ein Beispiel für das Flußdiagramm dieser Ausführungsform, wobei der Betrieb der Filter 60 und 66, des Schalters 64 und der Diskriminatoreinheit 90 gemäß Programmen im ROM gesteuert werden.
Nach Fig. 21 wird in Blöcken 200, 202 und 204 der Luftdurchsatz mit einem Luftstromsensor gemessen, das Rauschen wird in einem RC-Filter beseitigt und die sich ergebenden Signale werden A/D-umgewandelt. Die A/D-umgewandelten Daten werden im Block 206 einer Glättung wie einer gewichteten Mittelung unterworfen und die sich ergebenden Daten im RAN im Bereich A gespeichert. Im Block 208 werden die A/D-umgewandelten Daten einer Verzögerungskompensation in einer Art unterworfen, wie sie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen beschrieben ist, und im RAM im Bereich B gespeichert.
Im Block 212 wird der Motorbetriebszustand festgestellt, das heißt ob es ein Übergangszustand oder ein stationärer Zustand ist. Nach der Feststellung wird ein Flag "0" für den Übergangszustand oder ein Flag "1" für den stationären Zustand im RAM in einem bestimmten Bereich gesetzt (Block 214).
Im Block 210 wird das Flag geprüft. Im Falle des Flags "1" werden die Daten im Bereich A des RAMs gelesen (Block 216) und zur Datenverarbeitung im Block 220 in einen bestimmten Bereich des RAMs eingegeben. Im Falle des Flags "0" werden die Daten im Bereich B gelesen (Block 218) und im RAM in einen bestimmten Bereich gegeben.
Bei dieser Ausführungsform stellt die Diskriminationseinheit fest, ob der Motorbetriebszustand ein stationärer oder ein Übergangszustand ist. Wenn jedoch die Meßdaten für ein Stoßdämpferhubpositionssignal sind, stellt die Diskriminationseinheit fest, ob der Zustand der Aufhängung ein stationärer oder eine Übergangszustand ist, um entsprechend den Schalter 64 zu steuern. Das heißt, es wird der Übergangszustand festgestellt, wenn sich die Stoßdämpferposition stark ändert, um dann den Vorhaltefilter auszuwählen.
Bei den obigen Ausführungsformen wurde hauptsächlich das Verfahren der Bearbeitung von Luftmengendaten beschrieben. Die Erfindung ist jedoch auf alle Daten anwendbar, die einem Mikrocomputer eingegeben werden, der in einem Fahrzeug untergebracht ist. Zum Beispiel sind die verschiedenen zu verarbeitenden Daten die Eingabedaten für eine elektrische Steuervorrichtung zur Steuerung des Motors, die ein Drosselklappenwinkelsignal, ein Beschleunigungswinkelsignal, ein Luft/Kraftstoffverhältnissignal, ein Ansaugrohrdrucksignal, ein Kühlwassertemperatursignal, ein Ansauglufttemperatursignal, ein Drehzahlsignal, ein Klopfsignal und dergleichen einschließen.
Die zu verarbeitenden Daten schließen auch die Ausgangsdaten von einem Stoßdämpferhubsensor ein, die zur Steuerung der Öldruckkontrollvorrichtung 19 vorgesehen sind, die den Öldruck einer Aufhängung regelt, und andere Daten.
Bei den obigen Ausführungsformen wird außerdem eine vorgegebene Zeitspanne als Periode für den Fall verwendet, daß der Luftdurchsatz für die Meßdaten verwendet wird. Es kann jedoch auch eine vorgegebene Zeitspanne oder ein vorgegebener Drehwinkel als Periode für den Fall verwendet werden, daß andere Arten von Meßdaten verwendet werden.
Wie insoweit im einzelnen beschrieben, werden erfindungsgemäß bei einer elektrischen Steuervorrichtung für einen Motor, eine Aufhängung oder dergleichen an einem Kraftfahrzeug die Meßdaten einem Vorhaltefilter eingegeben, um eine Zeitverzögerung der Meßdaten zu kompensieren. Entsprechend ist es möglich, ein einfaches Verfahren und eine einfache Vorrichtung zur Kompensation einer Zeitverzögerung von Meßdaten vorzusehen, um die Leistungsfähigkeit der Steuerung wirkungsvoll zu verbessern.
Bei den obigen Ausführungsformen wird eine Verzögerungskompensation für einen Typ von Meßdaten beschrieben. Wie in der Fig. 4 gezeigt, kann jedoch gleichzeitig für andere Ausgangsdaten vom Drosselklappenwinkelsensor 92, Luft/Kraftstoffverhältnissensor 8, Stoßdämpferhubpositionssensor 15 oder dergleichen eine Verzögerungskompensation durchgeführt werden. In einem solchen Fall werden bei der dritten und sechsten Ausführungsform die Ausgangssignale der Sensoren aufeinanderfolgend durch den Multiplexer 36 ausgewählt, A/D-umgewandelt und danach durch einen der Filter 60 und 66 geführt. Die Fig. 22 zeigt ein Beispiel für eine Modifikation der sechsten Ausführungsform, die entsprechend der obigen Anordnung aufgebaut ist.

