JP5148793B2 - 駆動ユニットの回転速度の制御方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動ユニットの回転速度の制御方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特に駆動ユニットの始動時にその回転速度経過が重要な基準となる。この場合、機関の始動においてできるだけ高い勾配を達成し、そしてアイドリング範囲への調和振動収束において定常目標回転速度を超えた回転速度の再現可能な所定のオーバーシュートを達成することが目的である。したがって、始動過程の間に、このような希望の回転速度特性を形成する手段がとられる。一般にこれが、空気供給量を所定のスタート値に制御することにより、および希望の回転速度経過に基づき点火角を調節することによって回転速度を閉ループないし開ループ制御することにより行われる内燃機関に対しても、これが適用される。このような方法に対する例が、ドイツ特許公開第１９９３９８２１号に記載されている。例えば触媒の加熱に関して、始動過程の間の回転速度経過を形成するために点火角を調節することによっては回転速度経過をその最適値にセットすることができない。さらに、始動過程においてはこのような機能も考慮されなければならないので、回転速度経過を制御するためのフレキシビリティが制限される。さらに、回転速度経過の制御は、例えばリヤ・ウィンドウ加熱、サーボ・ポンプ等のような追加の消費機器のオン・オフにより与えられ、そして回転速度経過に著しい影響を与えることがある外乱変数により困難となる。
【０００３】
ドイツ特許公開第１９８４２９４６号から、電気機械（始動充電発電機）が駆動系の範囲内に設けられ、始動充電発電機の作動により、内燃機関を、この場合回転速度もまた、電気機械の出力の供給ないし出力の受取りを介して調節可能な方法が既知である。この既知の方法においては、電気機械のこの作用は、自動車伝動装置を係合させたときに同期回転速度を設定するために利用される。
【０００４】
ドイツ特許公開第１９７３９５６７号に内燃機関のためのトルク基準制御装置が紹介されているが、この場合、種々のトルク要求の調整により目標トルク値が形成され、目標トルク値は、この実施形態においては、空気経路に対する目標トルク値、およびより急速なクランク軸同期経路（例えば点火角）に対する目標トルク値に変換される。後者の目標トルク値に、例えばアイドリング制御のような他の機能の少なくとも動的部分のトルク変化希望が重ね合わされる。ある実施形態においては、このとき、合成された目標トルク値は点火角の設定により置き換えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
内燃機関の始動過程における最適な駆動ユニットの回転速度の制御方法および装置を提供することが本発明の課題である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、内燃機関に対して目標回転速度が設定され、かつ実際回転速度が測定され、内燃機関を制御するための少なくとも１つの出力信号が形成され、さらに内燃機関にトルクを与える電気機械を制御するための出力信号が形成される、駆動ユニットの回転速度の制御方法において、前記内燃機関の始動過程の間に、目標回転速度と実際回転速度との間の偏差の関数として前記電気機械の操作が行われることを特徴とする本発明の駆動ユニットの回転速度の制御方法により解決される。
【０００７】
上記課題はまた、内燃機関に対して目標回転速度が設定され、かつ実際回転速度が測定され、内燃機関を制御するための少なくとも１つの出力信号が形成され、さらに内燃機関にトルクを与える電気機械を制御するための出力信号が形成される、駆動ユニットの回転速度の制御方法において、前記内燃機関の回転速度のためのアイドル回転速度制御装置が設けられ、当該アイドル回転速度制御装置は、少なくとも１つの定常部分および少なくとも１つの動的部分を有し、この場合、これらの部分は、目標回転速度と実際回転速度との間の偏差の関数としてそれぞれ出力信号を発生し、前記定常部分の出力信号は、定常トルク設定のための空気供給量または噴射燃料質量流量に作用し、一方、前記動的部分の出力信号は、電気機械のトルクに作用する、ことを特徴とする本発明の駆動ユニットの回転速度の制御方法により解決される。
