ITMI970403A1

ITMI970403A1 - Procedimento e dispositivo per il comando di un servoelemento di un motore a combustione interna

Info

Publication number: ITMI970403A1
Application number: IT97MI000403A
Authority: IT
Inventors: Martin Streib
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1997-02-25
Publication date: 1998-08-25
Also published as: DE19610210A1; US5809966A; DE19610210B4; JPH102247A; JP3993659B2; IT1289968B1

Description

Procedimento e dispositivo per il comando di un servoelemento di un motore a combustione interna

Stato della tecnica

L'invenzione riguarda un procedimento e un dispositivo per il comando del servoelemento di-· un motore a combustione interna secondo i preamboli delle rivendicazioni indipendenti.

Dalla DE-OS 36 31 283 (brevetto US 4 947 815) è noto un servoelemento per una valvola a farfalla di un motore a combustione, interna che, preferibilmente nell'ambito di una regolazione di posizione, viene regolato elettricamente tramite un servomotore in base a una volontà del conducente desunta dall'azionamento di un pedale da parte del conducente. Il servoelemento presenta con ciò la particolarità che con il servomotore privo di corrente viene assunta una posizione prestabilita mediante molle antagoniste. Questa posizione di riposo o posizione d'aria di emergenza del servoelemento assicura che con il servomotore privo di corrente la valvola a farfalla collegata con il servoelemento non si chiuda completamente, ma che il motore a combustione interna possa continuare a funzionare almeno al minimo. Con ciò è svantaggioso che il momento agente m questo punto sul servomotore vari a forma di gradino e cambi di segno in seguito alla variazione, del momento risultante delle molle. Il momento delle molle è con ciò di apertura al disotto della posizione di riposo, di chiusura al disopra (vedi figura 5). Questo comportamento del servoelemento rappresenta per la regolazione della posizione una notevole difficoltà, e conduce a un comportamento di regolazione sfavorevole, in particolare ad allungamenti dei tempi di regolazione.

È compito dell'invenzione indicare provvedimenti che migliorino il comportamento di-regolazione di una regolazione di posizione in un organo di regolazione con una posizione di riposo caratterizzante mediante variazione del momento.

Ciò viene ottenuto mediante le caratteristiche qualificanti delle rivendicazioni indipendenti.

Dalla DE-OS 44 26 971 è noto per un tale servoelemento, che viene azionato nell'ambito di un comando per mezzo di un motore a passi, il fatto di correggere il conteggio del contapassi utilizzato per la formazione del segnale di comando nel senso di una linearizzazione del moto dei servoelementi.

Vantaggi dell'invenzione

Mediante la soluzione secondo invenzione il comportamento del circuito di regolazione, in particolare del sistema regolato (servoelemento) , viene linearizzato. Gli allungamenti dei tempi di regolazione per i moti del servoelemento oltre la posizione di riposo vengono impediti in maniera efficace.

È particolarmente vantaggioso che la soluzione secondo invenzione non venga applicata quando il servoelemento deve essere regolato nelle immediate vicinanze della posizione di riposo del servoelemento. Con ciò si evitano stati instabili.

È particolarmente vantaggioso che la variazione della coppia motrice del servomotore generata compensi approssimativamente la variazione del momento dovuta alla posizione di riposo.

È particolarmente vantaggioso che la precisione della soluzione secondo invenzione venga incrementata mediante apprendimento del valore di posizione associato alla posizione di riposo del servoelemento mediante l'unità di comando.

Ulteriori vantaggi risultano dalla seguente descrizione di esempi di esecuzione o dalle rivendicazioni subordinate.

Disegno

L'invenzione viene di seguito illustrata più dettagliatamente sulla scorta delle forme di esecuzione raffigurate nel disegno. Con ciò la figura 1 mostra un diagramma a blocchi d'insieme di un dispositivo di comando per un servoelemento di un motore a combustione interna, mentre nelle figure 2 e 3 sono raffigurati diagrammi di flusso, che raffigurano la realizzazione della regolazione del servoelemento, nonché la rilevazione della posizione di riposo del servoelemento, quali programmi per calcolatori. Nella figura 4 è raffigurato il decorso temporale della posizione del servoelemento, nonché della corrente attraverso il servomotore quale diagramma temporale, mentre nella figura 5 è tracciata la curva caratteristica nota del momento del servoelemento lungo la posizione di esso.

