DE69002270T2

DE69002270T2 - Gerät zur Steuerung der Drehzahl für Brennkraftmaschine.

Info

Publication number: DE69002270T2
Application number: DE90107377T
Authority: DE
Inventors: Takahito Kondo; Masataka Osawa
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc; Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1989-04-20
Filing date: 1990-04-18
Publication date: 1994-03-31
Anticipated expiration: 2010-04-19
Also published as: EP0393642B1; JP2551656B2; EP0393642A3; US5036814A; EP0393642A2; DE69002270D1; JPH02277943A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motordrehzahl-Steuereinrichtung für einen mit innerer Verbrennung arbeitenden Motor (Brennkraftmaschine) und insbesondere auf eine Motordrehzahl-Steuereinrichtung zum Steuern der Motordrehzahl einer Brennkraftmaschine, die an einem lndustriefahrzeug wie etwa einem Gabelstapler angebracht ist, oder einer Brennkraftmaschine, die als Kraft- bzw. Spannungsquelle wie etwa als Generator eingesetzt wird.

Beschreibung des Standes der Technik:

Bei einer an einem Industriefahrzeug wie etwa einem Gabelstapler oder dergleichen angebrachten Brennkraftmaschine ist es notwendig, zu verhindern, daß eine Veränderung der Bewegungs- bzw. Fahrlast die Lade- und Entladevorgänge behindert und eine Veränderung der Frachtlast das Fahren des Fahrzeugs behindert, da die Frachtlast zusätzlich zu der Bewegungslast wirkt. Zusätzlich muß eine als eine Spannungsquelle wie etwa als ein Generator eingesetzte Brennkraftmaschine elektrische Spannung in stabiler Weise bereitstellen. Bislang wurden verschiedene Steuereinrichtungen im Hinblick auf den Betrieb einer solchen Brennkraftmaschine mit einer Drehzahl nahe bei der Motor-Soll-Drehzahl entwickelt. Als eine dieser Steuereinrichtungen ist eine Methode bekannt, bei der die dynamischen Eigenschaften der Brennkraftmaschine und der Last als eine lineare Übertragungsfunktion um einen bestimmten Arbeitspunkt des jeweilgen Faktors angenähert und ausgedrückt werden und eine Kompensation durch eine Proportional- + Integral- + Differential-(PID)-Steuerung bewirkt wird (siehe "The Report of Experiments on the Speed Governing of Diesel Engine-Generator", Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (Teil 1), Band 43, Nr. 367, Seite 957, Zeile 13 der linken Spalte bis Zeile 1 der rechten Spalte).
Da jedoch bei diesem Stand der Technik das Steuersystem unter Heranziehung der Eigenschaften der Brennkraftmaschine um bestimmte Betriebspunkte ausgelegt ist, besteht die Notwendigkeit, das Steuersystem für jeden Arbeitspunkt auszulegen und eine Steuerung unter Umschaltung auf eine Betriebssteuergleichung bezügl. jedes Arbeitspunkts in Verbindung mit Änderungen im Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine zu bewirken. Dies führt folglich zu Problemen wie etwa einer vergrößerten Anzahl von beim Entwurf des Steuersystems involvierten Prozessen und Regelschwingungen, die in der Motor-Drehzahl zum Zeitpunkt der Durchführung einer Steuerungsumschaltung aufgrund einer Diskontinuität der Gleichungen zur Steuerungsberechnung auftreten.
In G. Marro: "Controlli automatici", 1989, Zanichelle, Bologna, Italien ist auf den Seiten 366 bis 370 ein Steuersystem beschrieben, bei dem die Eingangs/Ausgangs-Beziehung nicht linear ist. Eine aktuelle bzw. Ist-Stellgröße wird aus einer Rückkopplungsgleichung unter Heranziehung einer virtuellen bzw. Soll-Stellgröße berechnet.
Wenn eine Brennkraftmaschine der Steuerungsgegenstand ist, sind die Drosselöffnung und das Drehmoment nicht direkt verknüpft. Sie sind indirekt über verschiedene Parameter, wie etwa den Ansaugluftdruck, die Ansaugluftmengen, die Brennstoffzuführungsmenge, die Zündzeitsteuerung und dergleichen verkoppelt. Weiterhin existieren komplizierte dynamische Verknüpfungen (Übertragungsfunktionen G (S)) zwischen diesen Parametern. Demgemäß ist ein solches Steuersystem kompliziert.

