JP4225916B2 - 内燃機関の制御方法および制御装置、殊に内燃機関の回転数の調整方法および調整装置 - Google Patents

Description

従来技術
本発明は内燃機関の制御方法および制御装置、殊に内燃機関の回転数の調整方法および調整装置に関する。

内燃機関の制御方法および制御装置、殊に内燃機関の回転数の調整方法および調整装置は公知である。この種のシステムでは通常、少なくとも１つのアイドリング調整部と、アクセルペダルの位置を介して検出される運転手要求からの調整操作量が共働する。ここでアクセルペダルの位置に基づいて設定される運転手要求モーメントに相応する制御量と、アイドリング調整部のモーメントに相応する調整部の調整操作量が共働する。この場合に制御量（すなわち運転手要求モーメント）は、アイドリング調整部（すなわちアイドリング調整部のモーメント）を支配（ueberdruecken）する。支配するとは、運転手要求モーメントがアイドリング調整部のモーメントより大きい場合に、アイドリング調整部が調整操作量に作用を及ぼさないことを意味する。これによって、運転手がガスを与えた場合に回転数が上昇する。他方でこの調整部はアイドル回転数を下回ることを阻止する。このような場合、運転手がガスを与えないと、調整部が制御量を支配する。

すなわち機能性が異なる場合には調整部の補助によって、許容回転数インターバルが遵守される。ここで同時に、例えば運転手による制御介入が可能である。

特に有利には、少なくとも１つの第１の調整部が、第１の目標値と実際値との比較に基づいて第１の調整操作量を設定し、少なくとも１つの第２の調整部が、第２の目標値と実際値との比較に基づいて第２の調整操作量を設定し、第１の調整操作量が第１の調整操作領域に制限され、第２の調整操作量が第２の調整操作領域に制限される。

すなわち、調整操作量を所定の調整操作領域内でのみ供給する第１の調整部が設けられ、第２の調整部は調整操作量を第２の調整操作領域内のみで供給する。第１の調整部も第２の調整部も有利には比例調整部または比例調整部および積分調整部として構成される。

特に有利には、第１の調整操作量は調整されるべき量が低減するように制限され、第２の調整操作量は調整されるべき量が増大するように制限される。燃料量を介してこれを調整する回転数調整部の場合には、第１の調整部は燃料量を低減させることだけが可能であり、第２の調整部は燃料量を増大させることだけが可能である。

調整部に課せられた要求に依存して種々異なる目標値が設定される。特に有利には、これらの目標値は作動状態に依存して設定される。この場合に第１の目標値は常に第２の目標値より大きい、または第２の調整値と同じである。

調整ループの不所望な特性を回避するために、２つの調整部が調整操作量を供給する場合、値的に最も大きな変化を有する調整操作量が駆動制御に使用される。このような場合には特に有利には他方の調整部（すなわち値的に最も小さい変化を有する調整部）の調整操作量は凍結される。

特にこの実現がさらにプログラムコード手段を有するコンピュータプログラムと、プログラムコード手段を有するコンピュータプログラム製品の形でなされることには意味がある。本発明によるコンピュータプログラムは、このプログラムがコンピュータ上、殊に自動車の内燃機関に対する制御装置上で動作する場合、本発明による方法の全ステップを実行するためにプログラムコード手段を有している。この場合には本発明は制御装置内に記憶されプログラムによって実現されるので、このプログラムを備えた制御装置も、その実行にこのプログラムが適している当該の方法と同じように本発明をあらわすものである。本発明によるコンピュータプログラム製品はプログラムコード手段を有しており、これはこのプログラム製品がコンピュータ、殊に自動車の内燃機関に対する制御装置上で動作する場合に、本発明による方法を実行するために、コンピュータで読取り可能なデータ担体に記憶されている。このような場合に本発明はデータ担体によって実現され、本発明による方法は、このプログラム製品ないしはデータ担体が殊に自動車の内燃機関に対する制御装置内に組み込まれている場合に実行される。データ担体ないしはコンピュータプログラム製品としては殊に電気的な記憶媒体が使用される。これは例えばリードオンリーメモリ（ROM）、EPROM または例えばCD−ROM やDVDのような電気的な永久メモリである。

