CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTOR DIESEL PARA EVITAR MARCHA REDUCIDA
CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere generalmente a controles para motores de vehículos de motor y en particular se refiere a un control de motor electrónico que regula la velocidad de un motor diesel para evitar la marcha reducida.
ANTECEDENTES Y SUMARIO DE LA INVENCIÓN Un control electrónico para un motor diesel puede tener un regulador de velocidad que representa el control de circuito cerrado de la velocidad del motor. El control de circuito cerrado puede incluir funciones proporcionales, integrales y derivadas (algunas veces referidas como PID) . Cuando la petición de velocidad de un motor es menor que un valor establecido de baja velocidad de marcha lenta definido por una tabla de valor establecido, el control es efectivo para mantener la velocidad sustancialmente en ese valor establecido al mantener la función integral de acuerdo con un límite que se puede calibrar. La inclusión de tal función de fijación integral tiene un efecto sobre el control de PID cuando el comando de velocidad no esté por debajo del valor establecido de baja velocidad de marcha lenta, y por ciertas condiciones, puede prevenir que el límite integral contribuya
a la velocidad del motor que se regula en una forma óptima para tales condiciones. Un ejemplo de tal condición es un cambio en la petición de velocidad que pide la aceleración del motor donde la revolución continua de límite integral es deseable. La presencia de la función de fijación puede perjudicar la revolución del límite integral en una forma que afecta la capacidad del motor para acelerar en una forma óptima . Además, cuando un motor está corriendo en o cerca de su valor establecido de baja velocidad de marcha lenta, puede experimentar por cualquiera de las diversas razones marcha reducida, dando a entender que la velocidad del motor actualmente cae por debajo del valor establecido de baja velocidad de marcha lenta. Si el motor es incapaz de recuperar la velocidad lo suficientemente rápido, puede caer lo suficiente para provocar que el motor se detenga. La pérdida de velocidad de alguna forma puede ser impredecible, y posiblemente atribuible al efecto de ciertos factores inherentes en la producción en masa de motores y/o componentes en un tren de dirección que se embraga al motor. Por ejemplo, si un tren de dirección es ligeramente menos eficiente que la norma, aún dentro de la tolerancia aceptable, y si el motor está suministrando menos par de torsión que la normal, aún dentro de la tolerancia aceptable, una combinación de las dos, aunque improbable en cualquier
vehículo producido en masa dado, puede ocurrir en algunos vehículos y hacer que el motor sea "propenso a pérdida de velocidad si la velocidad cae por debajo del valor establecido de baja velocidad de marcha lenta. Probabilidades estadísticas aplicadas a la producción en masa de componentes fabricados sugiere que la probabilidad de cualquier vehículo particular que tenga tal combinación sea suficientemente baja para que eleve el valor establecido de baja velocidad de marcha lenta para todos los motores, lo cual puede desperdiciar indeseablemente el combustible cuando los motores funcionan con marcha lenta y puede tener implicaciones sobre los niveles de emisión de los tubos de escape, puede ser una solución ineficiente. Aún, la ocurrencia de la condición en un vehículo podría llevar a la insatisfacción del cliente implicado si ocurriera la pérdida de velocidad repetida. Una solución al problema sería volver a ajustar la calibración del motor al suministrar un exceso de combustible, pero esa solución podría ser inaceptable debido al impacto adverso en las emisiones de los tubos de escape. Por consiguiente, se cree que una mejor solución puede precaverse de tal evento sin perjudicar el consumo de combustible en vacío de todos los vehículos y puede ser útil sin implicaciones de emisión de los tubos de escape adversas. Además, una solución que pueda ser especialmente de costo
efectivo puede ser aún ás deseable. Es hacia tal solución que la presente invención se dirige . Un aspecto general de la invención se refiere a un regulador de velocidad del motor de un motor diesel en un vehículo de motor que tiene una línea de dirección que puede embragarse con y desembragarse del motor selectivamente. El regulador de velocidad comprende un control de motor que comprende un procesador para procesar datos para la regulación de velocidad del motor, que incluye desarrollar datos de petición de combustible que comprenden componentes de datos derivado del procesamiento proporcional, integral y derivado de la diferencia entre la velocidad del motor actual y la velocidad de motor requerida. Una fuente de datos se distingue entre el embrague y desembrague de las líneas de dirección con y desde el motor. Una primera tabla se asocia con por lo menos uno del procesamiento proporcional, integral y derivado y proporciona valores de calibración que se pueden seleccionar utilizados por el procesador durante ese procesamiento para desarrollar los datos de petición de combustible cuando la fuente de datos para distinguirse entre el embrague y desembrague de la línea de dirección con y desde eL motor indique el embrague de la línea de dirección con el motor. Una segunda tabla se asocia con por lo menos uno del procesamiento proporcional, integral y derivado y