Kurzfassung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motordrehzahl-Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die es ermöglicht, die Motor-Ist-Drehzahl vorteilhaft auf eine Motor-Soll-Drehzahl unabhängig vom Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine zu steuern, wodurch die vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.
Hierzu wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eine Motordrehzahl- Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine geschaffen, die die Merkmale gemäß Anspruch 1 aufweist.
Die vorliegende Erfindung wurde im Lichte des nachstehend beschriebenen Gesichtspunktes entwickelt. Anders ausgedrückt ist eine Veränderung von Parametern aufgrund einer Änderung eines Arbeitspunktes einer Brennkraftmaschine, in Relation zwischen der Motordrehzahl und einer Ist-Stellgröße, die linear um den Arbeitspunkt angenähert ist, einer Veränderung des Gradienten des innerhalb der Brennkraftmaschine wirkenden Ist- Drehmoments bezüglich der Ist-Stellgröße zuschreibbar bzw. durch diese beschreibbar. Zusätzlich verändert sich dieser Gradient aufgrund einer Änderung des Drehmoments oder der Motordrehzahl der Brennkraftmaschine, wobei diese Änderung jedoch kontinuierlich ist. Falls demgemäß eine Steuergleichung unter der Annahme, daß der Gradient bei Nichtberücksichtigung der Veränderung des Gradienten festgelegt ist, d.h. unter der Annahme, daß die Soll-Stellgröße und das Drehmoment in linearer Beziehung stehen, aufgebaut wird und dann eine Kompensation für die Veränderung des Gradienten durchgeführt wird, ist es möglich, die Gestaltung des Steuersystems zu vereinfachen und ausgezeichnetes Leistungsvermögen hinsichtlich der Stabilisierung der Motordrehzahl über den gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine sicherzustellen.
In Übereinstimmung mit diesem Gesichtspunkt wird bei der vorliegenden Erfindung die Soll-Stellgröße bzw. virtuelle Stellgröße unter der Annahme, daß die virtuelle Stellgröße und das Drehmoment in linearer Beziehung stehen, durch die Berechnungseinrichtung derart berechnet, daß die durch die Erfassungseinrichtung erfaßte Motor-Ist-Drehzahl zu einer Motor-Soll-Drehzahl wird. Nachfolgend wird die virtuelle Stellgröße durch die Umwandlungseinrichtung in die aktuelle Stellgröße unter Heranziehung der aktuellen nichtlinearen Beziehung zwischen der Stellgröße und dem Drehmoment umgewandelt. Die Steuereinrichtung zur Steuerung der Motor-Drehzahl der Brennkraftmaschine wird auf der Grundlage dieser reellen bzw. aktuellen bzw. Ist-Stellgröße gesteuert.
Wie vorstehend beschrieben, werden in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung unter der Annahme, daß die virtuelle Stellgröße und das Drehmoment in linearer Beziehung stehen, die dynamischen Beziehungen zwischen der virtuellen Stellgröße und der Motor-Drehzahl über den gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine identisch. Folglich ist es möglich, den Vorteil zu erzielen, daß Parameter der Steuergleichung bei einem bestimmten Arbeitspunkt optimiert sind und daß das Steuersystem somit vereinfacht werden kann.