本発明を以下で図示された実施形態に基づいて説明する。

図１は本発明による方法のブロックダイヤグラムであり、
図２は調整構造の詳細図であり、
図３は本発明による方法を明確にするためのフローチャートである。

図１には内燃機関を制御する装置が示されている。内燃機関は参照番号１００で示されている。内燃機関には、種々異なる信号を検出する種々異なるセンサが配置されている。殊に回転数センサ１１０が設けられており、この回転数センサは内燃機関の測定された回転数に相当する信号ＮＩを供給する。

さらに内燃機関１００には、種々の調整操作エレメント１２０が配置されている。ここでこれらの調整操作エレメントは、内燃機関のパワー出力、従って内燃機関の回転数に影響を与える。殊に、内燃機関から供給されるモーメントを例えば噴射される燃料量を介して制御する調整操作エレメント１２０が設けられている。

この調整操作エレメント１２０には有利には、制御ユニット１３０から駆動制御信号が印加される。センサ１１０の出力信号ＮＩは同じように制御ユニット１３０に達する。さらに制御ユニット１３０には、別のセンサ１４０の信号が供給される。これは殊に、運転手の要求をあらわす信号ＦＰのことである。このためにアクセルペダル位置センサが使用される。

この制御ユニットは、運転手要求ＦＰおよび実際の回転数ＮＩから出発して、調整操作エレメント１２０に加わる駆動制御信号を計算する。回転数を調整および／または制御するために、殊にディーゼル内燃機関ではアイドリング調整部、作動回転数調整部、走行速度調整部、最高回転数調整部、最高速度下降調整部、一般的な回転数調整部および／または回転数調整部が設けられている。回転数の上方限界を遵守するために、殊に最高回転数調整部、作動回転数調整部および／または走行速度調整部が用いられる。アイドリング調整部は、内燃機関の回転数がアイドル回転数を下回って下降しないことを保証する。走行速度調整部は、回転数が、所望の走行速度に相当する所定の値を遵守するように作用する。これと相応に作動回転数調整部は、回転数が、所望の作動回転数（Arbeitsdrehzahl）を下回って下降しないことを保証する。

最高回転数調整部および最高速度下降調整部は、回転数上方限界を遵守することを保証する。最高回転数調整部は殊に、最高許容回転数に達しないことを保証する。最高速度下降調整部は、所望の最高速度または許容最高速度に相応する回転数を上回らないことを保証する。自動化されたスイッチング部材で、スイッチング過程に対する所定の回転数が一般的な回転数調整部によって調整される場合には殊に、回転数上方限界が回転数下方限界に相当するという特別な場合が生じる。運転手要求の走行設定が目標回転数として解釈される場合には、回転数調整部に対しても相応のことがあてはまる。これは殊に有用車両領域における特別な使用にあてはまる。

上述した各機能性（Funktionalitaeten）は通常、固有の調整部によって実現される。このような調整部は一般的に異なる介入点を有している。同時に複数の調整部が介入する場合には問題が生じ、これによって不安定性が生じてしまう。さらに、ある機能性から他の機能性への切り換え時に問題が生じる。アイドリング調整と作動回転数調整の交代がこの例である。この場合、第１の調整部の調整操作部介入が適切に第２の調整部において引き継がれるべきであるという問題が生じる。すなわち移行時には個々の調整部の初期化が問題となる。

それ故に本発明では、回転数インターバル調整部が提案される。これは調整部の制御介入に依存しないで回転数インターバルの放棄を阻止する。インターバルの幅が０の特別な場合には、この調整部は、目標回転数を遵守する制御介入を完全に補償する。回転数が制御介入または他のノイズ量によってインターバル限界内に存在する場合、限界の無いインターバル幅の通常の場合において、この調整部はできるだけ中立の関係にある。このような回転数調整部はインターバル限界が適切に組み込まれている場合、すなわち目標値が適切に設定されている場合、上述した機能性の全て、または一部分のみを実現することができる。