proporciona valores de calibración que se pueden seleccionar utilizados por el procesador durante el procesamiento para desarrollar los datos de petición de combustible cuando la fuente de datos para distinguirse entre el embrague y desembrague de la línea de dirección con y desde el motor indique el desembrague de la línea de dirección del motor. Otro aspecto general de la Anvención se refiere a un regulador de velocidad_ de motor para un motor diesel que incluye una carga que puede embragarse selectivamente con y desembragarse del motor. El regulador comprende el procesador para procesar datos para la regulación de velocidad del motor, que incluye desarrollar los datos de petición de combustible que comprenden componentes de datos derivado del procesamiento proporcional e integral de diferencia entre la velocidad de motor actual y la velocidad de motor requerida. Una fuente de datos que se distingue entre el embrague y desembrague de la carga con y desde el motor. Una primera tabla asociada con por lo menos uno del procesamiento proporcional e integral proporciona valores de calibración que se pueden seleccionar utilizados por el procesador durante ese procesamiento para desarrollar los datos de petición de combustible cuando la luente de datos para distinguirse entre el embrague y desembrague de la carga con y desde el motor indique el embrague de la carga con el motor. Una segunda tabla asociada coa por lo menos uno del
procesamiento proporcional e integral proporciona valores de calibración que se pueden seleccionar utilizados por el procesador durante el procesamiento para desarrollar los datos de petición de combustible cuando la fuente de datos para distinguirse entre el embrague y desembrague de la línea de dirección con y desde el motor indique el desembrague de la carga del motor. Lo anterior, junto con características adicionales y ventajas de la invención, se observará en la siguiente descripción de una modalidad actualmente preferida de la invención que representa el mejor modo contemplado en este momento para llevar a cabo la invención. La descripción incluye dibujos, como ahora se describen brevemente.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama esquemático de esa porción de un control de motor electrónico ejemplar relevante a los principios de la presente invención. El diagrama representa las funciones de software contenidas en un procesador basado en el control para el modo de marcha del motor. La Figura 2 muestra varios esquemas gráficos, superpuestos en una gráfica, para "demostrar los efectos representativos de la invención.
DESCRIPCIÓN DE LA MOD.ALIDAD PREFERIDA. La Figura 1 muestra una implementación de software de un regulador 10 de PID en un control de motor electrónico de un motor diesel que energiza un vehículo de motor tal como un camión. El control es un microprocfisador basado y procesa los datos de entrada de acuerdo con los algoritmos almacenados para crear datos de salida para el control del motor. El regulador 10 de PID desarrolla datos MFGOV de salida que representan un valor correspondiente al combustible deseado del motor para el control de combustible en los cilindros del motor. Los datos MFGOV de salida comprenden tres componentes, un componente MFGOV_P de datos proporcional, un componente MFG0V_I de datos integral, y un componente MFG0V_D de datos derivado. Los tres componentes se suman en conjunto por una etapa 12 de adición para crear los datos MFGOV de salida. Mientras cada uno de los tres componentes respectivos se desarrolla en su propia forma particular por el regulador 10 de PID, cada uno se desarrolla por el procesamiento de ciertos datos de entrada comunes que representan la velocidad del vehículo y la velocidad del motor respectivamente, particularmente una entrada VS y una entrada N de datos respectivamente. La entrada de datos tal como VS y N se publica en un colector de datos del vehículo y se actualiza a una velocidad de actualización apropiada de manera que los