Claims

1. Elektrische Steuervorrichtung zum elektrischen Steuern einer steuerbaren Vorrichtung (5, 7, 14, 19), die an einem Kraftfahrzeug angebracht ist, mit:

einer Meßeinrichtung (8, 15, 91, 92, 30-34, 38) zum Messen von Datenwerten (Q(k)), die wenigstens einen Zustand des Kraftfahrzeuges darstellen;

einer Speichereinrichtung (24) zum Speichern von aufeinanderfolgenden Ausgangsdatenwerten, die periodisch von der Meßeinrichtung erhalten werden;

einer Berechnungseinrichtung (20, 60) zum Berechnen, zu einem gegenwärtigen Zeitpunkt, eines Schätzwertes ( (k)), der den einen Zustand des Kraftfahrzeuges zu einem zukünftigen Zeitpunkt darstellt, auf der Basis eines Ausgangsdatenwertes der Meßeinrichtung zum gegenwärtigen Zeitpunkt und von vorher in der Speichereinrichtung gespeicherten Ausgangsdatenwerten; und mit

einer Betriebsverarbeitungseinrichtung (20) zum Berechnen wenigstens eines Steuerwertes, der an die steuerbare Vorrichtung anzulegen ist, auf der Basis des Schätzwertes von der Berechnungseinrichtung;

wobei die Berechnungseinrichtung (20) eine Einrichtung (30, 40, 50) zum Auslesen von in der Speichereinrichtung einen und zwei Zeitpunkte vorher gespeicherten Ausgangsdatenwerten (Q(k-1)), (Q(k-2)) und zum Berechnen des Schätzwertes ( (k)) auf der Basis der ausgelesenen Ausgangsdatenwerte und des zum gegenwärtigen Zeitpunkt gespeicherten Ausgangsdatenwertes (Q(k)), und eine Einrichtung (30, 40) zum Berechnen eines ersten Differenzwertes zwischen dem zum gegenwärtigen Zeitpunkt gespeicherten Ausgangsdatenwert (Q(k)) und dem einen Zeitpunkt vorher gespeicherten Ausgangsdatenwert (Q(k-1)), einer zweiten Differenz zwischen den Ausgangsdatenwerten (Q(k-1), Q(k-2)), die einen und zwei Zeitpunkte vorher gespeichert wurden, und eines dritten Differenzwertes zwischen den ersten und zweiten Differenzwerten aufweist, und wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Berechnungseinrichtung des weiteren eine Einrichtung (30, 40) zum Berechnen der Summe aus dem zum gegenwärtigen Zeitpunkt gespeicherten Ausgangsdatenwert und einem Differenzwert zwischen dem ersten und dritten Differenzwert aufweist, um dadurch den Schätzwert zu erhalten, der den genannten Zustand zu einem Zeitpunkt später anzeigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Speichereinrichtung (24) des weiteren eine Einrichtung zum Speichern eines Koeffizienten aufweist, der der Zeitkonstanten einer Sprungantwort der Meßeinrichtung proportional ist; und wobei