Kurzbeschreibungen der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild, das in Übereinstimmung mit einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung steht;
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild, das die Einzelheiten einer Schaltung zur Berechnung eines virtuellen Steuerbetrags in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild, das die Einzelheiten der in Übereinstimmung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel stehenden Schaltung zur Berechnung eines virtuellen Steuerbetrags veranschaulicht;
Fig. 5 zeigt eine Darstellung, die eine Tabelle bzw. eine Kennliniendarstellung einer reellen Stellgröße und einer virtuellen Stellgröße veranschaulicht, die in Übereinstimmung mit der Motor-Drehzahl oder einer Soll-Motor-Drehzahl bestimmt sind;
Fig. 6 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Umwandlung einer virtuellen Stellgröße in eine reelle Stellgröße;
Fig. 7 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Größe der virtuellen Stellgröße in Fällen, bei denen die reelle Stellgröße beschränkt ist;
Fig. 8 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung von Beziehungen zwischen der Stellgröße und dem Drehmoment;
Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild, das in Übereinstimmung mit einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung steht.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen werden nachstehend die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben. Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem ein Lastsystem 12 zum Absorbieren bzw. Aufnehmen des Ausgangs bzw. der Ausgangsleistung einer Brennkraftmaschine 10 mit einer Ausgangswelle des Motors 10 verbunden ist. Eine Scheibe 44, die mit einer Vielzahl von Schlitzen mit gleichen Abständen in ihrer Umfangsrichtung versehen ist, ist an einer (nicht gezeigten) Drehwelle der Brennkraftmaschine 10 angebracht. Ein Erfassungsabschnitt 46 ist derart aufgebaut, daß die Scheibe 44 in sandwichartiger Weise mit einer lichtemittierenden Einrichtung und einer lichtempfangenden Einrichtung umgeben ist. Der Erfassungsabschnitt 46 ist über einen Motor-Drehzahl-Detektor 14 mit einer Eingangsschnittstelle 24 verbunden. Die Brennkraftmaschine 10 ist mit einer Ausgangsregel- bzw. - Steuereinrichtung 16 zum Steuern des Ausgang bzw. der Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine durch Steuerung der Ansaugluftmenge oder der in einen Zylinder eingespritzten Brennstoffmenge (im Fall eines Dieselmotors) ausgestattet. Die Ausgangsregeleinrichtung 16 wird durch ein Betätigungselement 16, wie etwa einen Schrittmotor oder dergleichen angetrieben, das mit einer Ausgangsschnittstelle 42 verbunden ist.
Ein Hebel-Öffnungsdetektor 22 zum Erfassen der Öffnung bzw. des Öffnungsgrads eines Hebels ist mit einem Drosselhebel 20 verbunden, durch den die Motor-Soll-Drehzahl der Brennkraftmaschine festgelegt wird. Der Hebel-Öffnungsdetektor 22 ist mit einer Eingangsschnittstelle 26 verbunden. Die Schnittstellen 24, 26, 42 sind mit einer Steuer- Recheneinheit 50 verbunden, die durch einen Mikrocomputer oder dergleichen gebildet ist. Alternativ kann die Anordnung derart ausgelegt sein, daß die Drosselöffnung anstelle der Hebelöffnung erfaßt wird. Die Steuer-Recheneinheit 50 ist mit einer Motordrehzahl- Berechnungsschaltung 28 zum Berechnen der Motor-Ist-Drehzahl N auf der Grundlage eines über die Eingangsschnittstelle 24 eingegebenen Signals versehen. Ein Ausgangsanschluß der Motordrehzahl-Berechnungsschaltung 28 ist mit einem Abweichungsrechner 32 und einer Umwandlungsbeziehung-Festlegungseinrichtung 36 zum Festlegen der Beziehung zwischen einer virtuellen Stellgröße und einer reellen, der tatsächlichen Motordrehzahl zum aktuellen Zeitpunkt entsprechenden Stellgröße auf der Grundlage einer in Fig. 5 gezeigten Tabelle bzw. Kennliniendarstellung verbunden. Mit der Eingangsschnittstelle 26 ist eine Motor-Soll-Drehzahl-Berechnungsschaltung 30 zum Berechnen der Motor- Soll-Drehzahl NR auf der Grundlage einer über die Eingangsschnittstelle 26 eingegebenen Hebelöffnung TH verbunden. Diese Motor-Soll-Drehzahl-Berechnungsschaltung 30 ist mit dem Abweichungsrechner 32 verbunden. Der Ausgangsanschluß des Abweichungsrechners 32 ist mit einer Virtuell/Reell-Umwandlungsschaltung 38 zum Umwandeln der virtuellen Stellgröße in die reelle Stellgröße über eine Schaltung 34 zur Berechnung eines virtuellen Steuerbetrags verbunden. Die Virtuell/Reell-Umwandlungsschaltung 38 ist mit einer Antriebssignal-Berechnungsschaltung 40 zum Berechnen eines Antriebssignals auf der Basis einer reellen Stellgröße verbunden. Das durch die Antriebssignal-Berechnungsschaltung 40 berechnete Antriebssignal wird an das Betätigungselement 18 über die Ausgangsschnittstelle 42 angelegt.