【０００８】
上記課題はさらに、内燃機関の回転速度を測定し、目標回転速度を形成し、かつ内燃機関の少なくとも１つの調節変数ならびに内燃機関にトルクを与える電気機械を制御するための出力信号を発生する制御ユニットを備えた、駆動ユニットの回転速度の制御装置において、前記制御ユニットが、前記内燃機関の始動過程の間に、目標回転速度と実際回転速度との間の偏差の関数として前記電気機械の操作を行うことを特徴とする本発明の駆動ユニットの回転速度の制御装置により解決される。
【０００９】
上記課題はまた、内燃機関に対して目標回転速度を設定し、実際回転速度を測定し、内燃機関を制御するための少なくとも１つの出力信号を形成し、かつさらに内燃機関にトルクを与える電気機械を制御するための出力信号を形成する制御ユニットを備えた、駆動ユニットの回転速度の制御装置において、前記制御ユニットが、前記内燃機関の回転速度のためのアイドル回転速度制御装置を含み、当該アイドル回転速度制御装置は、少なくとも１つの定常部分および少なくとも１つの動的部分を有し、この場合、これらの部分は、目標回転速度と実際回転速度との間の偏差の関数としてそれぞれ出力信号を発生し、前記定常部分の出力信号は、定常トルク設定のための空気供給量または噴射燃料質量流量に作用し、一方、動的部分の出力信号は、前記電気機械のトルクに作用する、ことを特徴とする本発明の駆動ユニットの回転速度の制御装置により解決される。
【００１０】
内燃機関の始動過程において、内燃機関の回転速度を出力の受取りおよび出力の供給により調節する電気機械（始動充電発電機）の操作により回転速度経過の十分な形成が達成される。この場合、空気供給量および点火角調節が、回転速度制御により影響されずに、排気ガスの観点に基づき、特に触媒の有効な加熱に基づいてのみ調節されることが特に有利である。
【００１１】
電気機械を介したより急速な係合により装置のむだ時間が低減されることが特に有利である。このようにして希望の回転速度経過がより良好に保持され、このことが再現性を向上し、したがってドライバに対する快適性に関してもまた有利である。
【００１２】
内燃機関の制御パラメータである点火および充填が触媒の発熱反応加熱の確実な始動特性に適合され、一方、始動過程における希望の回転速度特性を保持するための電気機械が、余剰トルクを受け取り、ないし不足トルクを供給することが有利である。
【００１３】
例えば、現在、著しく回転速度を変動させることがあるリヤ・ウィンドウ加熱またはサーボ・ポンプのオン・オフのような予測できない外乱変数が、電気機械の対応制御により、およびその正のトルクにより迅速に補償されることが特に有利である。
【００１４】
トルク要求が、所定の目標トルクと実際トルクとの間の偏差に基づいて電気機械により形成されることが特に有利である。これにより、内燃機関のトルク指向制御構造において、電気機械の係合がトルク上昇方向またはトルク低下方向に考慮されることが有利である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面に示す実施形態により詳細に説明する。
図１に多気筒内燃機関１０のための制御装置が示されている。制御装置は電子式制御ユニット１２を含み、電子式制御ユニット１２は少なくとも１つのマイクロコンピュータ１４、入力ユニット１６および出力ユニット１８から構成されている。入力ユニット１６、出力ユニット１８およびマイクロコンピュータ１４は相互間のデータ交換のために通信バス２０を介して相互に結合されている。入力ユニット１６に、入力ライン２２、２４、２８、３０、ならびに５６ないし６０、ならびに場合により他の入力ライン７６が供給されている。この場合、ライン２２はペダル位置を測定するための測定装置３２から、ライン２４は機関回転速度を測定するための測定装置３４から、ライン２８は機関負荷を表わす変数を測定するための測定装置３８から、そして好ましい実施形態においては通信バスを示すライン３０は少なくとも１つのその他の制御ユニット４０、例えば駆動滑り制御、変速機制御、および／または機関トラクション・トルク制御のための制御ユニットから出ている。