EP1309780A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung einer betriebsgrösse einer antriebseinheit - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur regelung einer betriebsgrösse einer antriebseinheit

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EP1309780A1
EP1309780A1 EP01956350A EP01956350A EP1309780A1 EP 1309780 A1 EP1309780 A1 EP 1309780A1 EP 01956350 A EP01956350 A EP 01956350A EP 01956350 A EP01956350 A EP 01956350A EP 1309780 A1 EP1309780 A1 EP 1309780A1
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Definitions

  • FIG. 1 shows an electronic control unit 10 for controlling a drive unit, in which a controller for regulating at least one operating variable is implemented.
  • the regulator is an idle speed regulator. In other exemplary embodiments, it can be an air flow regulator, a load regulator, a torque regulator, a regulator of the exhaust gas composition, etc.
  • FIG. 1 shows a setpoint image 12 which, depending on at least one operating variable supplied to control unit 10 via input lines 14 to 18, forms a target value TARGET for the operating variable to be controlled.
  • the variables used for the setpoint formation are engine temperature, the operating status of auxiliary consumers, such as for example, an air conditioning system, etc.
  • control unit 10 is supplied with a signal via the input line 20 which represents the actual variable of the operating variable to be controlled.
  • the setpoint and actual size are compared in the comparator 22.
  • the deviation between the target and the actual variable is fed to the controller 24 as the control deviation ⁇ .
  • This controller has at least one variable parameter, in the preferred exemplary embodiment it consists of a proportional, differential and integral component, the proportional and / or differential component being variable.
  • controller 24 have parameters, for example gain factors, whose value can be changed.
  • two parameter values or parameter value sets 28 and 30 are provided, which are used to switch the controller 24 via a switching means 32. be made available.
  • the switchable parameters are the gain factor of the proportional controller and / or that of the differential component.
  • the switching means 32 is switched over when the switching condition formed in 34 is present, the signal of which is also made available to the controller 24.
  • the changeover condition is given when the operating mode of the internal combustion engine is switched, for example from homogeneous operation to undisturbed operation or operation with a lean mixture and vice versa.

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung einer Betriebsgröße einer Antriebseinheit vorgeschlagen, bei welcher ein Regler vorgesehen ist, der wenigstens einen veränderlichen Parameter aufweist. In Abhängigkeit eines Umschaltsignals wird von einem ersten auf einen zweiten Paremeterwert umgeschaltet. Ferner wird im Umschaltzeitpunkt ein Filter initialisiert mit einem Wert, der der Größe der Änderung des Ausgangssignals des Reglers zu diesem Zeitpunkt entspricht und durch welches ein stetiger Verlauf des Reglerausgangssignals im Umschaltzeitpunkt erreicht wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung einer Betriebsgröße einer Antriebseinheit
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung einer Betriebsgröße einer Antriebseinheit.
In modernen Steuersystemen für Antriebseinheiten von Kraftfahrzeugen werden vielfach Regelsysteme eingesetzt, welche eine Betriebsgröße der Antriebseinheit auf einen vorgegebenen Sollwert regeln. Ein Beispiel für derartige Regelsysteme sind Leerlaufdrehzahlregler, durch welche die Drehzahl im Leerlauf der Antriebseinheit auf einen vorgegebenen Sollwert geregelt wird. Andere Beispiele sind Regelsysteme zur Rege- lung des Luftdurchsatzes durch eine Brennkraftmaschine, der AbgasZusammensetzung, des Drehmoments, etc. So zeigt die DE 30 39 435 AI (US-Patent 4 441 471) ein Leerlaufdrehzahlregelsystem, bei dem zur Verbesserung der Regeleigenschaften vorgesehen ist, wenigstens einen Parameter des Reglers va- riabel auszugestalten. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Proportionalanteil des Reglers in Abhängigkeit der Größe der Regelabweichung angepasst.
Ist, die Anpassung des wenigstens eines Reglerparameters als Umschaltung zwischen wenigstens zwei Werten realisiert, so entsteht ein an sich unbefriedigender Umschaltdruck, welcher den Regelkomfort beeinträchtigen kann.
Vorteile der Erfindung
Durch die Filterung eines Reglerausgangssignals beim Umschaltvorgang wenigstens eines Reglerparameters zwischen wenigstens zwei Werten wird eine erhebliche Verbesserung des Regelkomforts erreicht, da ein Umschaltdruck wirksam vermie- den wird.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Umschaltung momentenneu- tral verläuft, d. h. es treten keine sprungförmigen Verläufe im Drehmoment der Antriebseinheit auf. Eine erhebliche Ver- besserung des Fahrkomforts ist die Folge. Diese Vorteile ergeben sich sowohl bei einem Proportional- als auch bei einem Differentialanteil eines Reglers.
Besondere Vorteile mit Blick auf den Fahrkomfort werden er- reicht, wenn das verwendete Filter beim Umschalten mit dem unmittelbar vor dem Umschalten vorhandenem Reglerausgangssignal initialisiert wird.
Besondere Vorteile zeigt die nachfolgend im Detail beschrie- bene Vorgehensweise bei der Anwendung im Rahmen einer momen- tenorientierten Motorsteuerstruktur, bei welcher der Ausgang eines Leerlaufdrehzahlreglers das Solldrehmoment, in dessen Abhängigkeit das Drehmoment der Antriebseinheit eingeste lt wird, verändert wird. Durch den Einsatz des nachfolgend be- schriebenen Filters wird ein mo entenneutraler Verlauf des
Solldrehmoments auch beim Umschalten des Reglerparameters erreicht. Diese Vorteile ergeben sich insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit Benzindirekteinspritzung, bei welchen ein momentenneutraler Verlauf des Drehmoments und/oder des Solldrehmoments auch bei einem Betriebsartenwechsel und dem damit verbundenen Umschalten des oder der Reglerparameter erreicht wird.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be- Schreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen .
• Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Figur 1 zeigt dabei ein Übersichtsschaltbild eines Reglers, während in Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines Reglers am Beispiel eines umschaltbaren Proportionalanteils mit Filterung darge- stellt ist. Figur 3 zeigt Zeitverläufe, anhand derer die
Wirkungsweise der Filterung beim Umschalten des wenigstens einen Reglerparameters verdeutlicht ist.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Figur 1 zeigt eine elektronische Steuereinheit 10 zur Steuerung einer Antriebseinheit, in welcher ein Regler zur Regelung wenigstens einer Betriebsgröße implementiert ist. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Reg- 1er um einen Leerlaufdrehzahlregler. In anderen Ausführungsbeispielen kann es sich um einen Luftdurchsatzregler, einen Lastregler, einen Drehmomentenregler, einen Regler der Ab- gaszusa mensetzung, etc. handeln. In Figur 1 ist ein Sollwertbilder 12 dargestellt, welcher in Abhängigkeit von we- nigstens einer über Eingangsleitungen 14 bis 18 der Steuereinheit 10 zugeführte Betriebsgröße einen Sollwert SOLL für die zu regelnde Betriebsgröße bildet. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Leerlaufdrehzahlreglers handelt es s ch bei den zur Sollwertbildung herangezogenen Größen um Motor- temperatur, den Betriebsstatus von Nebenverbrauchern, wie beispielsweise einer Klimaanlage, etc. Ferner wird der Steuereinheit 10 über die Eingangsleitung 20 ein Signal zugeführt, welches die Istgröße der zu regelnden Betriebsgröße darstellt. Soll- und Istgröße werden im Vergleicher 22 uαit- einander verglichen. Die Abweichung zwischen Soll- und Istgröße wird als Regelabweichung Δ dem Regler 24 zugeführt. Dieser Regler weist wenigstens einen veränderlichen Parameter auf, im bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht er aus Proportional-, Differential- und Integralanteil, wobei Pro- portional- und/oder Differentialanteil veränderlich sind.
Auf der Basis der implementierten Regelstrategie bildet der Regler 24 in Abhängigkeit der Regelabweichung wenigstens ein Ausgangssignal τ, welches von der Steuereinheit 10 zu An- Steuerung eines Stellglieds 26 ausgegeben wird. Im obigen Beispiel bildet jeder Anteil ein Reglerausgangssignal, die zusammengeführt (z.B. addiert) das Ausgangssignal τ bilden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Leerlaufregelung stellt das Stellelement 26 eine elektrisch betätigbare Dros- selklappe oder Bypassklappe dar, welche die Luft zu einer Brennkraftmaschine derart einstellt, dass sich der Istwert dem Sollwert annähert. Bei Dieselmotoren oder Benzindi- rekteinspritzern wird nicht die Luft, sondern die Kraftmasse von dem Ausgangssignal eingestellt, so dass Stellelement Stelleinrichtungen zur Beeinflussung der Kraftzuführung darstellen. Ergänzend können je nach Ausführung weitere Aus— gangssignale erzeugt werden, beispielsweise zur Steuerung des Zündwinkels, welche ebenfalls zur Annäherung der Istgröße an die Sollgröße beitragen.