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, weist die vorstehend angegebene Schaltung 34 zur Berechnung der virtuellen Steuergröße ein erstes Übertragungselement 34A zum Abgeben eines Signals, das proportional zu einer Abweichung ist, bei der die Motor-Ist-Drehzahl N von der Motor-Soll-Drehzahl NR subtrahiert ist, d.h. zu einer Abweichung zwischen der Ausgangsgröße der Motor-Soll-Drehzahl-Berechnungsschaltung 30 und der Motor-Ist- Drehzahl; ein zweites Übertragungselement 34B zum Abgeben eines Signals, bei dem eine zu dieser Abweichung proportionale Größe bei jeder Zeitgabe, d.h. für jedes vorbestimmte Zeitintervall, aufsummiert wird; ein drittes Übertragungselement 34C zum Bestimmen einer Veränderung der vorstehend angegebenen Abweichung und zum Abgeben eines Signals, das eine Filterverarbeitung zum Steuern übermäßiger Schwankungen der Veränderung aufgrund von Störungen, einer hochfrequenten Motordrehzahlveränderung u.s.w. unterzogen ist; und einen Addierer 34D zum Addieren der vom ersten bis zum dritten Übertragungselement erhaltenen Signale auf. Ein virtuelles Stellgrößensignal wird von diesem Addierer 34D abgegeben.
Nachstehend wird die Betriebsweise des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben. Die Motordrehzahl-Berechnungschaltung 28 erzeugt als Ausgangsgröße die Motor-Ist-Drehzahl N der Brennkraftmaschine 10 auf der Grundlage des Ausgangssignals des Motordrehzahl- Detektors 14. Die Motor-Soll-Drehzahl-Berechnungsschaltung 30 erzeugt als Ausgangsgröße ein der Motor-Soll-Drehzahl NR entsprechendes Signal auf der Grundlage des Ausgangssignals des Hebel-Öffnungsdetektors 22. Der Abweichungsrechner 32 berechnet eine Abweichung zwischen der Motor-Soll-Drehzahl NR und der Motor-Ist-Drehzahl N. Diese Abweichung wird einer PID-Verarbeitung durch die Schaltung 34 zur Berechnung des virtuellen Steuerbetrags unterzogen und in eine virtuelle Stellgröße umgewandelt sowie an die Virtuell/Reell-Umwandlungsschaltung 38 angelegt.
Eine Mehrzahl von Tabellen bzw. Kennlinienfeldern (siehe Fig. 5), die die Beziehungen zwischen der virtuellen Stellgröße und der reellen Stellgröße veranschaulichen, die jeder Motordrehzahl entsprechen, ist vorab in der Umwandlungsbeziehung-Festlegungseinrichtung 36 gespeichert. Im einzelnen wählt die Umwandlungsbeziehung-Fesflegungseinrichtung 36 eine der Tabellen, die die Umwandlungsbeziehung zwischen der virtuellen Stellgröße und der reellen Stellgröße entsprechend der aktuellen, von der Motordrehzahl- Berechnungsschaltung 28 abgegebenen Motordrehzahl N zum gegenwärtigen Zeitpunkt veranschaulicht, und stellt diese in der Virtuell/Reell-Umwandlungsschaltung 38 ein. Falls hierbei, wie in Fig. 6 gezeigt ist, die Motordrehzahl als fest angenommen wird, ist die Kennlinie zwischen reellem Steuerbetrag bzw. reeller Steuergröße und dem Drehmoment nicht linear, wie dies durch eine Kurve B veranschaulicht. Wenn angenommen wird, daß die Kennlinie zwischen virtuellem Steuerbetrag und Drehmoment linear ist, wie dies durch eine gerade Linie A angezeigt ist, werden die Beziehungen zwischen der virtuellen Stellgröße und der reellen Stellgröße entsprechend der Motordrehzahl, die in Fig. 5 gezeigt sind, durch Umwandlung der reellen Stellgröße in die virtuelle Stellgröße auf der Grundlage der geraden Linie A und der Kurve B bestimmt. Das bedeutet, daß, wenn angenommen wird, daß sich die virtuelle Stellgröße bei einem Punkt a befindet, das Drehmoment bezüglich der virtuellen Steuerbetrags/Drehmoment-Kennlinie (auf der geraden Linie A) beim Punkt b liegt, und der Punkt hinsichtlich der Kennlinie der reellen Stellgröße mit demselben Drehmoment wie beim Punkt b gegenüber dem Drehmoment beim Punkt c liegt. Die dem Punkt c entsprechende reelle Stellgröße ist der Punkt d. Demgemäß wird die der virtuellen Stellgröße am Punkt a entsprechende reelle Stellgröße zu dem Wert beim Punkt d. Falls folglich die Beziehungen zwischen der virtuellen Stellgröße und der reellen Stellgröße durch Veränderung der Motordrehzahl bestimmt werden, kann die in Fig. 5 gezeigte Tabelle erhalten werden.