ここで有利には、リソースは制御装置においても開発および適用（アプリケーション）でも省かれる。なぜなら１つの調整部だけが必要とされるからである。ある機能性に対して行われる改善は、他の機能性にも役に立つ。機能性が競合する場合には、目標値算出のレベル上での明確な優先化が行われる。複数の調整部の重畳された介入は排除される。ある機能性と他の機能性の交代はより容易に保証される。初期化は１つの調整部のみで行われなくてはならず、複数の調整部で行われない。

本発明では回転数インターバル調整部は、２つの調整部の並列構造によって実現される。有利には２つの並列な調整部は、ＰＩ特性を有している。２つの調整部のうちの１つは、上方の目標値ＮＳＯである上方のインターバル限界に調整する。他方の調整部は、下方の目標値ＮＳＵである下方のインターバル限界に調整する。各信号経路では、調整操作介入が次のように制限され、許容される目標値インターバルは放棄されない。

ポジティブな区間特性、すなわち調整操作量の増大が調整量の増大につながる前提条件のもとで、このことは２つの調整経路に対して次のことを意味する。すなわち回転数下方限界に対する調整経路は増大するようにのみ介入するということである。従ってその調整操作介入の下方限界は０である。上方限界としては有利には目下の作動状態において許容される調整操作介入が作用する。回転数上方限界に対する調整経路は低減するようにのみ介入する。その調整操作介入の上方限界は０である。下方限界としては例えば調整操作介入に対する目下の制御値が用いられる。従って、上方のインターバル限界を上回った場合に、制御調整操作介入が調整部介入によって解除されることが保証される。２つの調整部経路が共働することによって、増大させる介入も低減させる介入も可能である。これは、上方のインターバル限界と下方のインターバル限界が同じ場合、すなわち上方の目標値ＮＳＯと下方の目標値ＮＳＵが同じ場合にもあてはまる。このような設定値を用いて、同じ構造によって純粋な回転数調整が実現される。従って例えば伝動装置制御時の制御値の支配が可能である。

相応の調整部構造がブロックダイヤグラムとして図２に示されている。既に図１に示されたエレメントは、相応する参照番号によって示されている。回転数センサ１１０の出力信号ＮＩは、第１の結合点１１５を介して第１のＰ成分１２１および第１のＩ成分１２２に達する。さらにこの信号は第２の結合点１２５を介して第２のＰ成分１３１および第２のＩ成分１３２に達する。

第１の結合点１１５の第２の入力側には目標値設定１３５の第１の出力信号ＮＳＯが印加され、第２の結合点１２５には目標値設定１３５の出力信号ＮＳＵが印加される。

第１の積分成分１２２の出力信号は、第１の制限部１４１を介して結合点１４２に達する。結合点１４２の第２の入力側には、第１のＰ成分１２１の出力信号が印加される。第２の積分成分１３２の出力信号は、第２の制限部１４４を介して結合点１４６に達する。この結合点の第２の入力側には、第２の比例成分１３１の出力信号が印加される。

結合点１４２の出力信号は第１の調整操作量制限部１５０に印加される。第１の調整操作量制限部の出力信号ＭＯは印加部１６０に達する。結合点１４６の出力信号は第２の調整操作量制限部１５５に加わり、第２の調整操作量制限部の出力信号ＭＵは同じように印加部１６０に達する。印加部１６０の出力信号は、結合点１６２を介して信号制限部１６５に達する。信号制限部の出力信号Ｍは調整操作エレメント１２０に加わる、ないしはここから出発して調整操作エレメント１２０の印加に対する信号が計算される。

結合点１６２の第２の入力側には、結合点１７０の出力信号が印加される。この結合点には一方では重み付け設定１７２の出力信号Ｗが印加され、他方では微分成分１７４の信号が印加される。

調整操作量制限部１６５の出力信号はさらにスタート値設定１８０に達する。このスタート値設定は同じように第１のスタート値設定１８２および第２のスタート値設定１８４に印加する。第１のスタート値設定１８２には、さらに第１の調整操作量制限部の出力信号ＭＯが供給される。相応に、第２のスタート値設定１８４には第２の調整操作量制限部１５５の出力信号ＭＵが供給される。