機関負荷を表わす変数を測定するために、実施形態に応じてそれぞれ、空気質量流量計、空気容積流量計、または吸気管圧力または燃焼室圧力を測定するための圧力センサが設けられている。入力ライン５６ないし６０は測定装置６２ないし６４から出ていて、入力ライン５６ないし６０を介して、機関温度、走行速度、ノック・センサからの信号等のような駆動ユニットおよび／または車両のその他の運転変数が供給される。入力ライン７６を介して、電気機械７０から、電気機械７０のトルクの受取りないしトルクの供給を表わす変数、ないしそれからこのような変数を導くことが可能な変数（例えば電流）が供給される。
【００１６】
出力ユニット１８に出力ライン４２が接続され、出力ライン４２は内燃機関の吸気系４６内に配置されている電気操作式絞り弁に通じている。さらに、出力ライン４８、５０、５２、５４等が示され、これらの出力ラインは内燃機関１０の各シリンダ内に燃料を供給するための調節装置と結合され、ないし各シリンダにおける点火角の設定のために使用される。さらに、制御可能な電気機械７０ないし始動充電発電機が設けられ、電気機械７０ないし始動充電発電機は、制御ユニット１２により出力回路１８および図示の出力ライン７２を介して操作される。この場合、電気機械７０は、電気機械の加速操作および／またはブレーキ操作により、内燃機関１０に追加トルクを供給ないし内燃機関１０から追加トルクを受取り可能なように、内燃機関１０、特にその出力軸７４と結合されている。このような装置の例が冒頭記載の従来技術から既知である。
【００１７】
内燃機関ならびに電気機械の制御は、計算ユニット１４内で実行されるプログラムの範囲内で行われる。好ましい実施形態においては、このプログラムにより、従来技術に示されているようにトルク指向機関制御が実行される。これは、ドライバの希望（ペダル位置）ならびに場合によりその他の運転変数に基づいてドライバの希望目標トルクが設定され、このドライバの希望目標トルクが、例えば他の制御ユニットまたは制御装置の内部機能から出ている他の目標トルク値と調整される。この場合、内燃機関への空気供給量および／または点火角ないし燃料供給量の調節のもとで設定される合成目標トルクが発生される。外部機能として、例えば駆動滑り制御、安定化プログラム、変速機制御等が挙げられ、一方、内部機能として、例えば回転速度制限、トルク制限または速度制限が挙げられる。合成目標トルク値から、場合によりアイドリング制御装置またはアンチジャーク制御装置のようなその他の機能の出力信号が重ね合わされる（例えば加算される）。これらの機能は動的に急速なトルク変化をも要求するので、動的部分がクランク軸同期経路に対する目標トルクから切り離される。場合により他の部分だけ上昇または低下された合成目標トルクが、次に所定の点火角および／または燃料供給量調節に変換される。定常部分はドライバの希望トルクに加算され、定常部分は次に空気供給量の対応調節に変換される。
【００１８】
それが内燃機関にトルクを与えることが可能なように車両内に設けられている電気機械、例えば始動充電発電機により、車両制御のための他の自由度が提供される。これらの他の自由度は、以下に回転速度経過の形成のための始動過程の範囲内で利用される。この場合、始動充電発電機の操作は、内燃機関の始動時において定義された所定の回転速度経過に制御されるように行われる。始動充電発電機は、起動装置として、内燃機関が自力回転するまで、すなわち所定の回転速度しきい値（例えば３００ｒｐｍ）に到達するまで内燃機関を駆動する。それに続いて、始動充電発電機の側から内燃機関への正のトルク（駆動トルク）および／または負のトルク（ブレーキ・トルク）により所定の回転速度経過が保持されるように、制御ユニットが始動充電発電機を制御する。この場合、制御ユニットは、内燃機関の所定の目標回転速度経過と測定された実際回転速度との間の差を形成する。目標回転速度が実際回転速度を下回っている場合、内燃機関への追加トルクの重ね合わせにより内燃機関の回転速度を低下するために、始動充電発電機はブレーキ運転で運転される。実際回転速度が目標回転速度を下回っている場合、始動充電発電機が内燃機関にトルクを与えかつこのようにして内燃機関の回転速度を上昇するように、始動充電発電機が操作される。電気機械の係合の必要な迅速度、したがって必要なむだ時間の低下の観点から、ある実施形態において、非同期機械または永久励磁同期機械が適切であることがわかった。