In der Virtuell/Reell-Umwandlungsschaltung 38 wird die durch die Schaltung 34 zur Berechnung des virtuellen Steuerbetrags berechnete virtuelle Stellgröße in die reelle Stellgröße auf der Grundlage der Beziehungen zwischen der virtuellen Stellgröße und der reellen Stellgröße entsprechend der Motor-Ist-Drehzahl zum gegenwärtigen Zeitpunkt berechnet, die durch die Umwandlungsbeziehung-Einstelleinrichtung 36 eingestellt wurden. Danach wird in der Antriebssignal-Berechnungsschaltung 40 ein Antriebssignal für das Betätigungselement entsprechend der reellen Stellgröße bestimmt und das Betätigungselement 18 wird über die Ausgangsschnittstelle 42 gesteuert, wodurch die Ausgangsregeleinrichtung 16 gesteuert wird. Als Ergebnis wird die Steuerung derart bewirkt, daß die Motor-Ist-Drehzahl selbst bei Schwankungen des Drehmoments aufgrund von Veränderungen im Lastsystem 12 auf die Motor-Soll-Drehzahl gebracht wird.
Da bei diesem Ausführungsbeispiel die PID-Steuerung der Schaltung 34 zur Berechnung des virtuellen Steuerbetrags auf der Grundlage der in linearer Beziehung mit dem Drehmoment stehenden virtuellen Stellgröße bewirkt wird, ist es nicht notwendig, eine Steuerberechnungsgleichung auf der Grundlage eines Steuerbetrags zu verändern, so daß es möglich ist, den Vorteil zu erzielen, daß die Steuerberechnungsgleichung vereinfacht und die Steuerbarkeit verbessert ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Fig. 3 sind Komponenten, die denjenigen gemäß Fig. 1 gleichartig sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht nochmals beschrieben. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist die Motor-Soll-Drehzahl-Berechnungsschaltung 30 mit der Umwandlungsbeziehung-Einstelleinrichtung 36 verbunden, um die Umwandlungsbeziehung zwischen der virtuellen Stellgröße und der reellen Stellgröße auf der Grundlage der Motor-Soll-Drehzahl NR festzulegen. Zusätzlich wird eine Steuer-Recheneinheit 52 zur Rückkopplung einer Beobachter- + -Zustand-Rückkopplungssteuerung anstelle der in Fig. 1 gezeigten Schaltung 34 zur Berechnung des virtuellen Steuerbetrags eingesetzt. Bei dieser Beobachter- + -Zustand-Rückkopplungssteuerung werden die dynamischen Eigenschaften sowohl der virtuellen Stellgröße als auch der Motordrehzahl als eine Summe aus einer vergeudeten Zeit bzw. Totzeit (wasteful time) und einem sekundären Verzögerungssystem angenommen (im Fall eines Benzinmotors) und diese Summe wird durch eine Zustandsgleichung gemäß der folgenden Gleichung ausgedrückt und es wird eine Rückkopplungsverstärkung bei jedem Zustand durch Lösung der Riccati'schen Gleichung bestimmt:
= Ax + bu (1)
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, enthält die Steuer-Recheneinheit 52 ein erstes Übetragungselement 52 zum Abgeben eines Signals, das proportional zu einer Abweichung zwischen der Motor-Soll-Drehzahl und der Motor-Ist-Drehzahl ist; ein zweites Übertragungselement 52B zum Abgeben eines Signals, bei dem ein zu dieser Abweichung proportionaler Betrag bei jeder Zeitgabe aufsummiert wird; ein drittes Übertragungselement 52 C zum Schätzen einer Zustandgröße auf der Grundlage der Abweichung und der virtuellen Stellgröße vor einer Zeitgabe bzw. einem Zeitintervall, d.h. vor einem Einheitszeitintervall; ein viertes Übertragungselement 52D zum Abgeben eines Signals, das proportional zu der durch das dritte Übertragungselement 52C geschätzten Zustandsgröße ist; ein fünftes Übetragungselement 52E zum Abgeben der virtuellen Stellgröße vor der Zeitgabe bzw. dem Zeitintervall; und einen Addierer 52F zum Addieren derselben.
Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl von Tabellen bzw. Kennlinien, die die in Übereinstimmung mit einer Motor-Soll-Drehzahl bestimmte Beziehung zwischen der virtuellen Stellgröße und der reellen Stellgröße veranschaulichen, wie in Fig. 5 gezeigt ist, vorab in der Umwandlungsbeziehung-Einstelleinrichtung 36 gespeichert. Eine geeignete Beziehung zwischen der virtuellen Stellgröße und der reellen Stellgröße entsprechend der durch die Motor-Soll-Drehzahl-Berechnungsschaltung 30 berechneten Motor-Soll-Drehzahl wird ausgewählt und in der Virtuell/Reell-Umwandlungsschaltung 38 eingestellt. Die Virtuell/Reell-Umwandlungseinrichtung 38 wandelt die durch die Steuer-Recheneinheit 52 berechnete virtuelle Stellgröße in die reelle Stellgröße um und die Ausgangssteuer-einrichtung 16 wird in derselben Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel gesteuert.