積分成分１２２、第１の制限部１４１および比例成分１２１は、回転数を上方のインターバル限界ＮＳＯに調整する第１の調整部を構成する。ここで調整操作量制限部１５０はこの調整部の出力信号をネガティブな値に制限する。これはこの調整部がモーメントを低減させる介入しか有していないことを意味する。すなわちこの制限部の上方の限界値は値０である。

比例成分（Ｐ成分）１３１および積分成分（Ｉ成分）１３２並びに第２の制限部１４４は回転数を下方のインターバル限界ＮＳＵに調整する第２の調整部を構成する。ここで制限部１５５はこの調整部がモーメントを上昇させる介入しか実行できないように構成されている。すなわちこの調整部分岐の出力信号ＭＵは、できるだけ小さい値０になるように制限される。

印加部１６０は、この２つの調整操作量ＭＵおよびＭＯに基づいて相応の調整操作量を選択する。この調整操作量は結合点１６２においてＤ成分１７４の重み付けされた出力信号によって補正される。Ｄ成分１７４を使用することによって、改善された調整性能が得られる。目標値跳躍または立ち上がり時に特別に、インターバル限界でこのようなＤ成分は調整特性へのポジティブな効果を有する。このような補正は選択された作動状態においてのみ行われる。

下方のインターバル限界ＮＳＵと上方のインターバル限界ＮＳＯとのあいだの間隔が僅かな場合、すなわち下方の目標値ＮＳＵと上方の目標値ＮＳＯとのあいだの間隔が小さい場合、殊にこれら２つの目標値が同じ場合、特定の作動状態において２つの調整部経路が同時にダイナミックにアクティブであること、すなわち２つの調整部経路がモーメント要求を設定することが阻止されなければならない。これは印加部１６０によって保証される。殊に同じ方向における（すなわち調整操作介入の同じ性質（gleichsinniger）の変化を有する）２つの調整部経路の調整操作介入は回避されるべきである。なぜならこれによって２つの調整部増強（Reglerverstaerkung）の加算が生じてしまうからである。各調整部経路が相応に構成されている場合、２つの調整部経路の同じ性質の重畳は、大きすぎるループ増強が原因で不安定な特性につながってしまう。

並列な調整部ループの調整操作介入の印加に対して以下の方法が使用される。調整操作介入の変化が同じ性質である場合、値的により大きな変化を有する経路がダイナミックに印加される。すなわち調整操作エレメントの駆動制御に使用される。他の各経路の積分部は相応のスタート値設定１８２ないし１８４によって、目下の調整差で最後に有効な介入が再び生じるように設定される。これによって不安定な経路はいわば凍結される。

相応の方法を図３に示す。

第１のステップ３００ではブロック１２１、１２２、１４１および１４２から第１の経路の調整操作量ＭＯが求められ、ブロック１３１、１３２、１４４および１４６から第２の経路の調整操作量ＭＵが求められる。引き続きステップ３１０においてそれぞれ、新たな調整操作量ＭＯと最後の計算時に計算された調整操作量ＭＯＡとの差ＤＭＯが求められる。これに相応して第２の調整ループの差ＤＭＵが、目下の値ＭＵと先行の値ＭＵＡから求められる。後続の問い合わせ３２０は、第１の調整ループの差ＤＭＯが０より大きいか否か、すなわち調整操作量ＭＯが上昇しているか否かを検査する。そうでない場合、すなわち調整量が下降している場合、問い合わせ３３０は、差ＤＭＵが０より大きいか否かを検査する。すなわち、同じように第２の調整ループの調整量ＭＵが上昇しているか否かが検査される。そうである場合、すなわち第１の調整操作量ＭＯが下降し、第２の調整操作量ＭＵが上昇している場合、ステップ３４０に続く。問い合わせ３３０が、同じように第２の調整操作量ＭＵが下降していること、すなわち差ＤＭＵが０より小さいことを識別すると、ステップ３５０が続く。問い合わせ３２０が、第１の調整操作量ＭＯが上昇していること、すなわち差ＤＭＯが０より大きいことを識別した場合、問い合わせ３３５が続く。この問い合わせは第２の調整操作量の差ＤＭＵが０より大きいか否かを検査する。そうである場合、すなわち第２の調整操作量ＭＵも上昇している場合、同じようにステップ３５０が続く。差ＤＭＯが０より小さい場合、すなわち第１の調整操作量ＭＯが上昇し、第２の調整操作量ＭＵが下降している場合、同じようにステップ３４０が続く。

