DE69418611T2

DE69418611T2 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung der leerlauf-drehzahl einer innenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69418611T2
Application number: DE69418611T
Authority: DE
Inventors: Alain Aubourg; Jean-Michel Le Quellec; Christophe Raymond
Original assignee: Siemens Automotive SA
Current assignee: Continental Automotive France SAS
Priority date: 1993-09-01
Filing date: 1994-08-23
Publication date: 1999-10-28
Anticipated expiration: 2014-08-24
Also published as: WO1995006810A1; FR2709514B1; DE69418611D1; JP3847332B2; US5662085A; KR960705137A; JPH09502005A; FR2709514A1; EP0719382B1; EP0719382A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl einer Brennkraftmaschine in der Leerlaufphase und insbesondere ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung, die das Stellsignal einer auf diese Drehzahl einwirkenden Betätigungsvorrichtung in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen einer Solldrehzahl und der Istdrehzahl korrigiert, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (s. GB-A-2 264 369 und JP-A-6 320 544).
Brennkraftmaschinen, insbesondere solche für den Antrieb von Kraftfahrzeugen, arbeiten mit veränderlichen Drehzahlen, deren Steuerung und/oder Regelung häufig schwierig ist, insbesondere in der Leerlaufphase. Eine Leerlaufphase beginnt normalerweise, wenn der Fahrer den Fuß vom Gaspedal abhebt. Die Regelung der Drehzahl während einer solchen Phase soll die Verzögerung der Drehzahl auf eine Solldrehzahl, die Regelung der Drehzahl um diese Solldrehzahl herum trotz möglicher Störungen und den Durchgang durch verschiedene Übergangsphasen, wie z. B. einer Phase "erzwungener" Verzögerung, bei der das Fahrzeug mit eingerücktem Getriebe rollt, oder einer Startphase, sicherstellen.
In all diesen Fällen ist die Regelung der Drehzahl in der Tat problematisch, denn man weiß, daß die Stabilität einer Brennkraftmaschine bei niedriger Drehzahl nur schwer zu erreichen ist und daß das Verhalten der Brennkraftmaschine sich nur schwer im Modell darstellen läßt. Außerdem können die Bedingungen des Eintritts in die Leerlaufphase erheblich variieren, was beispielsweise die Betätigung des Gaspedals durch den Fahrer, die Kühlwassertemperatur, die Lufttemperatur, mögliche Störungen aufgrund der Zuschaltung eines Verbrauchers elektrischer Energie (Beleuchtungsvorrichtung, Gebläse) oder mechanischer Energie (Klimaanlage, Servolenkung) betrifft. Die Regelung der Drehzahl muß ferner weitere Anforderungen im Hinblick auf den Komfort des Fahrers (Geräusch, Schwingungen, Schläge) sowie im Hinblick auf eine Umweltverschmutzung durch die Abgase der Brennkraftmaschine berücksichtigen.
Um die Regelung der Drehzahl der Brennkraftmaschine in der Leerlaufphase sicherzustellen, werden heutzutage üblicherweise Regeleinrichtungen mit geschlossenem Regelkreis vom Typ eines "überwachten" PID-Reglers verwendet. Eine solche Einrichtung ist beispielsweise in dem Dokument DE-A-42 15 959 beschrieben, die auf das Prinzip unscharfer Mengen zurückgreift, um die Terme P, I und D des Reglers zu regeln. Hieraus resultiert ein langwieriges und mühsames Verfahren des Reglers zur Anpassung an jeden Typ von Brennkraftmaschine. Die PID-Regelung hat außerdem den Nachteil, daß sie bestimmte Betriebsaspekte der Brennkraftmaschine nicht berücksichtigt und daß sie nicht ganz zufriedenstellend im Hinblick auf "Robustheit" ist, wobei die Alterung der Brennkraftmaschine oder die Herstellungstoleranzen die Betriebsweise eines "überwachten" PID-Reglers nachteilig beeinflussen können.
Bekannt ist ferner aus dem Dokument Nr. 900594, das von der "Society of Automotive Engineers" der U. S. A. veröffentlicht wurde, ein Verfahren zum Regeln der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine, das ausschließlich auf empirisch ermittelten, mit Hilfe der Methode unscharfer Mengen umgesetzten empirischen Ergebnissen basiert und somit a priori eine größere Robustheit und Anpaßbarkeit besitzt. Indessen verlangt das beschriebene Verfahren den Einsatz komplexer Tabellen und Operatoren, die sehr viel Speicherplatz im Rechner einnehmen, um das Verfahren durchzuführen, was im übrigen auch entsprechend lange Rechenzeiten mit sich bringt.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, ein Verfahren zum Regeln der Drehzahl einer Brennkraftmaschine in der Leerlaufphase anzugeben, das in dem zu diesem Zweck verwendeten Rechner sehr viel weniger Speicherplatz und Rechenzeit benötigt.