datos precisamente reflejan los valores de los parámetros respectivos en tiempo real. Para desarrollar el componente MFGOV_P de datos proporcional, el regulador 10 de PID emplea una tabla de consulta, o mapa 14 que contiene valores, cada uno de los cuales se correlaciona con un conjunto respectivo de valores de las entradas VS y N . Las entradas VS y N de datos cubren los márgenes respectivos de la velocidad del vehículo y la velocidad del motor, y el tamaño de la tabla 14 depende de las extensiones de esos márgenes y el grado de resolución de cada entrada de datos. Por lo tanto, la tabla 14 puede considerarse una tabla bidimensional ya que se establece como premisa sobre los valores de dos variables para definir cada conjunto de entradas de datos. Otra tabla 16 que contiene los valores correlacionados con la sola velocidad del -motor también se asocia con el desarrollo del componente MFG0V_P de datos proporcional. La tabla 16 puede considerarse una tabla unidimensional ya que está asentada como premisa sobre los valores de solamente una variable para definir la entrada de datos . Tal tabla unidimensional también se refiere algunas veces como una función. En cualquier momento dado, sin embargo, solamente una de las tablas 14 y 16, a la exclusión de la otra, se utiliza actualmente para el procesamiento de datos. La tabla que se utiliza actualmente en cualquier
momento dado se determina por el estado de un conmutador 18 de software. La importancia del conmutador 18 de software y como se controla se explicará mas completamente a continuación. De este modo, un valor de 1 de cualquier tabla 14 o tabla 16 se procesará, dependiendo del estado del conmutador 18 de software. El procesamiento comprende una etapa 20 que multiplica el valor apropiado de la tabla seleccionada por el valor de los datos NERR calculados, los cuales se calculan por una etapa 22 que resta los datos N de velocidad del motor de los datos NDES de velocidad del motor requerida. Los datos NDES representan la velocidad del motor requerida como determinada por el procesador de varias entradas de datos, incluyendo un sensor de posición del acelerador, en una forma que no apoya directamente sobre los principios de la presente invención. Es suficiente decir que el cálculo de la velocidad de motor requerida puede realizarse por la ejecución de cualquier algoritmo apropiado para el motor particular y su control asociado. La diferencia entre la velocidad de motor requerida y la velocidad de motor actual representa el error que el procesador hará lo posible por anular al crear valores adecuados de datos MFGOV de salida para el abastecimiento de combustible del motor. El resultado de la etapa 20 de multiplicación es un valor calculado para el componente MFGOV_P de datos proporcional.
Para desarrollar el componente MFGOV_I de datos integral, el regulador 10 de PID emplea una tabla de consulta, o el mapa 24 que contiene los valores, cada uno de los cuales se correlaciona con un conjunto respectivo _de valores de las entradas VS y N de datos . Como fue verdaderamente para la tabla 14, el tamaño de la tabla 24 depende de las extensiones de los márgenes de las entradas de datos y sus grados de resolución. Otra tabla, o función 26 que contiene valores correlacionados con la sola velocidad del motor también se asocia con el desarrollo del componente MFGOV_I de datos integral. Sin embargo, en cualquier momento dado, solamente una de las tablas 24 y 26, a la exclusión de la otra, se utiliza actualmente para el procesamiento de datos, y como fue verdaderamente para las tablas 14 y 16, cualquiera de las tablas 24 y 26 se utiliza actualmente para ejecutar el algoritmo que se determina por el estado de otro conmutador 28 de software que se controla como el controlador 18. De este modo, un valor de cualquier tabla 24 o de la tabla 26 se procesará, dependiendo del estado del conmutador 28 de software, con el procesamiento comprendiendo una etapa 30 que multiplica ese valor por el valor de los datos NERR calculados. El resultado de la etapa 30 de multiplicación es un valor que se utiliza en el procesamiento realizado por la ejecución de un algoritmo 32 de integración para desarrollar un valor_ del componente MFGOV_I de datos integral. El
algoritmo incluye lógica de fijación anti-revolución. La integración del producto de GOV_KI y NERR se somete a ciertas leyes del algoritmo 32. La integración se realizará excepto cuando pidan detenerse ciertas condiciones definidas por las leyes, provocando por consiguiente que el valor de los datos MF_GOV_I se fije en el valor que tiene cuando la integración cesa. Las leyes implican ciertas relaciones que implican ciertos datos y aquellos para el ejemplo presente se incluyen en la Figura 1. La fijación es el acto de detener simplemente la integración de manera que el valor de- MFGOV_I permanece sin cambio hasta que la integración se deja reasumir. Para desarrollar el componente MFGOV_D de datos derivado, el regulador 10 de PID -emplea una tabla de consulta, o mapa 34 que contiene'valores, cada uno de los cuales se correlaciona con un conjunto respectivo de valores de las entradas VS y N de datos. Como fue verdaderamente para las tablas 14 y 24, el tamaño de la tabla 34 depende de las extensiones de los márgenes de las entradas de datos y de sus grados de resolución. Otra tabla- 36_ que contiene valores correlacionados con la sola velocidad del motor también se asocia con el desarrolla„del componente MFGOV_D de datos derivado. Sin embargo, en cualquier momento dado, solamente una de las tablas 34 y 36, a la exclusión de la otra, se utiliza, actualmente para el procesamiento de datos, y como