【００１９】
始動過程の間に、パラメータとしての内燃機関の点火、燃料供給量および充填量（空気）は排気ガスが最適となるように、特に触媒の発熱反応の確実な始動動作が行われるように制御される。
【００２０】
実施形態に応じてそれぞれ、始動過程の終了と共に、回転速度が目標アイドル回転速度に収斂したときに始動充電発電機制御が停止され、または他の実施形態においてはアイドル回転速度制御の間も継続される。アイドル回転速度制御装置の定常部分（例えばＩ部分）は、このとき従来と同様に空気供給量ないし燃料質量流量決定を介して定常トルク設定に作用し、一方、動的部分（例えばＰおよび／またはＤ部分）は、電気機械を介して、制御偏差の関数として内燃機関のトルクを補正する。点火および／または燃料供給量を調節するアイドル回転速度制御装置部分の使用はこのとき必要はない。
【００２１】
したがって、内燃機関のトルク指向制御構造の観点から、始動充電発電機から要求された正または負のトルクの算入は、アイドリング制御装置の動的出力の算入に対応して、クランク軸同期経路に対する目標トルクにその値を重ね合わせることにより行われる。
【００２２】
上記の方法の好ましい実施形態が、図２に、上記の方法の好ましい実施形態を制御ユニット１０の計算ユニット１４のプログラムとして示す流れ図により示されている。このプログラムは、回転速度が目標回転速度を超過した後に、始動過程が終了するまでおよび／または車両の全運転サイクルの間、所定の時間間隔で実行される。
【００２３】
ステップ１００において、目標回転速度ＮＳＯＬＬおよび実際回転速度ＮＩＳＴが読み込まれる。この場合、目標回転速度は、始動過程において、始動充電発電機ないし起動装置の作動以後に経過した時間の関数としての時間経過として与えられ、始動過程の終了後においては、機関温度、車両速度、回転速度等のような運転変数の関数として与えられる。それに続くステップ１０２において、目標値と実際値との間の偏差、特にそれらの差に基づいて制御偏差Δが形成される。それに続くステップ１０４において、始動充電発電機に対する操作信号τＧＥＮが、制御偏差Δの関数として形成され、そして始動充電発電機制御装置に出力される。この場合、制御偏差の関数としての操作信号の形成は、所定の制御方式に基づいて行われる。係合の動特性を考慮して、制御偏差がそれにより操作信号変数に変換される比例部分および／または微分部分が適切であることがわかった。好ましい実施形態においては、操作信号は、電気機械の電流または電圧を制御するパルス幅変調信号である。それに続くステップ１０６において、始動充電発電機に対する操作信号により要求されたトルクＭＧＥＮが、機関回転速度および／または制御電流ないし制御電圧の関数として決定される。このトルクは、電気機械が駆動されるかまたはブレーキ作動されるかに応じて正または負である。それに続くステップ１０８において、目標トルク値ＭＩＳＯＬＬが、決定された始動充電発電機トルクＭＧＥＮを合成目標トルクＭＩＳＯＬＬＲＥＳに重ね合わせることにより決定される。この場合、正の始動充電発電機トルクが合成目標トルクから減算され、負の始動充電発電機トルクは合成目標トルクに加算されることに注意すべきである。それに続くステップ１１０において、次に１つまたは複数の制御されるパラメータ、例えば点火角または燃料質量流量が、ステップ１０８において形成されかつ場合により他の変数により補正された目標トルクＭＩＳＯＬＬに基づいて決定される。その後にプログラムは終了され、そして次の間隔で改めて実行される。
【００２４】