これは、調整操作介入の変化が反対の性質である場合、すなわち一方が上昇し、他方が下降している場合、ステップ３４０が続くことを意味している。すなわち２つの調整操作量は加算されて出力量Ｍとなる。調整操作量が反対の性質でない場合、すなわち２つの調整操作量が上昇しているないしは２つの調整操作量が下降している場合、ステップ３５０においてそれぞれ調整操作量の変化の値が求められる。有利には、量ＤＭＯの値に相当する量ＢＭＯおよび量ＤＭＵの値に相当する量ＢＭＵが求められる。問い合わせ３６０は量ＢＭＯが量ＢＭＵより大きいか否かを検査する。量ＢＭＯが量ＢＭＵより大きい場合、すなわち第１の調整ループの調整操作量の変化の値が第２の調整ループの変化の値より大きい場合、第１の調整ループの調整操作量ＭＯがステップ３７０において制御に使用される。同時に、第２の調整ループのＩ成分は、その先行の値に凍結される。すなわちＩ成分は値ＭＵＡに設定される。

これと相応に、量ＢＭＯが量ＢＭＵより大きくない場合、すなわち第２の調整操作量の変化の値が第１の調整操作量の変化の値より大きい場合、第２の調整ループの調整操作量はステップ３８０において制御に使用され、第１の調整ループのＩ成分１２２には値ＭＯＡがセットされる。

すなわちこのような有利な構成では、２つの調整部が調整操作量を供給する場合、値的に大きい変化を有する調整操作量が駆動制御に使用される。

Ｄ成分１７４はここで特定の作動状態においてのみアクティブである。Ｄ成分１７４のスイッチオフ時にはその介入はＩ成分１２２および／または１３２によって引き継がれ、調整操作量Ｍのとぎれのない経過が保証される。

Ｄ成分１７４の調整操作量の並列経路への分配は、スタート値設定１８０によって行われる。このために以下のように行われる。まずはＤ成分の調整操作量ＭＤ、殊に重み付けされた調整操作量が０より大きいか否かまたは０より小さいか否かが検査される。調整操作量ＭＤが０より大きい場合、積分成分１２２には、上方の限界０に基づいて可能であるくらい多く、ＭＤから割り当てられる。残りは積分成分１３２に割り当てられる。

上述した調整構想は一般的に、調整部の調整操作量への制御介入を有しているシステムに使用可能である。ここでこの方法は回転数調整に制限されるものではない。この方法は他の調整でも使用可能である。ブロック１６０での印加では、他のストラテジーも可能である。例えば２つの経路の切り替えは、調整操作量の値に依存して行われるのではなく、調整差、殊に調整差の値に依存して行われてもよい。

並列した２つの経路の同時介入時の不安定性は、有効なパラメータ、例えばより僅かな増幅係数、またはダイナミックな分離によっても回避される。

２つの並列経路の代わりに機能性は、殊に計算部を使用する場合に、異なるパラメータおよび／または限界値を有する経路の複数回の計算によって生じる。

ブロック１８０における初期化に対して他のストラテジーも可能である。第２の経路すなわち殊に積分部１３２における、量が増大する介入が引き継がれるようにすることができる。相応に第１の経路、殊に積分Ｉ成分１２２におけるモーメントが低減する介入が引き継がれる。有利には初期化は、経路が制限の領域にできるだけ達しないように実行される。

ＰＩ制御部の代わりに、殊に付加的な成分または択一的な成分を有する他の調整構造も使用可能である。

上述の実施例では、調整操作量とはモーメントのことである。このような量の代わりにモーメントをあらわす他の量も使用可能である。殊にこの方法はエッジ制御されるシステムでの噴射量、絞り弁位置、コントロールラック位置またはスライダー経路位置（Schieberwegposition）に対する点火角で行われる。