fue verdaderamente para las tablas 14 y 16, cualquiera de las tablas 24 y 26 se utiliza actualmente para ejecutar el algoritmo que se determina por el estado de otro conmutador 28 de software que se controla como el conmutador 18. La tabla que actualmente se utiliza en cualquier momento dado se determina por el estado de un conmutador 38 de software que se controla como los conmutadores 18 y 28. De este modo, un valor ya sea de la tabla 34 o de la tabla 36 se procesará, dependiendo del estado del conmutador 38 de software, con el procesamiento comprendiendo una etapa 40 que multiplica ese valor por el valor de los datos NERR_D calculados . El resultado de la etapa 40 de multiplicación es un valor del componente MFG0V_D de datos derivado. NEER_D se deriva^ de NERR por el software de control del motor que calcula la proporción de cambios de la velocidad N del motor dividida por la_ proporción de cambios en el tiempo de ejecución de la estrategia inherente, 100 Hz, para permitir que el regulador de control de velocidad del motor anticipe los cambios de error de velocidad. Similar a la tabla 34, la tabla 36 proporciona afinación precisa adicional del regulador; sin embargo esta porción del algoritmo de control normalmente se ajusta a un valor nulo en este ejemplo particular. La implementación descrita de la invención utiliza una entrada DDS STS de datos para establecer los estados de
los conmutadores 18, 28, 38. Cuando DSS_STS está bajo (estado de lógica binaria "0"), los datos de las tablas 14, 24 y 34 se utilizan en las etapas 20, 30 y 40 de multiplicación respectivas. Cuando DDS_STS está alto (estado de lógica binaria "1"), los datos de las tablas 16, 26 y 36 se utilizan en las etapas 20, 30 y 40 de multiplicación respectivas. La entrada DDS__STS de datos representa el estado de la línea de dirección del vehículo con respecto al motor. El estado puede ser "embragado" o "desembragado". El estado embragado quiere decir que la línea de dirección se embraga con el motor; el estado desembragado quiere decir que no lo está. En un vehículo que tiene una transmisión automática, la linea de dirección se embraga a través de la transmisión a las ruedas accionadas. Cuando la transmisión se coloca en un engranaje de dirección por un mecanismo selector de engranajes, la línea de dirección se^embraga con el motor, permitiendo que el motor accione el vehículo cuando el acelerador del vehículo se presiona por el conductor. Cuando la transmisión se coloca en neutral por el mecanismo selector de engranajes, la línea de dirección se desembraga del motor. En un vehículo que tiene una transmisión manual, la línea de dirección se embraga a través de un embrague y la transmisión manual para impulsar las ruedas. Cuando se coloca la transmisión en un engranaje de dirección por un mecanismo selector de engranajes y el embrague se embraga, la linea de
dirección se embraga a través de la transmisión y el embrague para el embragado con el motor, permitiendo que el motor impulse el vehículo de acuerdo con el grado al cual está siendo presionado el acelerador. Cuando el conductor desembraga el embrague, la transmisión y la línea de dirección se detienen siendo embragadas al motor. En el caso de un vehículo que tiene una transmisión automática, la entrada DDS_STS puede obtenerse de un conmutador, o sensor, que detecta la selección de engranajes para distinguirse entre los engranajes neutrales y activos. En el caso de un vehículo que tiene una transmisión manual y embrague, la entrada DDS_STS de datos_ puede obtenerse de un conmutador o sensor, que detecta la operación del embrague por el conductor para distinguirse entre el embrague y desembrague del embragado. Por lo tanto -en un vehículo que tiene una transmisión automática, un estado bajo de la entrada DDS_STS de datos significa que la transmisión está en un engranaje de dirección en lugar de en neutral mientras se encuentra en un estado elevado puede significar lo opuesto. En un vehículo que tiene una transmisión manual y embrague, un estado bajo de la entrada DDS_STS de datos significa que el embrague se embraga mientras se encuentra en un estado elevado puede significar el desembrague del embrague. La invención se pretende para evitar la pérdida de
velocidad del motor potencial que puede ocurrir durante ciertas condiciones de operación en ambos vehículos de transmisión manual y automática, particularmente durante condiciones donde el motor tiene velocidad requerida con sobre marcha. Un ejemplo de tal condición puede ocurrir cuando el vehículo ha estado viajando a lo largo de la carretera y el conductor decide, por alguna razón permitir que descienda con motor desembragado, típicamente liberando el pedal del acelerador, mientras "el embrague permanece embragado en un vehículo de transmisión manual y el selector de engranajes permanece en el engranaje de dirección en una vehículo de transmisión automática. Las tablas 14, 24 y 34 continúan utilizándose durante el descenso con motor desembragado. Durante el descenso con motor desembragado, la porción del integrador del regulador 10 tiende a revolucionar, dando a entender que" continúa restando el combustible de la petición de combustible representada por los datos MFGOV debido a la disparidad continua entre la petición de velocidad del motor y la velocidad del motor actual, aunque la magnitud de la disparidad puede disminuirse. Mientras el algoritmo 32 de integración puede incluir cierta anti-revolución, típicamente se limita debido a la necesidad del integrador para proporcionar suficiente combustible positivo cuando la disparidad tiene un signo opuesto, dando a entender que la velocidad actual está por