Die verschiedenen Anteile des Reglers 24 weisen Parameter, beispielsweise Verstärkungsfaktoren, auf, deren Wert veränderbar ist. Im dargestellten Beispiel der Figur 1 sind zwei Parameterwerte bzw. Parameterwertesätze 28 und 30 vorgese- hen, welche über ein Schaltmittel 32 dem Regler 24 zur Ver- fügung gestellt werden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den umschaltbaren Parametern um den Verstärkungsfaktor des Proportionalreglers und/oder den des Differentialanteils. Das Schaltmittel 32 wird umgeschaltet bei Vorliegen der in 34 gebildeten Umschaltbedingung, deren Signal dem Regler 24 ebenfalls zur Verfügung gestellt wird. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Leerlaufregelung im Zusammenhang mit einer Benzindirekteinspritzungsbrennkraft- maschine ist die Umschaltbedingung dann gegeben, wenn die Betriebsart der Brennkraftmaschine umgeschaltet wird, beispielsweise von einem homogenen Betrieb in einen ungedros- selten Betrieb bzw. einen Betrieb mit magerem Gemisch und umgekehrt. Beim Umschalten zwischen zwei Betriebsarten wird dann vom ersten auf den zweiten Parameter des Reglers umge- wechselt. Dies deshalb, weil bei einer Änderung der Betriebsart eine signifikante Änderung der Eigenschaften der Regelstrecke (z.B. dynamisches Verhalten, Schwingungsver al- ten, etc.) auftritt. Die Parameterwerte sind den unterschiedlichen Anforderungen angepasst. Neben der Betriebsar- tenumschaltung oder alternativ dazu wird die Parameterum- schaltung auch in Abhängigkeit anderer Betriebszustände ausgelöst, die eine solche Änderung der Regelstrecke nach sich ziehen, beispielsweise wenn ein Gang ein- oder ausgelegt wird, wenn die Kupplung betätigt wird, wenn leistungsstarke Verbraucher angekoppelt werden, etc. Liegt ein derartiger Betriebsphasenwechsel vor, führt dies zur Erzeugung eines Umschaltsignals durch die Einheit 34 und zur Umschaltung des Parameters .
Beim Umschalten des oder der Parameter ändert sich der Ausgang des Reglers sprunghaft, was als Ruck am Fahrzeug zu spüren ist. Es wird jedoch ein stetiger Verlauf des Rege— lausgangs angestrebt, um einen solchen spürbaren Ruck am Fahrzeug zu verhindern. Dies gilt insbesondere bei Steuersy- stemen mit momentenorientierter Steuerstruktur, bei welcher der Ausgang des Leerlaufreglers unter anderem zur Korrektur eines der Steuerung zugrunde liegenden Sollwertes (Solldrehmoment, Fahrerwunsch) dient.
Abhängig vom binären Umschaltsignal wird der passenden bzw. die passenden Reglerparameter ausgewählt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel stellen der oder die Parameter Verstärkungsfaktoren dar, mit dem die Regelabweichung und/oder die zeitliche Änderung der Drehzahl oder der Regelabweichung multipliziert wird. Das Ausgangssignal des Reglers verändert sich beim Umschalten sprungförmig, da infolge der Änderung der Größe des Verstärkungsparameters im Rahmen der Multiplikation eine sprungförmige Veränderung des Produkts sich einstellt. Zur Verbesserung dieser Situation wird ein Filter, vorzugsweise ein Tiefpassfilter erster Ordnung eingefügt, welches zum Zeitpunkt des Auftretens des Umschaltsignals (Flankenerkennung) initialisiert wird. Der Initialisierungswert des Filters wird auf den Wert gesetzt, welcher dem Unterschied zwischen dem Reglerausgangswert vor und nach der Umschaltung entspricht. Das Filter ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel derart gestaltet, dass sein Ausgangssignal exponentiell gegen Null läuft nach Auftreten einer Umschaltung. Der Filterausgangswert wird dann vom Reglerausgang subtrahiert, so dass das resultierende Regelausgangssignal einen stetigen zeitlichen Verlauf aufweist. Diese Maßnahmen werden bei Proportionalanteilen und/oder Differentialanteilen angewendet.
In Figur 2 ist ein Ablaufdiagramm dargestellt, welches die vorstehend beschriebene Vorgehensweise verdeutlicht.. Das Ab- laufdiagramm stellt eine Realisierung der beschriebenen
Massnahme als Programm des Rechners der Steuereinheit 10 dar und beschreibt die Abläufe im Regler 24 am Beispiel eines Proportionalanteils . Figur 2 zeigt den Regler 24, dem, wie bereits in Figur 1 dargestellt, die Regelabweichung Δ, über das Schaltelement 32 ein ausgewählter Parameter Pl, P2 sowie das Umschaltsignal B_s zugeführt wird. Die mittels des Schaltelements 32 ausgewählte, in einem Ausführungsbeispiel betriebsgrößenabhängige (z.B. von der Drehzahl, der Regelabweichung, etc.) Proportionalkonstante (Pl, P2) wird in der Multiplikationsstelle 100 mit der Regelabweichung. Δ zur Bildung eines Ausgangssignals dmllrl multipliziert. Dieses Produkt zeigt beim Umschalten von dem einen auf den anderen Parameter ein sprungförmiges Verhalten. In der darauffolgenden Subtraktionsstelle 102 wird der in der Multiplikationsstelle 100 gebildete Wert mit dem aus dem vorhergehenden Rechnertakt stammende Ausgangswert (dmllrl (z-1) ) verglichen. Letzterer wird in einer Speicherzelle 104 zwischengespeichert. Die Abweichung zwischen dem neuen und dem alten Ausgangswert wird dann einem Filter 106 zugeführt, insbesondere einem Tiefpassfilter. Dieses Filter wird bei Vorliegen eines Flankenwechsels auf der Zuleitung 108 initialisiert. Es weist als Eingangswert den Wert 0 auf. Die Initialisierung erfolgt bei einem in 110 erkannten Wechsel des Umschaltsignals B_s . Findet also eine Umschaltung vom einen auf den anderen Parameter oder umgekehrt statt, wird das Filter mit dem in der Subtraktionsstelle 102 gebildeten Wert initialisiert. Das in der Subtraktionsstelle 102 gebildete Signal entspricht der Höhe des Sprungs bei Umschaltung im Ausgangssignal dmllrl. Zum Umschaltzeitpunkt wird also das Filter initialisiert mit dem Wert der Höhe des Sprunges. Zwischen zwei Umschaltungen läuft dann das Ausgangssignal des Filters dmumfil exponenti- eil vom initialisierten Wert gegen Null. Das Ausgangssignal des Filters wird dann in der Subtraktionsstelle 112 mit dem Ausgangssignal dmllrl der Multiplika'tionsstufe 100 verglichen, insbesondere von diesem subtrahiert. Dadurch entsteht ein Reglerausgangssignal dmllr, dessen Verlauf in der Um— schaltphase stetig ist. Diese Ausgangssignal wird gegebenen- falls unter Berücksichtigung der Ausgangssignale von weiteren Reglerkomponenten als Ansteuersignal τ ausgegeben.
Die geschilderte Vorgehensweise wird in einem Ausführungs- beispiel ergänzend oder alternativ auf den Differentialanteil des Reglers angewendet. Der Integralanteil ist mit der geschilderten Problematik nicht behaftet, da er aufgrund seiner Funktion generell einen stetigen Ausgangssignalverlauf aufweist.
Die Wirkungsweise der in Figur 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform des Reglers ist in Figur 3 anhand von Zeitdiagrammen dargestellt. Figur 3a zeigt dabei den zeitlichen Verlauf' des Umschaltsignals B_s, Figur 3b den des Ausgangs- signals dmumfil des Filters, Figur 3c den Zeitverlauf des
Ausgangssignals dmllrl der Multiplikationsstufe und Figur 3d den Zeitverlauf des Ausgangssignals dmllr des Reglers bzw. Regleranteils .