Da bei diesem Ausführungsbeispiel eine komplizierte Steuerung wie etwa eine Beobachter- +-Zustands-Rückkopplungssteuerung durch die Steuer-Recheneinheit bewirkt wird, wird die Vereinfachung von Werten der Steuergleichung aufgrund der virtuellen Stellgröße noch effektiver als bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Zusätzlich ist möglich, den Vorteil zu erzielen, daß die Steuerbarkeit verbessert ist, da die Umwandlungsbeziehungen zwischen der virtuellen Stellgröße und der reellen Stellgröße in Übereinstimmung mit der Motor- Soll-Drehzahl bestimmt werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 9 wird nun ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die vorliegende Erfindung bei der Steuerung der Drehung einer Brennkraftmaschine eingesetzt, die als eine Spannungsquelle wie etwa als ein Generator benutzt wird. Für diesen Zweck sind der Drosselhebel 20 zur Einstellung der Motor-Soll-Drehzahl, die Motor-Drehzahl-Berechnungsschaltung 28 und die Umwandlungsbeziehung-Einstelleinrichtung 36 zum Einstellen der Umwandlungsbeziehungen zwischen der virtuellen Stellgröße und der reellen Stellgröße entfallen und es ist in der Virtuell/Reell-Umwandlungsschaltung 38 eine einzige Umwandlungsbeziehung zwischen der virtuellen Stellgröße und der reellen Stellgröße eingestellt, die einer vorbestimmten Motor-Soll-Drehzahl entspricht. Eine Berechnungsschaltung 54 zur Berechnung eines virtuellen Steuerbetrags bewirkt eine Berechnung für eine beim ersten Ausführungsbeispiel in Bezug genommene PID-Verarbeitung oder für eine beim zweiten Ausführungsbeispiel in Bezug genommene Beobachter-+-Zustands-Rückkopplungssteuerung.
In Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel ist vorab eine feste Motor-Soll- Drehzahl NR eingestellt und die Beziehung zwischen der virtuellen Stellgröße und der reellen Stellgröße, die der Soll-Drehzahl entspricht, ist in der Virtuell/Reell-Umwandlungsschaltung 38 gespeichert. In dieser Virtuell/Reell-Umwandlungsschaltung 38 wird die durch die Berechnungsschaltung 54 für den virtuellen Steuerbetrag berechnete virtuelle Stellgröße in die reelle Stellgröße umgewandelt und die Ausgangssteuereinrichtung 16 wird in derselben Weise wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen gesteuert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind der Drosselhebel zum Einstellen der Motor-Soll- Drehzahl, die Motor-Drehzahl-Berechnungsschaltung zum Berechnen der Motor-Soll- Drehzahl und die Umwandlungsbeziehung-Einstelleinrichtung zum Einstellen der Umwandlungsbeziehungen zwischen der virtuellen Stellgröße und der reellen Stellgröße entsprechend der Motordrehzahl entfallen. Demgemäß können die Vorteile erzielt werden, daß das Steuergerät vereinfacht ist und daß es in einfacher Weise möglich ist, ein Motordrehzahl-Steuergerät für eine als eine Spannungsquelle eingesetzte Brennkraftmaschine zur Erzielung einer Drehung mit fester Geschwindigkeit, beispielsweise in Form eines Generators, zu realisieren.
Es wird nun ein Fall beschrieben, bei dem Beschränkungen der Veränderung während eines festen Zeitintervals der Ausgangssteuereinrichtung bei einer Brennkraftmaschine bei dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel vorliegen (beispielsweise Beschränkungen aufgrund des Ansprechverhaltens des Schrittmotors). In diesem Fall wird eine Inkonsistenz in der Steuergleichung durch Hinzufügung der nachstehenden Berechnung beseitigt. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, wird bei der Beschreibung eines Falls, bei dem die virtuelle Stellgröße vor einem gewissen Zeitpunkt p ist, die durch die Berechnungsschaltung 34 oder 52 zur Berechnung des virtuellen Steuerbetrags berechnete virtuelle Stellgröße zum aktuellen Zeitpunkt q ist und die den jeweiligen Fällen entsprechenden reellen Stellgrößen p' und q' sind, sowie die Veränderung von p' auf q' durch r' beschränkt ist, eine der reellen Stellgröße r' entsprechende virtuelle Stellgröße r bestimmt und diese virtuelle Stellgröße r wird für die Berechnung bei einem nächsten Zeitpunkt als die virtuelle Stellgröße zum aktuellen Zeitpunkt eingesetzt.
Es ist anzumerken, daß, auch wenn bei der vorstehenden Beschreibung ein Beispiel erläutert wurde, bei dem die reelle Stellgröße und dergleichen unter Heranziehung einer Tabelle berechnet wurden, die Berechung auch mit Hilfe einer Gleichung erfolgen kann.

