DE10047602A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem DOLLAR A a) fortlaufend ein Fahrpedalwert ausgelesen und daraus ein ein Soll-Moment der Brennkraftmaschine darstellendes Fahrerwunschmoment ermittelt wird, DOLLAR A b) im geregelten Leerlauf der Brennkraftmaschine bei einem einen Übergang zwischen Leerlauf und Teillast anzeigenden, zunehmenden Fahrpedalwert aus dem dem Leerlaufreglerausgangswert entsprechenden, den Leerlauf der Brennkraftmaschine steuernden Leerlaufmoment und dem Fahrerwunschmoment ein Differenzmoment berechnet wird, DOLLAR A c) das Differenzmoment zum Fahrerwunschmoment addiert wird, um ein korrigiertes Fahrerwunschmoment zu erhalten, das zur Laststeuerung der Brennkraftmaschine verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine beim Übergang zwischen Leerlauf und Teil­ last.

Bei in Kraftfahrzeugen eingebauten Brennkraftmaschinen wird der Betrieb der Brennkraftmaschine üblicherweise über ein Fahrpe­ dal gesteuert, das von einem Fahrer betätigt wird. Während früher das Fahrpedal über Gestänge oder Seilzüge mechanisch in die Laststeuerung einer Brennkraftmaschine, beispielsweise über das Stellen einer Drosselklappe oder einer Einspritzpum­ pe, eingriff, wird bei modernen Brennkraftmaschinen die Last­ steuerung von einem Steuergerät vorgenommen, das die Stellung bzw. Betätigung des Fahrpedals über einen üblicherweise als Potentiometer ausgebildeten Pedalwertgeber erfasst. Dieses Steuergerät übernimmt die gesamte Laststeuerung der Brenn­ kraftmaschine, insbesondere auch die Leerlaufregelung. Dabei wird üblicherweise ein sogenannter momentenbasierter Ansatz verfolgt, bei dem das von der Brennkraftmaschine abgegebene Moment als Führungsgröße dient. Der ausgelesene Pedalwert wird dabei über ein sogenanntes Fahrerwunschkennfeld oder Pe­ dalwertkennfeld in ein Fahrerwunschmoment umgesetzt, das das vom Fahrer angeforderte Moment darstellt.

Je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine wird vom Steu­ ergerät während des Leerlaufs eine unterschiedliche Last bzw. ein unterschiedliches Moment eingestellt. So kann bei kalter Brennkraftmaschine die Leerlaufdrehzahl angehoben sein. Eine momentenerhöhende Leerlaufbeeinflussung erfolgt auch, wenn einzelne von der Brennkraftmaschine angetriebene Verbraucher, wie beispielsweise Klimaanlage oder Servolenkung, erhöhten Leistungsbedarf haben. In diesem Fall wird die Brennkraftma­ schine so gesteuert, dass sie möglichst ohne Leerlaufdreh­ zahlanhebung ein erhöhtes Moment liefert.

Betätigt nun der Fahrer in einer Leerlaufphase das Fahrpedal, um für einen Teillastbetrieb ein Moment anzufordern, so er­ gibt sich je nach Leerlaufbedingung ein unterschiedlich gro­ ßer Leerweg, um den das Fahrpedal betätigt werden muss, bis das aus dem Pedalwert abgeleitete Fahrerwunschmoment gleich dem vom Leerlaufregler eingestellten Leerlaufmoment ist.

Dies führt zu einem unkomfortablen Verhalten der Brennkraft­ maschine, da der Fahrer zuerst feststellt, dass eine Betäti­ gung des Fahrpedals keinen Einfluss auf den Betrieb der Brennkraftmaschine hat und erst das Betätigen des Fahrpedals über eine gewisse Stellung hinaus Wirkung zeigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Komforteinbu­ ßen verursachenden Auswirkungen beim Übergang von Leerlauf auf Teillast zu beheben.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung sieht vor, den Leerweg, um den das Fahrpedal betätigt werden muss, bis das aus dem Pedalweg abgeleitete Fahrerwunschmoment gleich dem Leerlaufmoment ist, zu elimi­ nieren. Im Leerlauf, d. h. wenn der Leerlaufregler aktiv ist, liefert das Fahrerwunschkennfeld immer den Wert 0. Tritt nun ein Übergang in Teillast auf, was daran erkannt wird, dass der Pedalwert einen Grundwert überschreitet, wird die Differenz zwischen Leerlaufmoment und dem dem aktuellen Fahr­ pedalwert - dabei handelt es sich um den Grundwert - entspre­ chenden Fahrerwunschmoment (Fahrpedalgrundwert) bestimmt und bei der weiteren Steuerung der Brennkraftmaschine derart be­ rücksichtigt, dass das Fahrerwunschmoment um dieses Diffe­ renzmoment erhöht wird. Dadurch wird ein korrigiertes Fahrer­ wunschmoment erhalten, das bereits mit Beginn der Betätigung des Fahrpedals aus dem Leerlauf heraus eine Momentenerhöhung der Brennkraftmaschine zur Folge hat, und nicht erst, wenn das Fahrpedal um einen gewissen Leerweg betätigt wurde.

Da die Korrektur des Fahrerwunschmomentes vorwiegend den Ü­ bergang zwischen Leerlauf und Teillast betrifft, ist es zu bevorzugen, dieses Differenzmoment mit zunehmender Betätigung des Fahrpedals auf 0l abklinken zu lassen. Das erfolgt am zweckmäßigsten in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brenn­ kraftmaschine oder vom Pedalwert. Dadurch wird erreicht, dass mit zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine oder mit zu­ nehmendem Pedalwert, also mit zunehmendem Faherwunschmoment, das Differenzmoment auf 0 verringert wird.

Alternativ wäre es auch möglich, das Differenzmoment abhängig vom Istmoment der Brennkraftmaschine oder vom Fahrerwunschmo­ ment selbst auf 0 zurückzuführen.

Dieses Zurückführen kann prinzipiell beliebig erfolgen; be­ sonders einfach ist es jedoch, einen drehzahl- oder fahrpe­ dalwertabhängigen Korrekturfaktor vorzusehen, mit dem das Differenzmoment zu einem korrigierten Differenzmoment multip­ liziert wird.

Die Drehzahl- oder Fahrpedalwertabhängigkeit des Korrektur­ faktors kann beispielweise über einen geeignet gewählten, von der Drehzahl oder dem Fahrpedal beeinflussten Integralanteil erfolgen, der mit steigender Drehzahl bzw. mit steigendem Fahrpedalwert abnimmt. In einer besonders einfach in einem Steuergerät programmtechnisch zu verwirklichenden Ausgestal­ tung wird dabei der Drehzahl- oder Fahrpedalwertgradient auf­ integriert, insbesondere nur dessen positive Anteile. An­ schließend wird der Wert des Integrals auf einen Drehzahl- o­ der Fahrpedalschwellwert limitiert und der Wert des Integrals durch den Drehzahlschwellwert oder den um den Fahrpedalgrund­ wert verminderten Fahrpedalschwellwert dividiert. Zieht man das Ergebnis von 1 ab, erhält man einen dimensionslosen Korrekturfaktor, der mit steigender Drehzahl oder steigendem Fahrpedalwert von 1 auf 0 abklingt.

Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass über den Drehzahl- bzw. den Fahrpedalschwellwert genau eingestellt werden kann, wann das Differenzmoment abgebaut ist und somit die Korrektur des Fahrerwunschmomentes beendet ist.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Varianten mit durch Integralbildung erhaltenem Korrekturwert kann man den Dreh­ zahl- oder Fahrpedalwertgradienten filtern, insbesondere tiefpassfiltern. Damit wird ein besonders gleichmäßiger und unmerklicher Abbau des Differenzmomentes erreicht. Da eine solche Tiefpassfilterung aber zur Folge haben könnte, dass bei Zurückführen des Fahrpedals in eine Stellung, in der der Leerlaufregler eingreift, nicht sofort das volle Differenzmo­ ment Berücksichtigung findet, ist es dann zu bevorzugen, in jeder Leerlaufphase den Korrekturfaktor, der mit steigender Drehzahl bzw. mit steigendem Fahrpedalwert den Abbau des Dif­ ferenzmomentes bewirkt, auf 1 zu setzen.

Auch kann das Differenzmoment mit der um den Faktor Leerlauf­ moment durch unbetätigtes Fahrpedal entsprechenden Fahrer­ wunschmoment multiplizierten Differenz aus maximalem Fahrpe­ dalwert (oder Fahrerwunschmoment) minus aktuellem Fahrpedal­ wert (oder Fahrerwunschmoment) multipliziert werden, um zu erreichen, dass das Differenzmoment von 100% auf 0% bei maxi­ mal betätigtem Fahrpedal absinkt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine mit Steu­ ergerät und Fahrpedal,

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und

Fig. 3 und 4 zwei mögliche Verfahren zum Ermitteln eines Korekturfaktors.

In Fig. 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 1 gezeigt, deren Betrieb von einem Steuergerät 3 gesteuert wird. Das Steuergerät 3 ist dazu über nicht näher bezeichnete Leitungen mit der Brennkraftmaschine 1 verbunden und misst diverse Be­ triebsgrößen der Brennkraftmaschine, insbesondere die Dreh­ zahl. Dabei steht sowohl die Drehzahl während eines Arbeits­ spiels, als auch die Drehzahl während jedes Segments eines mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 verbundenen Seg­ mentrades zur Verfügung. Das Steuergerät 3 liest weiter einen Pedalwertgeber 4 aus, der die Stellung eines vom Fahrer betä­ tigten Fahrpedals 2 erfasst. Im Steuergerät 3 befinden sich u. a. ein Leerlaufregler 5, der den Leerlauf der Brennkraftma­ schine 1 regelt. Dabei handelt es sich um einen sogenannten momentenbasierten Regler, der beim Betrieb der Brennkraftma­ schine 1 auftretende Verlustmomente berücksichtigt und ein Sollmoment vorgibt, das vom Steuergerät 3 bei der Ansteuerung der Brennkraftmaschine derart berücksichtigt wird, dass die Laststeuerung der Brennkraftmaschine 1 so erfolgt, dass ein Sollmoment abgegeben wird.

Das Steuergerät 3 liest fortwährend den Pedalwertgeber 4 aus und ermittelt über ein Kennfeld aus dem dabei erhaltenen Pe­ dalwert ein Fahrerwunschmoment, das das vom Fahrer der Brenn­ kraftmaschine 1 abgeforderte Moment wiedergibt. Diese Ermitt­ lung des Fahrerwunschmomentes ist dem Fachmann bekannt. Das Steuergerät 3 verfügt nun weiter über eine nachfolgend erläu­ terte Korrekturfunktion 6, die das Fahrerwunschmoment weiter korrigiert, um einen Leerweg des Pedals beim Übergang von Leerlauf auf Teillast zu vermeiden.

Dazu wird zuerst in einem Schritt S1 der Pedalwert PV_AV. An­ schließend wird in einem Schritt S2 auf bekannte Weise, beispielsweise mittels eines Kennfeldes, aus dem Pedalwert PV_AV das Fahrerwunschmoment TQ_REQ bestimmt.

Weiter wird in einem Schritt S3 das vom Leerlaufregler einge­ stellte Leerlaufmoment TQ_LL ermittelt. Dann wird in einem Schritt S4 das Differenzmoment TQ_DIF bestimmt, indem vom Leerlaufmoment TQ_LL das Fahrerwunschmoment TQ_REQ abgezogen wird. Dieses Differenzmoment TQ_DIF könnte nun direkt bei der weiteren Laststeuerung der Brennkraftmaschine 1 Berücksichti­ gung finden, indem das Fahrerwunschmoment TQREQ um dieses Differenzmoment TQ_DIF erhöht würde. Dabei würde man aller­ dings eine bleibende Skalierungsverschiebung erhalten, was zwar prinzipiell möglich, in der Regel jedoch nicht erwünscht ist. Es ist deshalb weiter ein Korrekturfaktor FAC_TQ vorge­ sehen, der in Schritt S5 auf noch zu beschreibende Weise er­ mittelt wird. Mit diesem Korrekturfaktor FAC_TQ wird das Dif­ ferenzmoment TQ_DIF in Schritt S6 multipliziert, so dass ein korrigiertes Differenzmoment TQ_DIF_K erhalten wird. Der Kor­ rekturfaktor FAC_TQ liegt dabei zwischen 0 und 1 und bewirkt eine Abnahme des Differenzmomentes TQ_DIF_K mit steigender Drehzahl oder steigendem Fahrpedalwert auf 0. Damit ist eine Skalierungsverschiebung vermieden.