die Berechnungseinrichtung eine Einrichtung (70) zum Auslesen des Koeffizienten und zum Multiplizieren des ersten Differenzwertes mit dem Koeffizienten beinhaltet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Koeffizient (KT) die Zeitkonstante geteilt durch eine Zeit ist, die gleich einer Periode ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Meßeinrichtung wenigstens einen Sensor (8, 15, 91, 92) zum Messen von Datenwerten, die wenigstens einen Zustand des Kraftfahrzeuges darstellen, und einen Primär-Verzögerungsfilter (30-34) zum Filtern eines Ausgangssignales des Sensors zur Ausgabe der Ausgangsdatenwerte aufweist, und wobei die Zeitkonstante die Zeitkonstante (TL) einer Sprungantwort des Primär-Verzögerungsfilters ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Meßeinrichtung wenigstens einen Sensor (8, 15, 91, 92) zum Messen von Datenwerten, die wenigstens einen Zustand des Kraftfahrzeuges darstellen, und einen Primär-Verzögerungsfilter (30-34) zum Filtern eines Ausgangssignales des Sensors zur Ausgabe der Ausgangsdatenwerte aufweist, und wobei die Zeitkonstante die Zeitkonstante (T) einer Sprungantwort des Sensors und des Primär-Verzögerungsfilters ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit des weiteren:

einer Erfassungseinrichtung (4, 6, 8, 15-18, 91, 92) zum Erfassen von Datenwerten, die wenigstens einen weiteren Zustand des Kraftfahrzeuges darstellen; und mit

einem Funktionsgenerator (85) zum Erzeugen von wenigstens einer Funktion, die den Zustand des Kraftfahrzeuges darstellt, auf der Basis der erfaßten Datenwerte der Erfassungseinrichtung; wobei

die Berechnungseinrichtung (20) eine Einrichtung (80) zum Multiplizieren des ersten Differenzwertes mit der Funktion aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Funktionsgenerator (85) eine Einrichtung zum Erzeugen erster und zweiter Funktionen, die den Zustand des Kraftfahrzeuges darstellen, auf der Basis der von der Erfassungseinrichtung erfaßten Datenwerte aufweist; und wobei

die Berechnungseinrichtung (20) eine Einrichtung (80) zum Erhalten des Produkts der zweiten Differenz mit der zweiten Funktion aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der wenigstens eine weitere Zustand des Kraftfahrzeuges ein Betriebszustand des Fahrzeugmotors ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit des weiteren

einem Filter (66) zum Filtern von Ausgangsdatenwerten der Meßeinrichtung (8, 15, 91, 92, 30-34, 38);

einer Beurteilungseinrichtung (64) zum Beurteilen, ob der Zustand des Kraftfahrzeuges entweder ein erster Zustand oder ein zweiter Zustand ist; und mit

einer Auswahleinrichtung (64) zum Auswählen des Ausgangs der genannten Einrichtung oder des Filters in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der Beurteilungseinrichtung;

wobei die Betriebsverarbeitungseinrichtung (20) eine Einrichtung zum Berechnen des Steuerwertes auf der Basis des ausgewählten Ausgangssignales der Auswahleinrichtung aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Beurteilungseinrichtung eine Einrichtung (90) aufweist, die zur Beurteilung als erstem oder zweitem Zustand feststellt, ob der Zustand des Kraftfahrzeuges ein Übergangszustand oder ein stationärer Zustand ist, und wobei die Auswahleinrichtung eine Einrichtung (64) zum Auswählen des Ausgangssignales der Berechnungseinrichtung, wenn die Beurteilungseinrichtung den Zustand als Übergangszustand beurteilt, und zum Auswählen des Ausgangssignales des Filters aufweist, wenn die Beurteilungseinrichtung den Zustand als stationären Zustand beurteilt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Beurteilungseinrichtung eine Einrichtung (62) zur Feststellung des ersten Zustands, wenn der Ausgangsdatenwert der Meßeinrichtung in einem Verhältnis ansteigt, das gleich oder größer als ein vorgegebenes Verhältnis ist, und zur Feststellung des zweiten Zustands aufweist, wenn der Ausgangsdatenwert in einem Verhältnis ansteigt, das kleiner ist als das vorgegebene Verhältnis, und wobei die Auswahleinrichtung (64) eine Einrichtung zum Auswählen des Ausgangssignales der Berechnungseinrichtung bzw. des Filters aufweist, wenn die Beurteilungseinrichtung den ersten oder den zweiten Zustand feststellt.