Claims

1. Motordrehzahl-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine (10), die zum Steuern der Motordrehzahl (N) einer Brennkraftmaschine dient und eine Regeleinrichtung (16) zum Regeln der Motordrehzahl besitzt, wobei eine tatsächliche Stellgröße der Regeleinrichtung und das Drehmoment in nicht-linearer Beziehung stehen, mit:

einer Erfassungseinrichtung (44, 46, 14) zum Erfassen der Motor-Ist-Drehzahl,

einer Berechnungseinrichtung (33, 34, 52) zum Berechnen einer virtuellen Stellgröße der Regeleinrichtung unter der Annahme, daß die virtuelle Stellgröße und das Drehmoment in linearer Beziehung derart stehen, daß die Motor-Ist-Drehzahl (N) zur Motor-Soll-Drehzahl (NR) wird,

einer Umsetzeinrichtung (36, 38) zum Umsetzen der virtuellen Stellgröße in eine tatsächliche Stellgröße unter Einsatz der nicht-linearen Beziehung (B) zwischen der tatsächlichen Stellgröße der Regeleinrichtung und dem Drehmoment, und

einer Steuereinrichtung (18) zum Steuern der Regeleinrichtung auf der Basis der in dieser Weise erhaltenen tatsächlichen Stellgröße.

2. Motordrehzahl-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, bei der die Berechnungseinrichtung (32, 34, 52) die virtuelle Stellgröße berechnet, die in linearer Beziehung mit dem Drehmoment steht.

3. Motordrehzahl-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, bei der die Berechnungseinrichtung (32, 34) die virtuelle Stellgröße auf Grund einer Berechnung zur Bewirkung einer Proportional-, Integral- und Differentialsteuerung auf der Basis einer Abweichung zwischen der Motor-Ist-Drehzahl und der Motor-Soll- Drehzahl bestimmt.

4. Motordrehzahl-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, bei der die Berechnungseinrichtung (32, 34) die virtuelle Stellgröße auf Grund einer Berechnung zur Bewirkung einer Beobachter-Plus-Zustand-Rückkopplungssteuerung auf der Basis einer Abweichung zwischen der Motor-Ist-Drehzahl (N) und der Motor-Soll- Drehzahl (NR) bestimmt.

5. Motordrehzahl-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Umsetzeinrichtung (36, 38) eine Einstellschaltung (36) zum Einstellen der Beziehungen zwischen der virtuellen Stellgröße und der tatsächlichen Stellgröße, die einer aus der Motor-Ist-Drehzahl (N) zum gegenwärtigen Zeitpunkt entsprechen, und eine Umsetzschaltung (38) zum Umsetzen der virtuellen Stellgröße in eine tatsächliche Stellgröße auweist, die durch die Berechnungseinrichtung (32, 34) unter Einsatz der über die Einstellschaltung (36) eingestellten Beziehungen zwischen der virtuellen Stellgröße und der tatsächlichen Stellgröße berechnet wird.

6. Motordrehzahl-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, bei der die Einstellschaltung (36) die Beziehungen zwischen der virtuellen Stellgröße und der tatsächlichen Stellgröße durch Auswahl einer Tabelle, die einer aus der gegenwärtigen Motor-Ist-Drehzahl (N) und der gegenwärtigen Motor-Soll-Drehzahl (NR) entspricht, aus einer Mehrzahl von Tabellen (Fig. 5) einstellt, die die Beziehungen zwischen der virtuellen Stellgröße und der tatsächlichen Stellgröße zeigen, die einer aus der Motor-Ist-Drehzahl (N) und der Motor-Soll-Drehzahl (NR) entsprechen.