Die vorliegende Erfindung hat ferner zum Ziel, ein solches Verfahren anzugeben, das in vierfacher Hinsicht zufriedenstellend ist im Hinblick auf: Robustheit, Stabilität gegenüber Störungen, Einfachheit der Regelung und angenehmes Fahr verhalten eines von einer solchen Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges, und zwar in sämtlichen Leerlaufdrehzahlphasen.
Die vorliegende Erfindung hat ferner zum Ziel, eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens anzugeben.
Diese Ziele der Erfindung sowie weitere, die aus der folgenden Beschreibung hervorgehen werden, werden erreicht durch ein Verfahren zum Regeln der Drehzahl einer Brennkraftmaschine in der Leerlaufphase durch Korrektur des Steilsignals einer auf diese Drehzahl einwirkenden Betätigungsvorrichtung in Abhängigkeit von dem Fehler E = Nc - N zwischen einer Solldrehzahl Nc und der Istdrehzahl N und von der zeitlichen Ableitung E' dieses Fehlers, bei dem ein Korrekturwert Δu für das Stellsignal der Betätigungsvorrichtung durch die lineare Kombination eines ersten Δu&sub1; und zweiten Δu&sub2; partiellen Korrekturwerts ermittelt wird, die Funktionen des Drehzahlfehlers E bzw. der zeitlichen Ableitung E' dieses Fehlers sind, wobei diese Korrekturwerte definiert werden in Abhängigkeit von der relativen Lage des Wertes des Fehlers (bzw. der Ableitung des Fehlers) bezüglich mindestens zweier vorgegebener Werte des Fehlers (bzw. der Ableitung des Fehlers), von denen jeder einem vorgegebenen partiellen Korrekturwert (Δu&sub1; bzw. Δu&sub2;) zugeordnet ist. Wie man im folgenden noch sehen wird, erlaubt es diese Unterteilung der Korrektur in zwei partielle Korrekturen, die jeweils lediglich von einem der Parameter E, E' abhängen, die Menge der zum Durchführen des Verfahrens erforderlichen Informationen und somit der Speicherplatz wie auch die Rechenzeit für die Korrektur zu reduzieren.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß der Fehler und die Ableitung E' dieses Fehlers durch getrennte Spielregeln der Methode unscharfer Mengen so fuzzyfiziert und aufbereitet werden, daß sie nach der Entfuzzyfizierung die ersten (Δu&sub1;) und zweiten (Δu&sub2;) partiellen Korrekturwerte ergeben.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Funktionen, die die erste (Δu&sub1;) und zweite (Δu&sub2;) partiellen Korrekturwerte mit dem Drehzahlfehler E bzw. der Ableitung E' dieses Fehlers verknüpfen, durch Stützstellen definiert, wobei man Korrektur- Zwischenwerte durch Interpolation zwischen diesen Stützstellen erhält.
Zum Durchführen des Verfahrens gemäß der Erfindung verwendet man eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aufweist: (a) Mittel zum Abgeben eines den Drehzahlfehler E darstellenden ersten Signals und eines die zeitliche Ableitung E' dieses Fehlers darstellenden zweiten Signals, ausgehend von einem Signal, das von einem Sensor für die Istdrehzahl der Brennkraftmaschine erzeugt wird, und einem Signal, das einen vorgegebenen Wert der Leerlauf- Solldrehzahl Nc darstellt, (b) ein erstes und ein zweites Rechenglied, die das erste bzw. zweite Signal nach der Methode unscharfer Mengen verarbeitet, um die ersten Δu&sub1; und zweiten Δu&sub2; partiellen Korrekturwerte zu erzeugen und (c) Mittel, denen diese partiellen Korrekturwerte und von einer Quelle ein nominales Stellsignal der Betätigungsvorrichtung zugeführt werden, um das eigentliche Stellsignal U der Betätigungsvorrichtung zu liefern.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung hervor, in der:
Fig. 1 ein Funktionsschema der Regelvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 und 3 schematische Darstellungen sind, die ein erstes Beispiel zum Durchführen des Verfahrens gemäß der Erfindung zeigen; bei dem auf eine Regelung nach der Methode unscharfer Mengen zurückgegriffen wird;
Fig. 4 und 5 Diagramme sind, die ein zweites Beispiel zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen, bei dem auf Regelfunktionen zurückgegriffen wird, die durch Stützstellen definiert sind;
Fig. 6 von zwei Diagrammen gebildet wird, die die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Phase zum Ausgleich eines Verbrennungsaussetzers zeigen, und
Fig. 7 von zwei Diagrammen gebildet wird, die die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Phase zum Ausgleich einer Störung, wie z. B. einer Zuschaltung einer elektrischen oder mechanischen Vorrichtung des von der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs zeigen.