12. Verfahren zum Kompensieren einer Zeitverzögerung von gemessenen Daten in einer elektrischen Steuereinheit für ein Kraftfahrzeug, das eine Meßeinrichtung (8, 15, 91, 92, 30-34, 38) zum Messen von Datenwerten (Q(k)), die wenigstens einen Zustand des Kraftfahrzeuges darstellen, eine Speichereinrichtung (24) zum Speichern von aufeinanderfolgenden Ausgangsdatenwerten, die periodisch von der Meßeinrichtung erhalten werden, und eine Betriebsverarbeitungseinrichtung (20) zum Berechnen wenigstens eines Steuerwertes, der an die steuerbare Vorrichtung anzulegen ist, auf der Basis von Ausgangsdatenwerten der Meßeinrichtung aufweist, mit:

einem ersten Schritt des Auslesen von Ausgangsdatenwerten, die vorher in der Speichereinrichtung gespeichert wurden;

einem zweiten Schritt des Berechnens, zu einen gegenwärtigen Zeitpunkt, eines Schätzwertes ( (k)), der den einen Zustand des Kraftfahrzeuges zu einem zukünftigen Zeitpunkt darstellt, auf der Basis eines Ausgangsdatenwertes der Meßeinrichtung zum gegenwärtigen Zeitpunkt und der aus der Speichereinrichtung ausgelesenen Ausgangsdatenwerte; und mit

einem dritten Schritt des Berechnens des Manipulationswertes auf der Basis des Schätzwertes in der Betriebsverarbeitungseinrichtung;

wobei der zweite Schritt das Auslesen von in der Speichereinrichtung einen und zwei Zeitpunkte vorher gespeicherten Ausgangsdatenwerten (Q(k-1)), (Q(k-2)) und das Berechnen des Schätzwertes auf der Basis der ausgelesenen Ausgangsdatenwerte und des zum gegenwärtigen Zeitpunkt gespeicherten Ausgangsdatenwertes (Q(k)) durch Berechnen eines ersten Differenzwertes zwischen dem zum gegenwärtigen Zeitpunkt gespeicherten Ausgangsdatenwert (Q(k)) und dem einen Zeitpunkt vorher gespeicherten Ausgangsdatenwert (Q(k-1)), einer zweiten Differenz zwischen den Ausgangsdatenwerten (Q(k-1), Q(k-2)), die einen und zwei Zeitpunkte vorher gespeichert wurden, und eines dritten Differenzwertes zwischen den ersten und zweiten Differenzwerten beinhaltet, und wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß der zweite Schritt des weiteren das Berechnen der Summe aus dem zum gegenwärtigen Zeitpunktes gespeicherten Ausgangsdatenwert und einem Differenzwert zwischen dem ersten und dritten Differenzwert beinhaltet, um dadurch den Schätzwert zu erhalten, der den genannten Zustand eine Periode später anzeigt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, mit einem weiteren Schritt des Speicherns eines Koeffizienten, der der Zeitkonstanten einer Sprungantwort der Meßeinrichtung proportional ist; wobei

der zweite Schritt das Multiplizieren des ersten Differenzwertes mit dem Koeffizienten beinhaltet.

14. Verfahren nach Anspruch 12, mit des weiteren einem vierten Schritt des Erfassens von Datenwerten, die wenigstens einen weiteren Zustand des Kraftfahrzeuges darstellen; und mit

einem fünften Schritt des Erzeugens von wenigstens einer Funktion, die den Zustand des Kraftfahrzeuges darstellt, auf der Basis der erfaßten Datenwerte der Erfassungseinrichtung; wobei

der zweite Schritt das Multiplizieren des ersten Differenzwertes mit der Funktion beinhaltet.