7. Motordrehzahl-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Umsetzeinrichtung (36, 38) die durch die Berechnungseinrichtung (32, 52) berechnete virtuelle Stellgröße unter Heranziehung der einer vorbestimmten Motor-Soll-Drehzahl (NR) entsprechenden Beziehungen zwischen der virtuellen Stellgröße und der tatsächlichen Stellgröße umsetzt.

8. Motordrehzahl-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Umsetzeinrichtung (36, 38) die virtuelle Stellgröße in die tatsächliche Stellgröße unter Einsatz der nicht-linearen Beziehungen (B) zwischen der tatsächlichen Stellgröße und dem Drehmoment sowie der linearen Beziehungen (A) zwischen der virtuellen Stellgröße und dem Drehmoment umsetzt (Fig.6).

9. Motordrehzahl-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Beziehungen zwischen der virtuellen Stellgröße und der tatsächlichen Stellgröße auf der Basis der nicht-linearen Beziehungen (B) zwischen der tatsächlichen Stellgröße und dem Drehmoment und den linearen Beziehungen (A) zwischen der virtuellen Stellgröße und dem Drehmoment bestimmt sind.

10. Motordrehzahl-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Beziehungen zwischen der virtuellen Stellgröße und der tatsächlichen Stellgröße derart bestimmt sind, daß die Größe der tatsächlichen Stellgröße bezüglich der virtuellen Stellgröße kleiner wird, wenn sich die Motor-Ist-Drehzahl oder die Motor-Soll-Drehzahl vergrößert.

11. Motordrehzahl-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Regeleinrichtung die Motordrehzahl (N) der Brennkraftmaschine durch Regelung der Luftzufuhr oder der Brennstoff-Einspritzmenge regelt.

12. Motordrehzahl-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die weiterhin

eine Öffnungs-Erfassungseinrichtung (22) zum Erfassen der Öffnung eines Drosselklappen-Hebels (20) oder der Drosselklappen-Öffnung, und

eine Recheneinrichtung (30) zum Berechnen der Motor-Soll-Drehzahl (NR) auf der Basis eines Ausgangssignals (θTH) der Öffnungs-Erfassungseinrichtung (22) aufweist.

13. Motordrehzahl-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der die Berechnungseinrichtung (32, 34) ein erstes Übertragungselement (34A) zur Abgabe eines Signals, das proportional ist zur Abweichung zwischen der Motor-Ist-Drehzahl (N) und der Motor-Soll-Drehzahl (NR), ein zweites Übertragunselement (34B) zur Abgabe eines Signals, bei dem eine zur Abweichung proportionale Größe bei jeder Zeitgabe aufsummiert ist, eine drittes Übertragungselement (34C) zum Bestimmen einer Veränderung der Abweichung und zur Abgabe eines Signals, das einer Filterverarbeitung zum Steuern übermäßiger Schwankungen der Veränderung unterzogen ist, und einen Addierer (34D) zum Addieren der vom ersten bis dritten Übertragungselement abgegebenen Signale aufweist.

14. Motordrehzahl-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der die Berechnungseinrichtung (32, 52)

ein erstes Übertragungselement (52A) zum Abgeben eines Signals, das proportional zur Abweichung zwischen der Motor-Ist-Drehzahl (N) und der Motor-Soll-Drehzahl (NR) ist,

ein zweites Übertragungselement (52B) zum Abgeben eines Signals, bei dem eine zur Abweichung proportionale Größe zu jeder Zeitgabe aufsummiert ist,

ein drittes Übertragungselement (52C) zum Abschätzen einer Zustandsgröße auf der Grundlage der Abweichung und der virtuellen Stellgröße vor jeder Einheits-Zeitgabe,

ein viertes Übertragungselement (52D) zum Abgeben eines Signals, das proportional ist zu der durch das dritte Übertragungselement (52C) geschätzten Zustandsgröße,

ein fünftes Übertragungselement (52E) zum Abgeben der virtuellen Stellgröße vor der Einheits-Zeitgabe und

einen Addierer (52F) zum Addieren der von dem ersten bis zum fünften Übertragungselement abgegebenen Signale aufweist.