debajo de la velocidad requerida y el integrador debe agregar combustible a la petición de combustible. Al desembragarse la línea de dirección del motor después del descenso con motor desembragado del vehículo prolongado mientras se encuentra en el engranaje, lo cual algunas veces puede suceder cuando la velocidad del vehículo está alcanzando cero y la velocidad del motor está alcanzando la baja velocidad de marcha lenta, el uso continuo de datos de las tablas 14, 24 y 34 puede evitar que el regulador 10 responda lo suficientemente rápido para evitar la marcha reducida del motor y posiblemente aún la pérdida de velocidad de ciertos vehículos . Aunque se evita una pérdida de velocidad actual, la ocurrencia de la marcha reducida del motor puede proporcionar al conductor una sensación indeseable o sentimiento sobre el -vehículo, posiblemente llevando a una reclamación de garantía. Con la inclusión de los conmutadores 18, 28 y 38, la entrada DDS_STS de datos y las tablas 16, 26 y 36, las últimas tres tablas se sustituyen por las tablas 14, 24 y 34 cuando la entrada DDS_STS de datos cambia del estado "bajo" a "elevado". Debido a que el cambio de estado ocurre rápidamente y solamente en forma momentánea, los valores de datos de las tablas se seleccionan para provocar que el control proporcional agresivo contrarreste la marcha reducida del motor incipiente. Cuando el embrague de un vehículo de
transmisión manual una vez más se embraga, o el selector de engranajes de un vehículo de transmisión automática colocado en un engranaje de dirección, las tablas 14, 24 y 34 se vuelven inmediatamente efectivas una vez más de manera que el vehículo se acelerará en la forma óptima pretendida. La Figura 2 muestra gráficamente la efectividad de la invención. Una traza N representa la velocidad del motor. Una traza DDS_STS representa el estado de _la línea de dirección. En un punto 100 la velocidad del motor comienza a disminuir rápidamente por debajo de aproximadamente 700 RPM. El conductor del vehículo desembraga la línea de dirección del motor al presionar el embrague o al cambiar el selector de engranajes a neutral— El estado de DDT_STS cambia de "bajo" a "elevado", como se marca en 102. Las tablas 16, 26 y 36 se sustituyen inmediatamente por las tablas 14, 24, 36, provocando un incremento 104 agudo en la petición MFDES de combustible, la cual tiene equivalencia con MFGOV en este modo de operación. El abastecimiento de combustible incrementado del motor contrarresta la marcha reducida. Tanto la petición de combustible como la velocidad de motor actual experimentan efectos transitorios, pero la velocidad eventualmente se reestablece, estableciendo a la baja velocidad de marcha lenta, mientras la petición de combustible se establece a un valor para mantener la baja velocidad de marcha lenta.
La invención se cree que es ventajosa no sólo por las razones mencionadas previamente, sino también porque puede implementarse por _ La modificación de software de controles de motor existentes . La señal DDS_STS puede derivarse de conmutadores que se presentan típicamente en vehículos producidos en masa, pero sino es así, pueden diseñarse fácilmente en un vehículo. La invención puede aplicarse a nuevos vehículos y a vehículos ya en servicio. La invención también puede aplicarse a motores diesel en otras aplicaciones tales como motor estacionario. Cuando un motor estacionario ha estado corriendo bajo carga y esa carga se desconecta repentinamente, análoga a un evento de desembrague del embrague que permite que un vehículo de transmisión manual comience a descender con motor desembragado, una entrada adecuada, por ejemplo un conmutador, análogo al conmutador de embrague en el vehículo, es efectiva para cambiar el estado de los conmutadores 18, 28, 38 de software. La modificación adecuada puede hacerse para explicar el hecho de que la velocidad del vehículo puede estar ausente en tal aplicación estacionaria. Al grado en que un regulador de P1D no utilizó activamente un componente derivado en regulación, los principios de la invención pueden representarse en el control Pl. Mientras una modalidad actualmente preferida de la
invención se ha ilustrado y descrito, se puede apreciar que los principios de la invención se pueden aplicar a todas las modalidades que caigan dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones .