DE19628655C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Gewährleistung von stetigen Übergängen beim Wechsel von Betriebsbereichen bei Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruches 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 11.

Beim Einsatz von Brennkraftmaschinen beispielsweise in Kraft­ fahrzeugen kommt es vor, daß beim Übergang zwischen unter­ schiedlichen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine ein Ruckeln des Fahrzeugs auftritt, das vom Fahrer bestenfalls als unangenehm in manchen Fällen aber auch als irritierend empfunden wird. Verändert z. B. der Fahrer des Fahrzeugs das Gaspedal im Grenzbereich zwischen dem Leerlauf und dem Teil­ lastbereich nur ganz geringfügig, kann dies zu einem auch mehrmaligen ungewollten Wechsel zwischen den beiden Bereichen führen, was bei jedem Übergang mit einem entsprechenden Ruck verbunden ist.

Aus der DE 41 08 734 A1 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Dämpfung von Ruckelschwingungen eines Kraftfahrzeuges be­ kannt. Der Motor des Kraftfahrzeugs ist mit einer Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffmenge ausgerüstet und eine von der Einrichtung erzeugte Stellgröße für die Kraftstoffmenge wird über ein Filter geleitet, das an die für die Ruckel­ schwingungen maßgeblichen Eigenschaften des Kraftfahrzeugs angepaßt ist. Das Filter stellt dabei vorzugsweise ein allge­ meines rationales Übertragungsglied zweiter Ordnung dar, bei dem das Übertragungsglied einen Zähler und einen Nenner je­ weils zweiten Grades aufweist mit je einem Dämpfungs- und je einem Zeitkonstanten-Parameter, wobei die Parameter des Zäh­ lers im wesentlichen denen des Nenners einer das Verhalten des Motors und des Antriebsstranges beschreibenden Gleichung entsprechen und die Parameter des Nenners größer als der ent­ sprechende Parameter des Zählers sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine anzugeben, mit­ tels dem bzw. mittels der der Fahrkomfort eines mit der Brennkraftmaschine ausgestatteten Fahrzeuges erhöht wird.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch ein Ver­ fahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen und hinsichtlich der Vorrichtung durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 11 angegebenen Merkmalen auf besonders vor­ teilhafte Art und Weise gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird demzufolge ein Verfahren zur Regelung einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei dem zwischen un­ terschiedlichen Betriebsbereichen unterschieden wird. Bei dem Verfahren werden Steuergrößen für die Brennkraftmaschine auf der Grundlage von fortlaufend ermittelten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine bestimmt. Dabei wird bei Auftreten ei­ nes Überganges zwischen zwei Bereichen des Betriebszustandes mindestens eine Übergangsfunktion gebildet. Der Sollwert für zumindest eine Steuergröße in einem Übergangsbereich zwischen den Bereichen wird dabei unter Berücksichtigung der Über­ gangsfunktion bestimmt.

Durch diese Maßnahmen kann ein weitgehend ruckfreies Fahrver­ halten des mit der Brennkraftmaschine ausgestatteten Fahrzeu­ ges gewährleistet werden. Die mit dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren gesteuerte Brennkraftmaschine arbeitet in den übrigen Bereichen, die außerhalb der Übergangsbereiche liegen, nach einem herkömmlichen Regelverfahren.

Gemäß Patentanspruch 9 sind bei dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren die Übergänge nach dem zu verlassenden und dem anzustre­ benden Bereich zu unterscheiden. Dies bedeutet letztlich, daß sie je nach dem, von welchem zu verlassenden Bereich in wel­ chen angestrebten Bereich übergegangen wird, unterschiedliche Übergänge zwischen den Sollwerten der Steuergrößen zu berück­ sichtigen sind.

Dementsprechend ist nach der Art und Richtung eines Übergan­ ges eine für diesen übergangspezifische Übergangsfunktion zu bilden, wobei die einzelnen Übergangsfunktionen jeweils für unterschiedliche Steuergrößen vorgesehen sind.

Dabei kann es beispielsweise beim Wechsel vom Schubbetrieb in den Lastbetrieb vorteilhaft sein, für mehrere unterschiedli­ che, ggf. gleichzeitig wirkende Steuergrößen Übergangsfunk­ tionen bereitzustellen. Beim Übergang vom Lastbetrieb in den Leerlaufbetrieb kann es dagegen möglich sein, ohne Über­ gangsfunktion oder mit einer Geraden als Übergangsfunktion ein ruckfreies Verhalten der Brennkraftmaschine zu erreichen.

Die Übergangsfunktion ist dabei derart zu bilden, daß sie ei­ nen stetigen Übergang zwischen dem letzten Sollwert des zu verlassenden Betriebsbereiches und dem ersten Sollwert des anzustrebenden Betriebsbereiches ermöglicht. Vorteilhafter­ weise ist dieser Übergang nicht nur stetig, sondern auch kon­ tinuierlich, was den Fahrkomfort weiter erhöht.

Verlauf und Dauer der Übergangsfunktion werden vorteilhafter Weise unter Berücksichtigung der ermittelten Betriebsparame­ ter bestimmt. Dabei kann beispielsweise für unterschiedliche Drehzahlen eine unterschiedliche Dauer der Übergangsfunktion erforderlich sein, um einen gleichmäßigen Fahrkomfort über alle Drehzahlbereiche zu ermöglichen. Ferner können als Be­ triebsparameter auch die Ausgangssignale von Bedienungsele­ menten herangezogen werden. Beispielsweise verfügen Automa­ tikfahrzeuge über eine Wähltaste, mit der zwischen einer öko­ nomischen und einer sportlichen Fahrweise des Fahrzeuges um­ geschaltet werden kann. Hat der Fahrer des mit der Brenn­ kraftmaschine ausgestatteten Fahrzeuges die Taste für das ökonomische Fahrverhalten gewählt, kann die Dauer der Über­ gangsfunktion länger gewählt werden, wohingegen bei einem ge­ wählten sportlichen Fahrverhalten, die Dauer der Übergangs­ funktion entsprechend kürzer zu wählen wäre.

Darüber hinaus kann die Übergangsfunktion auch durch einen mathematischen Algorithmus oder durch parameterabhängig ge­ speicherte und auslesbare Kenndaten bestimmt werden. Alterna­ tiv hierzu kann die Übergangsfunktion mit Hilfe wissensba­ sierter Systeme und Fuzzy-Logik bestimmt werden.

Als Betriebsparameter im oben genannten Sinne sind dabei bei­ spielsweise die Motordrehzahl, die Außentemperatur oder die Motortemperatur zu berücksichtigen. Selbstverständlich können noch eine Vielzahl von anderen Betriebsparametern für die Be­ stimmung der Übergangsfunktion herangezogen werden.

Zu den Steuergrößen gehören beispielsweise der Einspritzbe­ ginnwinkel, die Einspritzmenge, die Unterscheidung zwischen Mehrfach- und Einfacheinspritzung, der Einspritzdruck und der Ladedruck. Je nach Typ der Brennkraftmaschine können aber auch ganz andere Steuergrößen für das Verfahren von Bedeutung sein.

Bei den Bereichen werden in vorliegender Anmeldung zunächst nur Leerlauf, Lastbetrieb und Schubbetrieb unterschieden. Selbstverständlich sind eine Vielzahl von anderen Betriebsbe­ reichen bei Brennkraftmaschinen unterscheidbar, wie z. B. Warmstart oder Kaltstart.

Wird dabei zwischen drei Bereichen unterschieden, sind sechs verschiedene Übergänge zu berücksichtigen. Wird zwischen vier Betriebsvorgängen unterschieden, sind zwölf Übergänge zu be­ rücksichtigen, während bei einer Unterscheidung von fünf Be­ triebsbereichen zwanzig Übergänge zu unterscheiden wären, so daß letztlich bei Unterscheidung von n Betriebsbereichen n²-n verschiedene Übergänge zu unterscheiden sind.

Desweiteren ist es von Vorteil, wenn zwar nicht die Bestim­ mung der Steuergröße, aber dennoch die Weitergabe des Soll­ wertes der Steuergröße an die Brennkraftmaschine verzögert wird, da dann mehr Zeit bleibt, die Übergangsfunktion zu be­ stimmen, ohne daß bereits erste Sollwerte an die Brennkraft­ maschine abgegeben werden, die den Beginn eines Ruckes ein­ leiten könnten.

Erfindungsgemäß ist darüber hinaus auch eine Vorrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine vorgesehen, bei der zwi­ schen verschiedenen Betriebsbereichen unterschieden wird. Diese Vorrichtung umfaßt eine Steuereinrichtung, die auf der Grundlage von fortlaufend ermittelten Betriebsparametern Steuergrößen für die Brennkraftmaschine bestimmt. Gemäß der Erfindung weist die Vorrichtung eine Betriebsbereichs-Erken­ nungseinrichtung zur Erkennung von Übergängen zwischen den Betriebsbereichen auf, die beim Auftreten eines Überganges zumindest eine Übergangsfunktion bestimmt. Unter Berücksich­ tigung dieser Übergangsfunktion wird dann ein Sollwert für zumindest eine Steuergröße bestimmt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine Vorrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine.

Gemäß der Figur werden einer Brennkraftmaschine 1 Steuergrö­ ßen S zugeführt und werden von einer Mehrzahl von an der Brennkraftmaschine 1 angeordneten Aufnehmern Aufnehmersignale A erzeugt.

Bei der Brennkraftmaschine 1 kann es sich um jedwede Brenn­ kraftmaschine wie beispielsweise einen Dieselmotor oder einen Ottomotor handeln.

Die Aufnehmersignale A werden einer Betriebsparameter-Erfas­ sungseinrichtung 4 zugeführt, die die Aufnehmersignale A in Istwertsignale umsetzt, die Betriebsparametern B entsprechen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden darüber hinaus Wählsignale W berücksichtigt, die von Bedienungselementen 5 abgegeben werden. Die Bedienungselemente 5 umfassen Einrich­ tungen wie ein Gaspedal und Schalteinrichtungen mittels denen ein Fahrer beispielsweise zwischen unterschiedlichen Fahrver­ halten wie einem ökologischen und einem sportlichen Fahrver­ halten wählen kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt darüber hinaus eine Betriebsbereich-Erkennungseinrichtung 3 (Zustandsautomat), die unter Berücksichtigung der Betriebsparameter B und/oder der Wählsignale W Sollwerte SW abgibt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist darüber hinaus noch eine Steuereinrichtung 2 auf, der die Sollwerte SW und die Betriebsparameter B zugeführt werden und die daraus die Steu­ ergrößen SG und deren Werte bestimmt.

Während des Bestehens eines Betriebsbereiches werden dabei je nach dem Betriebsbereich auf der Grundlage der Betriebspara­ meter B die Sollwerte der Steuergrößen S anhand von herkömm­ lichen Steueralgorithmen bestimmt.

Bei Auftreten eines Überganges zwischen zwei Betriebsberei­ chen wird eine für den Übergang spezifische Übergangsfunktion in der Betriebsbereichs-Erkennungseinrichtung bestimmt oder ausgewählt und im Übergangsbereich die Sollwerte SW der Steuergrößen SG anhand der Übergangsfunktion ermittelt.

Tritt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Übergang zwi­ schen zwei Betriebsbereichen wie beispielsweise Leerlauf- und Lastbetrieb auf, kann dies die Betriebsbereichs-Erkennungs­ einrichtung 3 entweder anhand der Wählsignale W und/oder an­ hand der Betriebsparameter B erkennen.