図３に上記の方法が時間線図により示されている。図３の（Ａ）に目標回転速度ＳＯＬＬおよび実際回転速度ＩＳＴの時間経過が目盛られ、一方、図３の（Ｂ）に始動充電発電機トルクＭｄの時間経過が示されている。この場合、図３の（Ｂ）において０線の下側に駆動トルクが、０線の上側にブレーキ・トルクが示されている。時点ｔ０において、機関を始動させるためにドライバが点火スイッチを操作したとする。この場合、始動充電発電機は起動装置として作用する。時点ｔ１において内燃機関の自力回転の回転速度しきい値が超えられたとする。その後に始動充電発電機は、目標回転速度（図３の（Ａ）に示されている）と実際回転速度との間の偏差の範囲内で操作される。最初は、時点ｔ１ののちに大きな制御偏差が発生しているので、始動充電発電機は大きな駆動トルクを出力する。時点ｔ２までの急な回転速度上昇により、始動充電発電機の駆動トルクによりならびに内燃機関のトルク発生によって実際回転速度と目標回転速度との間の制御偏差は著しく低減されるので、始動充電発電機の駆動トルクは低下する。時点ｔ２において実際回転速度が目標回転速度に等しくなったので、始動充電発電機トルクは０であり、すなわち始動充電発電機は駆動運転もブレーキ運転も行わない。時点ｔ２ののちに実際回転速度は回転速度オーバーシュートの範囲内で目標回転速度を超えたので、負の回転速度偏差が発生する。したがって、始動充電発電機はブレーキ運転に切り換えられ、かつ時点ｔ２ののち時点ｔ３まで、目標回転速度と実際回転速度との間の偏差の関数としてのブレーキ・トルクを発生する。時点ｔ３において実際回転速度が目標回転速度を再び下回ったので、実際回転速度を目標回転速度に収束させるために駆動トルクが必要である。僅かな制御偏差の結果として、駆動運転に切り換わったのちにおいて始動充電発電機はなお小さな駆動トルクを発生するにすぎない。この結果、回転速度は目標回転速度値に収束する。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関と、内燃機関にトルクを供給可能またはブレーキ運転において内燃機関からトルクを受取り可能なように設けられている電気機械を操作する制御ユニットの全体回路図である。
【図２】始動過程の間に回転速度経過を形成するための電気機械の調節の好ましい実施形態を示した流れ図である。
【図３】作用方法を示す時間線図であり、（Ａ）に目標回転速度ＳＯＬＬおよび実際回転速度ＩＳＴの時間経過が目盛られ、（Ｂ）に始動充電発電機トルクＭｄの時間経過を示す。
【符号の説明】
１０ 内燃機関
１２ 制御ユニット
１４ マイクロコンピュータ（計算ユニット）
１６ 入力ユニット
１８ 出力ユニット
３２ 測定装置（ペダル位置）
３４ 測定装置（機関回転速度）
３８ 測定装置（機関負荷）
４０ その他の制御ユニット
４４ 絞り弁
４６ 吸気系
６２、６４ 測定装置（その他の運転変数）
７０ 電気機械
７４ 出力軸

Claims (2)

1. 内燃機関に対して目標回転速度が設定され、かつ実際回転速度が測定され、内燃機関を制御するための少なくとも１つの出力信号が形成され、さらに内燃機関にトルクを与える電気機械を制御するための出力信号が形成される、駆動ユニットの回転速度の制御方法において、
   前記内燃機関の回転速度のためのアイドル回転速度制御装置が設けられ、当該アイドル回転速度制御装置は、少なくとも１つの遅い変動部分および少なくとも１つの速い変動部分を有し、この場合、これらの部分は、目標回転速度と実際回転速度との間の偏差の関数としてそれぞれ出力信号を発生し、前記遅い変動部分の出力信号は、定常トルク設定のための空気供給量または噴射燃料質量流量に作用し、一方、前記速い変動部分の出力信号は、電気機械のトルクに作用する、ことを特徴とする駆動ユニットの回転速度の制御方法。
2. 内燃機関に対して目標回転速度を設定し、実際回転速度を測定し、内燃機関を制御するための少なくとも１つの出力信号を形成し、かつさらに内燃機関にトルクを与える電気機械を制御するための出力信号を形成する制御ユニットを備えた、駆動ユニットの回転速度の制御装置において、
   前記制御ユニットが、前記内燃機関の回転速度のためのアイドル回転速度制御装置を含み、当該アイドル回転速度制御装置は、少なくとも１つの遅い変動部分および少なくとも１つの速い変動部分を有し、この場合、これらの部分は、目標回転速度と実際回転速度との間の偏差の関数としてそれぞれ出力信号を発生し、前記遅い変動部分の出力信号は、定常トルク設定のための空気供給量または噴射燃料質量流量に作用し、一方、速い変動部分の出力信号は、前記電気機械のトルクに作用する、ことを特徴とする駆動ユニットの回転速度の制御装置。

Images