Der Faktor FAC_TQ kann auf verschiedene Weise ermittelt wer­ den; beispielsweise ist eine direkte Drehzahl-, Fahrpedal­ wert- oder Istmomentenabhängigkeit möglich.

In Fig. 3 ist ein Ablaufdiagramm dargestellt, wie die Dreh­ zahlabhängigkeit von FAC_TQ mit besonderem Komfort für die Benutzung der Brennkraftmaschine verwirklicht werden kann. Dazu wird in Schritt S7 zuerst die Drehzahl N der Brennkraft­ maschine von der Korrekturfunktion 6 ausgelesen. Dabei kann es sich um die Segmentdrehzahl oder die Arbeitsspieldrehzahl handeln. Anschließend wird in Schritt S8 der Drehzahlgradient N_G ermittelt. Dieser wird dann in Schritt S9 zu N_G_TP tief­ passgefiltert, d. h. geglättet. Zur Tiefpassfilterung sind dem Fachmann verschiedenste Verfahren bekannt, beispielweise eine zeitliche Mittelung über eine gewisse Anzahl von Abtastungen, ein sogenanntes gleitendes, zeitliches Mittel.

Anschließend werden in Schritt S10 die positiven Anteile des tiefpassgefilterten Drehzahlgradienten N_G_TP ermittelt. Die­ ser Schritt kann auch entfallen. Dies kann beispielsweise da­ durch erfolgen, dass N_G_TP mit THETA (N_G_TP) multipliziert wird, wobei es sich hierbei um die sogenannte THETA-Funktion handelt, die für positive Argumente 1 und negative Argumente 0 ist. Der so erhaltene, positive Anteil N_G_TP des tiefgefil­ terten Drehzahlgradienten N_G_TP bzw. der tiefpassgefilterte Drehzahlgradient wird nun aufintegriert und dadurch das In­ tegral INT_N_G_TP in Schritt S11 erhalten. Um zu verhindern, dass dieses Integral über alle Maßen wächst, wird es auf ei­ nen Drehzahlschwellwert N_MAX limitiert. Dies geschieht in Schritt S12. Dieser Drehzahlschwertwert ist diejenige Dreh­ zahl, bei dem der in Schritt S13 noch zu berechnende Korrek­ turfaktor FAC_TQ auf 0 abgeklungen ist.

In Schritt S13 wird nun der Korrekturfaktor FAC_TQ berechnet, indem zuerst der Quotient aus dem limitierten Integral INT_N_LIM und dem Drehzahlschwellwert N_MAX gebildet und das Ergebnis dann von 1 abgezogen wird.

Der so erhaltene Korrekturfaktor FAC_TQ hat den Wert 1, so­ lange die Brennkraftmaschine bei konstanter Drehzahl läuft. Steigt die Drehzahl an, d. h. wurde das Fahrpedal betätigt, so nimmt FAC_TQ auf 0 ab, wobei der Wert 0 erreicht ist, wenn die Drehzahl den Wert N_MAX annimmt. Das durch Multiplikation mit dem Korrekturwert FAC_TQ erhaltene, korrigierte Differenz­ moment TQ_DIF_K nimmt somit mit steigender Drehzahl bis zum Drehzahlschwellwert N_MAX auf 0 ab.