本発明による方法のブロックダイヤグラムである。

調整構造の詳細図である。

本発明による方法を明確にするためのフローチャートである。

Claims (5)

1. 内燃機関の回転数を調整する方法であって、
   上方の内燃機関回転数目標値である第１の目標値（ＮＳＯ）が、回転数を調整する機能によって設定され、
   下方の内燃機関回転数目標値である第２の目標値（ＮＳＵ）が、前記機能とは異なる、回転数を調整する機能によって設定され、
   内燃機関回転数に影響を与える第１の調整操作量（ＭＯ）を第１の調整部によって、前記第１の目標値（ＮＳＯ）と内燃機関回転数の実際値（ＮＩ）を比較し、比較出力値を制限（１５０）して設定し、これによって内燃機関回転数が前記第１の目標値（ＮＳＯ）を越えず、
   内燃機関回転数に影響を与える第２の調整操作量（ＭＵ）を第２の調整部によって、前記第２の目標値（ＮＳＵ）と内燃機関回転数の実際値（ＮＩ）を比較し、比較出力値を制限（１５５）して設定し、これによって、内燃機関回転数が前記第２の目標値（ＮＳＵ）を下回らず、
   一方の調整操作量が上昇し、かつ他方の調整操作量が下降する場合には当該２つの調整操作量（ＭＯ、ＭＵ）を加算して、内燃機関の回転数を制御する調整操作エレメント（１２０）に対する出力量（Ｍ）を形成し、
   前記２つの調整操作量（ＭＯ、ＭＵ）が上昇する、ないしは前記２つの調整操作量（ＭＯ、ＭＵ）が下降する場合には、値的に最も大きい変化を有する調整操作量（ＭＯ又はＭＵ）を出力量（Ｍ）として前記調整操作エレメント（１２０）の駆動制御に用いる、
   ことを特徴とする、内燃機関の回転数を調整する方法。
2. 前記第１の目標値（ＮＳＯ）は前記第２の目標値（ＮＳＵ）より大きい、または第２の目標値（ＮＳＵ）と同じである、請求項１記載の方法。
3. 値的に最も小さい変化を有する調整操作量を凍結させる、請求項１記載の方法。
4. 所定の作動状態において前記調整操作量は付加的に、少なくとも微分特性を有する調整部（１７４）によって影響される、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 内燃機関の回転数を調整する装置であって、
   上方の内燃機関回転数目標値である第１の目標値（ＮＳＯ）が、回転数を調整する機能によって設定され、
   下方の内燃機関回転数目標値である第２の目標値（ＮＳＵ）が、前記機能とは異なる、回転数を調整する機能によって設定され、
   内燃機関回転数に影響を与える第１の調整操作量（ＭＯ）を第１の調整部によって、前記第１の目標値（ＮＳＯ）と内燃機関回転数の実際値（ＮＩ）を比較し、比較出力値を制限（１５０）して設定し、これによって内燃機関回転数が前記第１の目標値（ＮＳＯ）を越えず、
   内燃機関回転数に影響を与える第２の調整操作量（ＭＵ）を第２の調整部によって、前記第２の目標値（ＮＳＵ）と内燃機関回転数の実際値（ＮＩ）を比較し、比較出力値を制限（１５５）して設定し、これによって、内燃機関回転数が前記第２の目標値（ＮＳＵ）を下回らず、
   手段（１６０）が設けられており、当該手段は、一方の調整操作量が上昇し、かつ他方の調整操作量が下降する場合には当該２つの調整操作量（ＭＯ、ＭＵ）を加算して、内燃機関の回転数を制御する調整操作エレメント（１２０）に対する出力量（Ｍ）を形成し、
   前記２つの調整操作量（ＭＯ、ＭＵ）が上昇する、ないしは前記２つの調整操作量（ＭＯ、ＭＵ）が下降する場合には、値的に最も大きい変化を有する調整操作量（ＭＯ又はＭＵ）を出力量（Ｍ）として前記調整操作エレメント（１２０）の駆動制御に用いる、
   ことを特徴とする、内燃機関の回転数を調整する装置。

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