Bis zum Zeitpunkt tO wird der Regler mit einem ersten Parameter Pl betrieben. Zum Zeitpunkt tO erfolgt die Parameter- umschaltung, beispielsweise infolge eines Wechsels der Betriebsarten. Entsprechend wird das Umschaltsignal B_s gemäß Figur 3a auf den Wert true gesetzt. Dies hat zur Folge, dass zum Zeitpunkt tO gemäß Figur 3c ein sprungförmiger Verlauf im Ausgangssignal dmllrl auftritt. Zu dessen Kompensation wird gemäß Figur 3b zum Zeitpunkt tO das Filter mit einem Wert initialisiert, welcher der Höhe des Sprungs im Ausgangssignal der Multiplikationsstufe entspricht. Entspre- chend der Filterfunktion führt das Filterausgangssignal vom Zeitpunkt tO von diesem Wert exponentiell gegen Null (Fig. 3b) . Da das Filterausgangssignal vom Ausgangssignal der Multiplikationsstufe abgezogen wird zur Bildung des Ausgangssignals dmllr, so ergibt sich gemäß Figur 3d ein stetiger Verlauf dieses Ausgangssignals in der Umschaltphase. Die Ausführungsform nach Figur 2 stellt eine bevorzugte Ausführung der allgemeinen Lösung dar, durch Einsatz eines Filters, welches mit dem Wert der Höhe eines Sprunges im einem Reglerausgangssignal bei einer Parameteru schaltung initialisiert wird, den entstehenden Sprung im Umschaltzeitpunkt zu glätten. Andere spezielle Ausführungsformen in Bezug auf den konkreten Einbau der Filterfunktion sind im Rahmen dieser allgemeinen Lösung ebenfalls denkbar, insbesondere Lö- sungen, bei denen das Filter mit dem Ausgangswert unmittelbar vor der Umschaltung bei der Umschaltung initialisiert wird und das Regelausgangssignal selbst exponentiell auf den neuen Wert heranführt, wobei das Filter im Normalbetrieb außerhalb des Umschaltens nicht aktiv ist.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Regelung einer Betriebsgröße einer Antriebseinheit, wobei ein Regler vorgesehen ist, welcher wenigstens einen veränderlichen Parameter aufweist, wobei abhängig von einer Regelabweichung der Regler unter Berück- sichtigung des veränderlichen Parameters ein Ausgangssignal erzeugt, wobei bei Vorliegen eines Umschaltsignals von einem ersten auf einen zweiten Parameterwert umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filter vorgesehen ist, welches beim Umschalten vom einen auf den anderen Parameterwert .aktiviert wird und mit einem Wert initialisiert wird, welcher einen stetigen Verlauf des Ausgangssignals im Umschaltzeitpunkt bewirkt .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltsignal dann gebildet wird, wenn eine Änderung der Regelstrecke auftritt, insbesondere wenn eine Betriebs- artenumschaltung bei einem Motor mit Benzindirekteinspritzung, das Ein- oder Auslegen eines Ganges, das Betätigen einer Kupplung, das Zuschalten eines leistungsstarken Verbrau- chers, vorliegt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Parameter ein Verstärkungsfaktor eines Proportionalreglers und/oder eine Konstante eines Differentialreglers ist.
4. Verfahren nach einem der . vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Proportionalregler der wenigstens eine veränderliche Parameter mit der Regelabwei- chung zur Bildung eines Ausgangssignals multipliziert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Größe gebildet wird, welche der Höhe des Sprunges beim Umsc alten vom ersten auf den zweiten Parameterwert im Ausgangssignal des Reglers entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen des U schaltsignals ein Filter initiali- siert wird, welches mit dem die Größe des Sprunges repräsentierenden Signals initialisiert wird und dessen Ausgangssignal ab diesem Zeitpunkt exponentiell gegen Null geht.
7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeich- net, dass das Filterausgangssignal vom Ausgangssignal zur
Bildung eines geglätteten Ausgangssignals abgezogen wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler ein Leerlaufdrehzanl- regier ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal das Ausgangssignal eines Anteils des Reglers oder das Gesamtausgangs— signal des Reglers darstellt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Regler einem Sollwert zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, insbe- sondere einem Slldrehmoment, aufgeschaltet wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Differentialregler die zeitliche Ableitung des Drehzahlsignals und/oder der Rege- labweichung mit der umschaltbaren Konstante gebildet wird.
12. Vorrichtung zur Regelung einer Betriebsgröße einer An- triebseinheit, mit einer Steuereinheit, welche wenigstens einen Regler umfasst, der ein Ausgangssignal zur Beeinflus- sung der. Betriebsgröße erzeugt, wobei der Regler wenigstens einen umschaltbaren Parameter aufweist, mit Umschaltmitteln, welche bei Vorliegen wenigstens eines Umschaltsignals von einem ersten auf einen zweiten Parameterwert umschalten, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler ein Filter umfasst, welches bei Vorliegen des Umschaltsignals initialisiert wird mit einem Wert, welcher der Änderung des Aüsgangssignals beim Umschalten des Parameters entspricht und der einen stetigen Verlauf des Ausgangssignals des Reglers über den Ura- schaltzeitpunkt bewirkt.
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