Descrizione di esempi di esecuzione

Nella figura 1 è raffigurata un'unità di comando 10 elettronica, alla quale è addotta una linea di ingresso 12 da un elemento di misura 14 per la rilevazione della posizione di un elemento di comando 16 azionabile dal conducente. Inoltre all'unità di comando 10 sono addotte linee di ingresso da 18 a 20 da dispositivi di misura da 22 a 24 per la rilevazione di ulteriori grandezze di esercizio del motore a combustione interna e/o del veicolo. Tali grandezze di esercizio sono ad esempio una grandezza per l'alimentazione d'aria al motore a combustione interna, il numero di giri del motore a combustione interna, la temperatura di esso, ecc . Una linea di uscita 26 dell'unità di comando 10 conduce a uno stadio finale 28, preferibilmente a uno stadio finale a ponte intero. Ad esso è collegato tramite linee 30 e 32 un motore 34 elettrico, preferibilmente un motore a corrente continua, di un servoelemento 36. Il servoelemento 36 serve alla regolazione di una valvola a farfalla 40 disposta nel sistema di aspirazione 38 del motore a combustione interna, collegato tramite il collegamento 42 meccanico al motore 34. Il servoelemento 36 comprende inoltre almeno due molle 44 e 46, che producono forze FI e F2 agenti una in senso opposto all'altra per l'impostazione del servoelemento in una posizione di riposo prestabilita.

Il servoelemento 36 presenta quindi una curva caratteristica del momento raffigurata nella figura 5. Ivi il momento M agente sul servomotore 34 è applicato tramite la posizione a del servoelemento (della valvola a farfalla). Il servoelemento è spostabile dalla posizione 0 (valvola a farfalla completamente chiusa) fino a una posizione massima (valvola a farfalla completamente aperta). Nella zona di regolazione dalla posizione 0 alla posizione di riposo aNLP la molla 44 agisce nel senso di un'apertura della valvola a farfalla. Il momento di apertura esercitato sul motore in questa zona è quindi positivo. Fra la posizione di riposo aNLP e la posizione massima agiscé la forza della molla 46 nel senso di un richiamo del servoelemento nella posizione chiusa della valvola a farfalla. Quindi in questa regione il momento esercitato sul servoelemento è negativo.

Nell 'esempio di esecuzione preferito l'unità di comando 10 elettronica è costituita da almeno un microcomputer, nel quale sono installate parti di programma che regolano il servoelemento in funzione della volontà del conducente desunta dall'azionamento degli elementi di comando. A tale scopo è previsto un generatore di valore teorico 48, al quale viene addotto il segnale di azionamento degli elementi di comando tramite la linea 12, nonché grandezze di esercizio selezionate tramite le linee da 18 a 20. La linea di uscita 50 del generatore di valore teorico 48 conduce a un regolatore di posizione 52, al quale viene addotta almeno una linea 54 che si dirama da una delle linee da 18 a 20, e quindi una misura per la posizione del servoelemento 36. La linea di uscita del regolatore-di posizione 52 è la linea di uscita 26 dell'unità di comando 10.

Nell'esempio di esecuzione preferito l'elemento di misura 14 rileva il grado di azionamento dell'elemento di azionamento 16 (pedale dell'acceleratore). Questo viene addotto al generatore di valore teorico 48. Inoltre a questo vengono addotte dai dispositivi di misura da 22 a 24 grandezze di esercizio quali temperatura del motore, numero di giri del motore, posizione del cambio, composizione dei gas di scarico, massa d'aria, ecc. Il generatore di valore teorico forma sulla base di curve caratteristiche prestabilite, diagrammi caratteristici, tabelle, o nell'ambito di un circuito di regolazione della coppia o della potenza un valore di regolazione teorico aSoll per il servoelemento 36. Questo viene addotto tramite la linea 50 al regolatore di posizione 52. Il regolatore di posizione 52 forma la differenza fra il valore di regolazione teorico cxgoll e un valore effettivo aIet del servoelemento 36 rilevato da un trasduttore di posizione, addotto tramite la linea 54. Il regolatore di posizione 52 forma allora un segnale di uscita in base alla differenza, in ragione della strategia di regolazione prestabilita. Il regolatore di posizione 52 comprende con ciò almeno una parte integrale, nell'esempio di esecuzione preferito inoltre parti proporzionali e differenziali. Il regolatore forma il proprio segnale di uscita nel senso di una regolazione del servoelemento 36 sul valore teorico prestabilito . Nell'esempio di esecuzione preferito il segnale di comando per il circuito dello stadio finale 28 è con ciò un segnale a modulazione di durata degli impulsi, il cui tasso di pulsazione variabile rappresenta il passaggio di corrente medio attraverso il motore 34 elettrico, e quindi la coppia motrice del servoelemento. In altri esempi di esecuzione vantaggiosi la grandezza del segnale di comando può essere un valore di corrente, un valore di tensione, una lunghezza di impulso, o il tempo di pausa fra due impulsi.