Bei Vorliegen eines Überganges werden dann die Sollwerte so­ weit zur Erhöhung des Fahrkomforts erforderlich anhand der Übergangsfunktion gesteuert. Sollwerte, deren Veränderung sich bei dem aktuellen Übergang nicht auf den Fahrkomfort auswirken, werden auch im Übergangsbereich nach einem her­ kömmlichen Verfahren bestimmt. Welche Sollwerte im Übergangs­ bereich anhand einer Übergangsfunktion zu bestimmen sind und welche auch im Übergangsbereich anhand herkömmlicher Verfah­ ren eingestellt werden, wird für jeden möglichen Übergang bei Auslegung der Betriebsbereich-Erkennungseinrichtung der Brennkraftmaschine festgelegt.

Claims (13)

1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (1)

• a) bei dem zwischen verschiedenen Bereichen des Betriebszu­ standes unterschieden wird, und
• b) bei dem Steuergrößen (SG) für die Brennkraftmaschine (1) auf der Grundlage von fortlaufend ermittelten Betriebs­ parametern (B) der Brennkraftmaschine (1) bestimmt werden,

dadurch gekennzeichnet,

• c) daß bei Auftreten eines Überganges zwischen zwei Bereichen mindestens eine Übergangsfunktion bestimmt wird, wobei die Übergangsfunktion von der Richtung des Überganges von dem jeweils zu verlassenden zu dem jeweils anzustrebenden Bereich abhängt und
• d) daß der Sollwert (SW) für mindestens eine Steuergröße (SG) im Übergangsbereich zwischen den Bereichen unter Berücksichtigung einer solchen Übergangsfunktion bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsfunktion derart gebildet wird, daß sie einen stetigen Übergang zwischen dem letzten Sollwert des zu verlas­ senden Bereiches und dem ersten Sollwerte des anzustrebenden Bereiches ermöglicht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Verlauf und Dauer der Übergangsfunktion unter Berücksich­ tigung der ermittelten Betriebsparameter (B) festgelegt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsfunktion durch einen mathematischen Algorith­ mus oder durch parameterabhängig abgespeicherte und aus lesbare Kenndaten bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsfunktion mit Hilfe wissensbasierter Systeme und Fuzzy-Logik bestimmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Betriebsparametern (B) die Motordrehzahl, die Außentemperatur und die Motortemperatur gehören.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzbeginnwinkel, die Einspritzmenge, die Unter­ scheidung zwischen Mehrfach- und Einfacheinspritzung, der Ein­ spritzdruck und der Ladedruck zu den Steuergrößen (SG) gehören.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche Leerlauf, Last und Schub unterschieden wer­ den.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils nach der Art des Überganges Übergangsfunktionen für unterschiedliche Steuergrößen (SG) bestimmt werden.

10. Vorrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine (1), bei der zwischen verschiedenen Bereichen des Betriebszustandes un­ terschieden wird, mit

• a) einer Steuereinrichtung (2), die auf der Grundlage von fortlaufend ermittelten Betriebsparametern (B) der Brennkraftmaschine (1) Steuergrößen (SG) für die Brennkraftmaschine (1) bestimmt,

dadurch gekennzeichnet,

• b) daß eine Betriebsbereichs-Erkennungseinrichtung (3) zur Er­ kennung von Übergängen zwischen den Bereichen vorgesehen ist,
• c) daß die Betriebsbereichs-Erkennungseinrichtung (3) bei Auftreten eines Überganges zwischen zwei Bereichen zumindest eine von der Richtung des Überganges von dem jeweils zu verlassenden zu dem jeweils anzustrebenden Bereich abhängige Übergangsfunktion bestimmt und
• d) daß die Betriebsbereichs-Erkennungseinrichtung (3) den Sollwert (SW) für die zumindest eine Steuergröße (SG) im Übergangsbereich zwischen den Bereichen unter Berücksichtigung einer solchen Übergangsfunktion bestimmt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Bedienungselementen (5), über die ein Führer eines mit der Brennkraftmaschine ausgestatteten Fortbewegungsmittels ein gewünschtes Motorverhalten einstellen kann.