Die vorliegende Erfindung dient zur Regelung einer ein Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine in der Leerlaufphase, wobei dieser Brennkraftmaschine in herkömmlicher Weise Sensoren, Betätigungsvorrichtungen und elektrische Mittel zum Steuern dieser Betätigungsvorrichtungen zugeordnet sind. Diese Mittel bestehen üblicherweise aus einem elektronischen Rechner, der beispielsweise von einem Sensor veränderlicher Reluktanz gespeist wird, der mit einem an der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine angebrachten verzahnten Rad gekoppelt ist, um dem Rechner ein Signal zuzuführen, das die Drehgeschwindigkeit (oder Drehzahl) der Brennkraftmaschine darstellt, wobei der Rechner außerdem von einem Drucksensor gespeist wird, der im Saugrohr der Brennkraftmaschine angebracht ist, um ein Signal zu erzeugen, das den Druck der in die Brennkraftmaschine eingelassenen Luft darstellt. Weitere Signale, die von Sensoren für die Kühlwassertemperatur, die Lufttemperatur usw. oder einer Sauerstoffsonde, die im Abgas der Brennkraftmaschine angeordnet ist, erzeugt werden, können ebenfalls in herkömmlicher Weise dem Rechner zugeführt werden.
Dieser ist ausgerüstet mit den erforderlichen Hardware- und Softwaremitteln für die Berechnung und Abgabe von Signalen zum Steuern von Betätigungseinrichtungen, wie z. B. einem Kraftstoffeinspritzventil, einer Zündschaltung für eine Zündkerze oder einem Zusatzluft-Steuerventil, das eine Drosselklappe zur Steuerung der durch das Ansaugrohr in die Brennkraftmaschine einströmenden Luftmenge "umgeht".
Im folgenden wird das Regelverfahren gemäß der Erfindung anhand der Regelung der Brennkraftmaschine durch Einwirken auf die Öffnungszeit eines Kraftstoffeinspritzventils beispielhaft beschrieben. Es ist indessen für den Fachmann offensichtlich, daß das gleiche Regelverfahren zum Einwirken auf die Öffnung eines Zusatzluft-Steuerventils, auf die Öffnungsphasen mehrerer Kraftstoffeinspritzventile, auf den Öffnungswinkel des elektrisch gesteuerten Drosselventils oder durch kombiniertes Einwirken auf diese verschiedenen Betätigungseinrichtungen ausgelegt werden könnte.
Wie aus Fig. 1 der beigefügten Zeichnung hervorgeht, ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einem Mittel 1 versehen, dem Signale zugeführt werden, die die Istdrehzahl N der Brennkraftmaschine und die Soll-Leerlaufdrehzahl Nc (Nc = 600 U/min beispielsweise) darstellen, um ein Fehlersignal E = Nc - N zu bilden. Es ist zu beachten, daß die Soll-Leerlaufdrehzahl nicht fest zu sein braucht und vielmehr eine Funktion verschiedener Parameter wie z. B. der Kühlwassertemperatur oder einer möglicherweise vorhandenen Störung wie der Zuschaltung eines Verbrauchers mechanischer oder elektrischer Energie sein kann.
Die Vorrichtung der Fig. 1 besitzt ferner ein Mittel 2 zum Bilden eines Signals, das die zeitliche Ableitung E' des Fehlers E darstellt, sowie Steuermittel bzw. "Rechenglieder" 3 und 4, denen die Signale E und E' zugeführt werden. Diese sind gegebenenfalls durch ein Rekursivfilter erster Ordnung zur Rauschunterdrückung gefiltert. Die Rechenglieder 3 und 4 ermitteln partielle Korrekturwerte Δu&sub1; bzw. Δu&sub2;. Vorteilhafterweise, aber lediglich wahlweise ist die Vorrichtung ferner mit Verstärkern 12, 13 eines Verstärkungsfaktors G&sub1; bzw. G&sub2; versehen, denen die Signale Δu&sub1; bzw. Δu&sub2; zugeführt werden. Die auf diese Weise am Auslaß der Verstärker erhaltenen Signale G&sub1; · Δu&sub1; und G&sub2;. Δu&sub2; werden bei 5 addiert, um ein Gesamtkorrektursignal Δu eines Stellsignals für eine Betätigungsvorrichtung (nicht gezeigt) wie z. B. ein Kraftstoffeinspritzventil zu erzeugen, wie weiter oben erläutert wurde.
Ein Überwacher 14 regelt die Verstärkungsfaktoren G&sub1;, G&sub2; der Verstärker 12, 13 so, daß das relative Gewicht der Korrekturwerte Δu&sub1; und Δu&sub2; in der linearen Kombination Δu in Abhängigkeit von beispielsweise der Drehzahl der Brennkraftmaschine bei Eintritt in die Leerlaufphase und gegebenenfalls in Abhängigkeit von der Last der Brennkraftmaschine geändert wird.
Das Signal Δu kann in einem Sättigungsglied 6 aufbereitet werden, um die Dynamik der Regelung zu begrenzen, wie es üblich ist. In der gleichen Weise kann das Ausgangssignal des Sättigungsgliedes parallel in einem Verstärker 7 eines Verstärkungsfaktors G&sub3; und in einem Integrationsglied 8 so aufbereitet werden, daß ein "unmittelbarer" Korrekturwert G&sub3; · Δu und ein "integraler" Korrekturwert G&sub4; Δu · dT gebildet werden, die bei 9 addiert und bei 10 einem nominalen Stellsignal 11 der Betätigungsvorrichtung aufaddiert werden, um letztlich das eigentliche Stellsignal U dieser Betätigungsvorrichtung zu bilden.
Wie dies üblich ist, ist die integrale Korrektur 8 vorgesehen, um das nominale Stellsignal zu korrigieren, wenn dieses aufgrund einer permanenten oder langsam veränderlichen zugeschalteten Last der Brennkraftmaschine nicht mehr korrekt ist, wie dies beispielsweise der Fall ist, wenn eine Servolenkvorrichtung betätigt wird.
Da die in den Blöcken 6, 7 und 8 des Diagramms der Fig. 1 vorgesehenen Vorgänge lediglich optional sind, wird im folgenden unter "Δu" das Signal zur Korrektur des nominalen Stellsignals der Betätigungsvorrichtung, unabhängig davon, ob es diesen Vorgängen ausgesetzt wurde oder nicht, verstanden.
Wie dem Fachmann ohne weiteres einleuchtet, kann die oben beschriebene Regelvorrichtung in einfacher Weise in den oben erwähnten Rechner eingebaut werden, indem bei diesem einfach die erforderlichen Hardware- und Software-Mittel vorgesehen werden.
Bereits aus dem Vorstehenden dürfte ersichtlich sein, daß bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung der Fehler E und seine Ableitung E' in den beiden getrennten Rechengliedern 3 und 4 getrennt erfaßt werden. Im folgenden wird anhand der Fig. 2 und 3 nun erläutert, warum diese Anordnung im Hinblick auf eine Verringerung des Speicherbedarfs des Rechners und der Rechenzeit von Vorteil ist.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung, die in Fig. 3 schematisch dargestellt ist, sind die Rechenglieder 3 und 4 so ausgebildet, daß sie nach der Methode unscharfer Mengen (Fuzzy-Mengen) arbeiten. Zu diesem Zweck werden die Veränderlichen E und E' durch herkömmliche Verfahren zur Definition von Zuordnungsklassen NG bis PG beispielsweise und diesen Klassen zugeordneten Funktionen, welche - wie in Fig. 2 gezeigt - einen dreieckigen Verlauf oder auch irgendeinen dem Fachmann bekannten anderen Verlauf haben können, "fuzzyfiziert". Die Zuordnungsklassen NG bis PG erscheinen in dieser Figur entsprechend den folgenden sprachlichen Darstellungen:
PG = Positiv Groß
PM = Positiv Mittel
PP = Positiv Klein
ZE = Null
NP = Negativ Klein
NM = Negativ Mittel
NG = Negativ Groß
Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, treffen sich die Zuordnungsfunktionen NP und PP der Veränderlichen E', die gestrichelt dargestellt ist, nicht im Punkt E' = 0. Diese spezielle Anordnung erlaubt es, in dem Intervall E'&supmin; bis E'&spplus; eine künstliche Hysterese der von der Ableitung abhängigen partiellen Korrektur zu erzeugen, um im Zusammenhang mit der Messung stehende Störungen von E' in der Nähe seines Nullwertes zu vermeiden. In der Tat ist in diesem Intervall allein die Zuordnungsfunktion ZE (Null) bestimmend.
Jedes Rechenglied beinhaltet 7 auf der Erfahrung des Fachmanns beruhende Regeln, die sich wie folgt übersetzen lassen:
"Je größer der Eingangswert (E oder E') ist, umso größer muß die Korrektur sein",
was Regeln des folgenden Typs ergibt:
"Wenn der Eingangswert (E oder E') zur Klasse NG gehört, gehört die Korrektur zur Klasse NG" oder
"Wenn der Eingangswert (E oder E') zur Klasse PG gehört, gehört die Korrektur zur Klasse PG".
Die auf diese Weise bestimmten unscharfen Korrekturen werden im folgenden in herkömmlicher Weise entfuzzyfiziert, um die partiellen Korrekturwerte Δu&sub1; und Δu&sub2; zu erzeugen, welche addiert werden, um den Gesamtkorrekturwert Δu des nominalen Stellsignals U zu bilden.
Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel nach der Methode unscharfer Mengen erlaubt die "Fuzzyfizierung" des Fehlers (bzw. der Ableitung des Fehlers) die Bestimmung einer "relativen Lage" dieses Wertes bezüglich Werten entsprechend den Maxima der Zuordnungsfunktionen, welche für die Klassen repräsentativ sind, denen er entnommen ist, einer Lage, die durch die diesen Klassen zugeordneten Grade ausgedrückt wird, welche den Diagrammen der Fig. 2 entnommen sind. Die "Entfuzzyfizierung" bestimmt in Abhängigkeit von diesen Zuordnungsgraden die relative Lage des Stellsignals bezüglich den Werten von Stellsignalen, welche den Stellsignalklassen zugeordnet sind, die durch die Spielregel den betrachteten Klassen des Fehlers (bzw. der Ableitung des Fehlers) entsprechen. Indem auf diese Weise jeder der Korrekturwerte Δu&sub1;, Δu&sub2; bezüglich zweier vorgegebener Werte definiert wird, wird in vorteilhafterweise gemäß der Erfindung der Nachteil der herkömmlichen bzw. "überwachten" Korrekturen PID vermieden, welche in Form von "Segmenten" der Werte von E bzw. E' verwendet werden, was zur Unbestimmtheit der Übergänge dieser Segmente führt.
Ein wichtiger Vorteil des Regelverfahrens gemäß der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf das Regelverfahren gemäß dem oben erwähnten Dokument SAE Nr. 900594 verdeutlicht, das ebenfalls auf die Methode unscharfer Mengen zurückgreift. In diesem Dokument führt jedoch das verwendete Rechenglied eine Spielregel aus, welche durch eine Tabelle mit zwei Eingangsgrößen E und E' schematisiert ist. Indem diese Eingangsgrößen auf 7 Zuordnungsklassen fuzzyfiziert werden, ergibt sich eine Tabelle von 7 · 7 = 49 Regeln. Im Vergleich hierzu verwendet die vorliegende Erfindung zwei Rechenglieder, die jeweils sieben Regeln anwenden, was insgesamt 14 Regeln ausmacht. Es ist offensichtlich, daß der Speicherbedarf des Rechners für diese 14 Regeln sehr viel kleiner als der für die 49 Regeln der Tabelle gemäß dem Stand der Technik ist. Die Rechenzeit für die Korrektur des Stellsignals wird somit ebenfalls proportional zur Verringerung der Anzahl der Regeln, die bei der Rechnung eingesetzt werden, verringert.
Die Diagramme der Fig. 4 und 5 veranschaulichen das Funktionsprinzip eines zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung gemäß der Erfindung, bei dem ebenfalls auf zwei spezielle Rechenglieder zurückgegriffen wird, die auf den Fehler E bzw. die Ableitung E' dieses Fehlers ansprechen. Anstatt die Methode unscharfer Mengen, wie oben beschrieben, zu verwenden, wird die Verarbeitung der empirisch gewonnenen Größen weiter vereinfacht, indem sie als zwei Funktionen Δu&sub1; = f(E) und Δu&sub2; = f'(E') wiedergegeben werden, wie sie in den Fig. 4 bzw. 5 dargestellt sind. Vorteilhafterweise wird jede Funktion durch Stützstellen sprachlicher Darstellungen NG bis PG definiert, welche unter Bezugnahme auf die bei der oben verwendeten Methode unscharfer Mengen verwendeten gewählt werden, wobei die Analogie hier allerdings aufhört. Zwischen diesen Stützstellen ermitteln die Rechenglieder die Ausgangswerte Δu&sub1; und Δu&sub2; durch einfache Interpolationen zwischen den Stützstellen, die einen speziellen Eingangswert E, E' eingrenzen, was die Rechnungen im Vergleich zu den Rechnungen nach der Methode unscharfer Mengen, wie sie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 erforderlich sind, vereinfacht und erleichtert.
Im übrigen wird man feststellen, daß die jeder der sprachlichen Darstellungen zugeordneten Werte verschieden sein können für jede der Eingangsgrößen E, E'. Insbesondere ist die Asymmetrie der Steigungen der Kurven um 0 (ZE) herum für die Veränderliche E' zu beachten.
Es werden nun die Vorteile der vorliegenden Erfindung anhand zweier typischer Beispiele für die Funktionsweise der Regelvorrichtung beschrieben, wobei das eine das Verhalten dieser Vorrichtung bei einem Verbrennungsaussetzer betrifft (s. die Diagramme der Fig. 6), während das andere das Verhalten dieser Vorrichtung bei einer Störung betrifft, wie sie beim Zuschalten einer elektrischen oder mechanischen Vorrichtung in einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeug auftritt (s. die Diagramme der Fig. 7). In beiden Fällen wird das Regelverfahren durch Interpolation verwendet, das in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist und - lediglich beispielhaft - bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine angewendet wird, die mit einem in der geregelten Leerlaufphase ausreichend mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch versorgt wird.
Hierbei kommt es zu einer instabilen Funktionsweise im unteren Drehzahlbereich aufgrund einer unzureichenden oder aussetzenden Verbrennung des in den Zylindern der Brennkraftmaschine vorhandenen Luft-Kraftstoff-Gemisches. Man spricht dann davon, daß es zu Verbrennungsaussetzern kommt. Als Folge eines Verbrennungsaussetzers, einem Zufallsereignis, stellt man einen Abfall der Drehzahl N fest, die zu einem Abwürgen der Brennkraftmaschine führen kann. Im Augenblick eines derartigen Drehzahlabfalls (Zeitpunkt t&sub1; der Kurven N(t) und Δu(t) der Fig. 6) verlängert die Vorrichtung gemäß der Erfindung die Einspritzzeit beträchtlich, um einen Wiederanstieg der Drehzahl N zu ermöglichen. Zwecks Verständnisses der Kurven Δu(t) der Fig. 6 und 7 ist zu beachten, daß Δu ein normalisierter Korrekturwert ist, der zwischen -1 und + 1 variiert. Ab dem Zeitpunkt, zu dem der Wiederanstieg der Drehzahl erfolgt ist (Zeitpunkt t&sub2;, Fig. 6), darf die Einspritzzeit nicht zu stark verringert werden, um nicht einen neuen Verbrennungsaussetzer zu begünstigen. Man beobachtet dann ein geringfügiges Übersteigen der Solldrehzahl (Zeitpunkt t&sub3;, Fig. 6) aufgrund einer kraftstoffreichen Verbrennung; aber es findet in diesem Fall keine merkliche Korrektur der Einspritzzeit statt. Diese Art der Verbrennung rührt von einem Kraftstoffüberschuß her, der in den vorhergehenden Augenblicken eingespritzt wurde.
Um diese Verhaltensweise zu erreichen, sind die Stützstellen der in Fig. 5 dargestellten Funktion asymmetrisch um den Punkt 0 (ZE) herum verteilt, um eine Größe Δu&sub2; zu erzeugen, die ebenfalls asymmetrisch ist. Im Zeitpunkt t&sub1; (Fig. 6) wird die Ableitung des Fehlers als "Positiv Mittel" (PM) angesehen, was somit zu einer Korrektur Δu&sub2; "Positiv Mittel" (PM) führt. Dagegen wird die Ableitung des Fehlers im Zeitpunkt t&sub2;, obwohl sie denselben Absolutwert wie im Zeitpunkt t&sub1; hat, als "Negativ Klein" (NP) angesehen, was somit zu einer Korrektur Δu&sub2; "Negativ Klein" (NP) führt. Während des gesamten Verbrennungsaussetzers bleibt der Fehler hinsichtlich des Absolutwertes wie auch die Korrektur Δu&sub1; sehr klein (s. Fig. 4), während der wesentliche Anteil der Korrektur Δu des Stellsignals für die Einspritzzeit dann von dem Rechenglied 4 mit der Ausgangsgröße Δu&sub2; kommt (s. Fig. 5).
Es wird nun auf die Fig. 7 der beigefügten Zeichnung Bezug genommen, in der die Kurven N(t) und Δu(t) die Korrektur gemäß der Erfindung bei einem Abfall der Drehzahl N aufgrund einer Zuschaltung eines Verbrauchers mechanischer Energie (Servolenkung beispielsweise) oder elektrische Energie (Klimaanlage, etc.) während einer Leerlaufphase darstellen.
Die Störung erfolgt im Zeitpunkt t&sub1;. Es kommt im wesentlichen zu den gleichen Anfangszuständen des Fehlers in der Drehzahl und der Ableitung dieses Fehlers wie beim Auftreten eines Verbrennungsaussetzers. Die Reaktion der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht somit darin, die Einspritzzeit stark zu verlängern, derart, daß eine rasche Reaktion ein Abwürgen der Brennkraftmaschine verhindert.
Im Zeitpunkt t&sub2; beginnt der fortschreitende Wiederanstieg der Drehzahl der Brennkraftmaschine, aber es wird nun eine starke Korrektur Δu der Einspritzzeit aufrechterhalten, damit sich dieser Wiederanstieg fortsetzen kann. Im Zeitpunkt t&sub3; hat die Drehzahl den Sollwert Nc wieder angenommen, und die Vorrichtung verringert nun die Korrektur der Einspritzzeit, um ein Überschreiten des Sollwertes zu vermeiden.
Wie man sieht, ist der Ausgleich dieser Störung langsamer als der Ausgleich eines Verbrennungsaussetzers (s. Fig. 6). Bei der Korrektur Δu der Einspritzzeit kommt somit in erster Linie der Drehzahlfehler E (s. das Diagramm der Fig. 4) und somit das Rechenglied 3 zum Tragen, während die Ableitung E' während des Wiederanstiegs der Drehzahl sehr klein bleibt.
Die Stützstellen der Kurve der Fig. 4 werden so eingestellt, daß die Korrektur der Einspritzzeit in dieser Situation sichergestellt wird. So liegt während der Störung der Fehler E um den Punkt PM herum, wobei das Rechenglied auf diese Eingangsgröße durch eine partielle Korrektur Δu&sub1; des Wertes-PM antwortet. Die Stützstelle PP des Fehlers E wird in Abhängigkeit von dem Drehzahlfehler im Zeitpunkt t&sub3; so geregelt, daß die partielle Korrektur Δu&sub1; sich bei PP befindet, wenn die Drehzahl N sich der Solldrehzahl Nc nähert.
Die vorliegende Erfindung hat zahlreiche Vorteile. Außer der oben erwähnten Verringerung des Speicherbedarfs und der Rechenzeit haben sich die durch das erfindungsgemäße Verfahren entwickelten Regelstrategien als äußerst zufriedenstellend im Hinblick auf Robustheit, Stabilität gegenüber Störungen, Einfachheit der Regelung und Fahrkomfort erwiesen.
Diese Vorteile rühren in erster Linie von der durch die Erfindung geschaffenen Möglichkeit her, die Betriebsweise der Brennkraftmaschine im Leerlauf in vier deutlich verschiedene Situationen zu unterteilen:
1) Beginn einer Leerlaufregelung, Brennkraftmaschine ausgekuppelt (E, E' groß),
2) Brennkraftmaschine angetrieben vom Fahrzeug (E groß, E' klein),
3) stabilisierter Leerlauf (E, E' klein),
4) Auftreten eines Verbrennungsaussetzers oder einer Störung (E klein, E' groß), wobei jeder dieser Fälle durch unterschiedliche Regelung der Stützstellen der Kurven der Fig. 4 und 5 oder durch in den Tabellen der Fig. 3 klassifizierte "unscharfe" Spielregeln behandelt werden kann.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsmethode beschränkt, welche lediglich als Beispiel gegeben wurde. Insbesondere erstreckt sie sich auf die Regelung jeder beliebigen Brennkraftmaschine und nicht nur auf eine Zweitakt-Brennkraftmaschine, die mit einem "mageren" Gemisch versorgt wird.

Claims

1. Verfahren zum Regeln der Drehzahl einer Brennkraftmaschine in der Leerlaufphase durch Korrektur des Steilsignals einer auf diese Drehzahl einwirkenden Betätigungsvorrichtung in Abhängigkeit von dem Fehler E = Nc - N zwischen einer Solldrehzahl Nc und der Istdrehzahl N und von der zeitlichen Ableitung E' dieses Fehlers, bei dem ein Korrekturwert Δu für das Stellsignal der Betätigungsvorrichtung durch die lineare Kombination eines ersten Δu&sub1; und zweiten Δu&sub2; partiellen Korrekturwerts ermittelt wird, die Funktionen des Drehzahlfehlers E bzw. der zeitlichen Ableitung E' dieses Fehlers sind, wobei diese Korrekturwerte definiert werden in Abhängigkeit von der relativen Lage des Wertes des Fehlers bzw. der Ableitung des Fehlers bezüglich mindestens zweier vorgegebener Werte des Fehlers bzw. der Ableitung des Fehlers, von denen jeder einem vorgegebenen partiellen Korrekturwert Δu&sub1; bzw. Δu&sub2; zugeordnet ist, wobei ferner der Fehler E und die Ableitung E' dieses Fehlers durch getrennte Spielregeln nach der Methode unscharfer Mengen so fuzzyfiziert und aufbereitet werden, daß sie nach der Entfuzzyfizierung die ersten Δu&sub1; und zweiten Δu&sub2; partiellen Korrekturwerte ergeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung E' des Fehlers mit Hilfe einer Gruppe von Zuordnungsklassen fuzzyfiziert werden, die sich in einem vorgegebenen Intervall von Werten E' um den Punkt E' = 0 herum nicht überdecken, um mit der Messung zusammenhängende Störungen der Ableitung in der Nähe ihres Nullwertes auszufiltern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturwert Δu des Stellsignals gesättigt wird, um die Dynamik dieser Korrektur zu begrenzen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesättigte Korrekturwert Δu in Einrichtungen (7, 8) zum Erzeugen eines unmittelbaren Korrekturwertes und eines integrierten Korrekturwertes aufbereitet wird, deren Summe einem nominalen Stellsignal der Betätigungsvorrichtung aufaddiert wird, um das eigentliche Stellsignal U dieser Betätigungsvorrichtung zu bilden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturwert Δu des Stellsignals der Betätigungsvorrichtung die Form hat:

Δu = G&sub1; · Δu&sub1; + G&sub2; · Δu&sub2;

worin G&sub1; und G&sub2; Koeffizienten sind, die in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine regelbar sind.

5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß sie aufweist: (a) Mittel (1, 2) zum Abgeben eines den Drehzahlfehler E darstellenden ersten Signals und eines die zeitliche Ableitung E' dieses Fehlers darstellenden zweiten Signals, ausgehend von einem Signal, das von einem Sensor für die Istdrehzahl der Brennkraftmaschine erzeugt wird, und einem Signal, das einen vorgegebenen Wert der Leerlauf-Solldrehzahl Nc darstellt, (b) ein erstes (3) und ein zweites (4) Rechenglied, die das erste bzw. zweite Signal nach der Methode unscharfer Mengen verarbeitet, um die ersten Δu&sub1; und zweiten Δu&sub2; partiellen Korrekturwerte zu erzeugen, und (c) Mittel (5, 6, 7, 8, 9, 10), denen diese partiellen Korrekturwerte und von einer Quelle (11) ein nominales Stellsignal der Betätigungsvorrichtung zugeführt werden, um das eigentliche Stellsignal U der Betätigungsvorrichtung zu liefern.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die das Stellsignal U der Betätigungsvorrichtung liefernden Mittel aufweisen: Mittel zum Bilden eines Signals Δu = G&sub1; · Δu&sub1; + G&sub2;. Δu&sub2; und einen Überwacher (14) zum Regeln der Werte der Koeffizienten G&sub1; und G&sub2; in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der geregelte Parameter der Betätigungsvorrichtung aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: Öffnen eines Zusatzluft-Steuerventils, Öffnungszeit eines Kraftstoffeinspritzventils, Öffnungsphasen mehrerer derartiger Einspritzventile, Öffnungswinkel einer elektrisch gesteuerten Gas-Drosselklappe.