Per il miglioramento del comportamento di regolazione nella zona del cosiddetto punto di inversione del momento in posizione di riposo del servoelemento 36, in caso di moti del servoelemento 36 viene costantemente controllato il valore effettivo di posizione. Se il servoelemento si muove oltre il punto di inversione del momento, la coppia motrice del servomotore o la corrente del motore viene modificata quasi a forma di gradino. Una variazione esattamente a forma di gradino non è possibile a causa dell’induttività del motore elettrico. L'entità di questa variazione a forma di gradino viene scelta in modo che la variazione della coppia motrice che con ciò si produce compensi approssimativamente il gradino che si produce nel momento delle molle nel punto di inversione del momento. Nell 'esempio di esecuzione preferito la variazione di corrente viene prodotta modificando la parte integrale del regolatore per un valore definito prestabilito, o modificando a forma di gradino il tasso di pulsazione con il quale viene comandato lo stadio finale. Questo importo viene con ciò sovrapposto una sola volta alla parte integrale o alla grandezza del segnale di comando al superamento della posizione di riposo, e non viene mantenuto costantemente. Se il valore teorico di impostazione per il servoelemento è molto vicino al punto di inversione del momento, mediante la soluzione secondo invenzione potrebbe prodursi uno stato instabile a causa di una costante variazione di corrente. Ciò viene evitato efficacemente applicando la compensazione secondo invenzione soltanto quando il valore teorico impostato non si trova nelle immediate vicinanze del punto di inversione del momento. Poiché il punto di inversione del momento (posizione di riposo) presenta determinate tolleranze da servoelemento a servoelemento, la posizione di esso viene appresa dall’unità di comando elettronica con il servoelemento privo di corrente, onde aumentare la precisione.

I provvedimenti descritti si svolgono nella zona del regolatore di posizione 52 . Un esempio di esecuzione preferito della realizzazione di questi provvedimenti quale programma per calcolatore è raffigurato sulla scorta dei diagrammi di flusso secondo le figure 2 e 3.

Dopo l'avvio della parte di programma descritta nella figura 2 a istanti prestabiliti {ad esempio a intervalli di alcuni msec) nella prima fase 100 vengono letti il valore di regolazione teorico aSoll calcolato e il valore effettivo di posizione alst del servoelemento. In seguito a ciò nella fase 102 viene verificato se il servoelemento si trova nella regione del punto di inversione del momento. Nell'esempio di esecuzione preferito ciò viene realizzato confrontando il valore effettivo di posizione alst misurato con una zona di tolleranza Δi per il punto di inversione del momento αNLP. Se il valore effettivo di posizione si trova all'interno della zona di tolleranza viene formata una risposta "SÌ", altrimenti una risposta "NO". Se la risposta è "NO" viene formata secondo la fase 104 la differenza da tra il valore di impostazione teorico e là posizione effettiva, e nella successiva fase 106 viene formata in ragione dell’equazione del regolatore utilizzata la grandezza τ del segnale di comando in base alla differenza di regolazione da. Dopo la fase 106 la parte di programma viene conclusa, e ripetuta in un istante dato.

Se dalla fase 102 è risultato che il valore effettivo di posizione si trova nella zona del punto di inversione del momento, viene controllato secondo la fase 108, se questo vale anche per il valore di impostazione teorico. Le zone .con ciò confrontate intorno al punto di inversione del momento {Δΐ e Δ2) sono differenti nell'esempio di esecuzione preferito, ma possono anche essere uguali. Se il valore teorico di impostazione si trova nella zona del punto di inversione del momento, si prosegue con la fase 104 e la regolazione, altrimenti secondo la fase 110 la grandezza τ del segnale di comando formata nella precedente esecuzione del programma in base alla funzione di regolazione, viene incrementata di un valore τθ prestabilito. Dopo la variazione viene nuovamente formata dal regolatore la grandezza del segnale di comando {fase 106) .

In un altro esempio di esecuzione vantaggioso nella fase 110 viene corrispondentemente modificata, invece della grandezza del segnale di comando, la parte integrale I del regolatore dalla quale è costituita in caso stazionario. Dopo la fase 110 la parte di programma viene terminata e ripetuta in un determinato istante.

Il modo di procedere descritto nella figura 2 conduce, con un moto del servoelemento oltre il punto di inversione del momento, a un incremento mirato della coppia motrice del servoelemento, in modo che il moto del servoelemento oltre il punto di inversione del momento sia sostanzialmente lineare. La soluzione secondo invenzione rappresenta quindi un comando preliminare con riferimento al regolatore.

L'importo della variazione τ0 o I0 è prestabilito fisso in uh esempio di esecuzione. In un altro esempio di esecuzione vantaggioso questo importo è funzione delle grandezze di esercizio, ad esempio funzione della temperatura del motore a combustione interna o del servoelemento.

Per la determinazione del valore memorizzato αNLP per la posizione del punto di inversione del momento è prevista la parte di programma secondo la figura 3. Anche questa parte di programma viene iniziata a istanti prestabiliti, almeno in condizioni di esercizio prestabilite quali l'avanzamento per inerzia o la fase di rilascio. Nella prima fase 200 viene verificato che sia presente una condizione priva di corrente del servoelemento, cioè che nel servomotore del servoelemento non passi corrente. Se ciò non si verifica, la parte di programma viene conclusa, altrimenti secondo la fase 202 viene letto il valore effettivo misurato in questa circostanza (dopo che è trascorso un tempo di ritardo prestabilito), e secondo la fase 204 il punto di inversione del momento aNLP memorizzato viene impostato sul valore effettivo alst misurato. Dopo la fase 204 la parte di programma viene conclusa.

Il modo di agire del comando secondo invenzione è raffigurato sulla scorta dei diagrammi temporali secondo la figura 4. Con ciò la figura 4a mostra il decorso temporale della posizione del servoelemento lungo il tempo, mentre nella figura 4b è tracciato il decorso della corrente attraverso il servomotore. La linea continua mostra con ciò la situazione con l'applicazione del comando secondo invenzione, mentre la curva raffigurata tratteggiata mostra la situazione senza l'applicazione del comando secondo invenzione. Si parte da una situazione nella quale la valvola a farfalla si trova nella regione al disotto del punto di inversione del momento aNLP (αθ). Mediante azionamento del pedale dell'acceleratore il conducente prestabilisce un valore di posizione che si trova al disopra del punto di inversione del momento (al). Mediante la funzione del regolatore la corrente negativa viene leggermente aumentata in seguito al momento di apertura delle molle. Nell'istante T0 il servoelemento si trova nel punto di inversione del momento. Ciò conduce al fatto che secondo il comando secondo invenzione avviene una variazione a forma di gradino della corrente, in seguito al corrispondente comando della parte integrale del regolatore o della grandezza del segnale di comando. Dopodiché la corrente viene modificata nell'ambito della regolazione, e infine abbassata a una corrente di tenuta positiva al raggiungimento del valore teorico, a causa del momento di chiusura delle molle. Qualora il comando secondo invenzione non fosse utilizzato, nell'istante TO non risulterebbe alcuna variazione della corrente, che verrebbe piuttosto modificata nell'ambito della regolazione di posizione. Secondo la figura 4a ciò condurrebbe un ritardo dell 'impostazione del servoelemento, e quindi a un comportamento di regolazione insoddisfacente .

Claims

Rivendicazioni 1 . Procedimento per il comando di un servoelemento di un motore a combustione interna, ove tramite un motore elettrico viene azionato un servoelemento, nel quale il momento esercitato sul motore cambia di segno lungo la zona di regolazione, ove viene prodotto un segnale di comando per il motore nell'ambito di una regolazione di posizione, che comanda la corrente attraverso il motore, caratterizzato dal fatto che nella regione dell'inversione del momento il segnale di comando viene modificato nel senso di una variazione di corrente il più possibile a forma di gradino.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la variazione della corrente è dimensionata in modo che il gradino che si forma nel punto di inversione venga compensato approssimativamente con il momento esercitato dal servoelemento.
3. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la variazione a forma di gradino della corrente viene ottenuta mediante variazione a forma di gradino della grandezza del segnale di comando.
4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che la grandezza del segnale di comando calcolata dal regolatore di posizione viene sollecitata con un valore prestabilito, preferibilmente in funzione delle grandezze di esercizio.
5. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il regolatore di posizione presenta almeno una parte integrale, che viene influenzata per la produzione della variazione a forma di gradino della corrente.
6. Procedimento secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che la parte integrale viene sollecitata con un valore prestabilito, preferibilmente in funzione delle grandezze di esercizio.
7. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la variazione a forma di gradino non avviene quando il servoelemento si trova in una zona prestabilita intorno al punto di inversione del momento, e il valore teorico di impostazione della regolazione di posizione si trova parimenti in una zona prestabilita intorno al punto di inversione del momento.
8. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la posizione associata al punto di inversione del momento viene rilevata con il servomotore privo di corrente, e memorizzata.
9. Dispositivo per il comando di un servoelemento di un motore a combustione interna, con un'unità di comando elettronica, che comprende un regolatore di posizione che produce in funzione di un valore prestabilito e di una posizione effettiva del servoelemento un segnale di comando, che comanda il servomotore di un servoelemento, nel quale il momento esercitato sul motore cambia di segno lungo la zona di regolazione, caratterizzato dal fatto che con un moto del servoelemento in questa zona di questa inversione del momento il segnale di comando viene modificato nel senso di una variazione della corrente il più possibile a forma d gradino.