Natürlich kann bei der Integralbildung anstelle oder zusätz­ lich zu einer Tiefpassfilterung auch noch eine Mindestampli­ tudenfilterung erfolgen, die bewirkt, dass nur gewisse Min­ destdrehzahlerhöhungen bei der Integralbildung berücksichtigt werden. Durch eine solche Amplitudenfilterung erreicht man, dass geringe Drehzahlschwankungen, wie sie beispielweise durch Leerlaufschwankungen verursacht sein können, nicht in die Integralbildung einfließen und damit nicht zur Abnahme des Korrekturfaktors FAC_TQ beitragen.

Zusätzlich kann man noch vorsehen, dass der Korrekturfaktor FAC_TQ jedesmal auf 1 gesetzt wird, wenn die Brennkraftma­ schine sich im Leerlauf befindet.

In einer alternativen Bestimmungsmethode für den Korrektur­ faktor FAC_TQ wird dieser nicht drehzahl- sondern fahrpedal­ wertabhängig gestaltet. Dies ist in Fig. 4 näher dargestellt. Die Schrittabfolge der Fig. 4 entspricht im wesentlichen der Fig. 3, mit dem Unterschied, dass anstelle der Drehzahl N der Pedalwert PV_AV verwendet wird.

Nach dessen Auslesen in Schritt S14 wird in Schritt S15 der Gradient P_G des Pedalwertes bestimmt. Anschließend erfolgt in Schritt S16 ebenfalls die erläuterte Tiefpassfilterung, so dass der tiefpassgefilterte Pedalwertgradient P_G_TP erhalten wird. Nach Ermittlung der positiven Anteile P_G_TP_P werden diese in Schritt S18 zu INT_P_G_TP aufintegriert.

In Schritt S19 wird das Integral INT_P_G_TP ebenfalls auf ei­ nen Grenzwert zu INT_P_LIM limitiert. Allerdings erfolgt die Limitierung hier nicht auf einen Drehzahlschwellwert, sondern auf eine maximale Differenz zwischen den maximalen Pedalwert P_MAX und dem minimalen Pedalwert P_MIN. Dies hat seine Ursa­ che darin, dass Pedalwertgeber üblicherweise so eingestellt sind, dass sie auch bei nicht betätigtem Fahrpedal, d. h. wenn das Fahrpedal 2 sich in der Ruhestellung befindet, einen von 0 verschiedenen Wert liefern, um ein nicht betätigtes Fahrpedal 2 von einem Leitungsbruch zum Pedalwertgeber 4 un­ terscheiden zu können.

In Schritt S20 wird nun der Quotient aus dem limitierten In­ tegral INT_P_LIM und der Differenz (P_MAX - P_MIN) ermittelt und von 1 abgezogen, wodurch der Korrekturfaktor FAC_TQ er­ halten wird.

Der maximale Pedalwert P_MAX hat hier die gleiche Funktion wie die maximale Drehzahl N_MAX, d. h. bei Erreichen dieses Pedalwertes ist der Korrekturfaktor FAC_TQ auf 0 abgeklungen, wodurch das korrigierte Differenzmoment TQ_DIF_K verschwin­ det.

Natürlich kann die Bestimmung zweier Korrekturfaktoren auch parallel drehzahl- und fahrpedalwertabhängig erfolgen. Diese beiden Korrekturfaktoren können dann in entsprechender Ge­ wichtung gleichzeitig verwendet werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem:

• a) fortlaufend ein Fahrpedalwert ausgelesen und daraus ein ein Soll-Moment der Brennkraftmaschine darstellendes Fahrer­ wunschmoment ermittelt wird,
• b) im geregelten Leerlauf der Brennkraftmaschine bei einem einen Übergang zwischen Leerlauf und Teillast anzeigenden, zunehmenden Fahrpedalwert aus dem dem Leerlaufreglerausgangs­ wert entsprechenden, den Leerlauf der Brennkraftmaschine steuernden Leerlaufmoment und dem Fahrerwunschmoment ein Dif­ ferenzmoment berechnet wird und
• c) das Differenzmoment zum Fahrerwunschmoment addiert wird, um ein korrigiertes Fahrerwunschmoment zu erhalten, das zur Laststeuerung der Brennkraftmaschine verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das Differenzmoment mit ei­ nem drehzahl- und/oder fahrpedalwertabhängigen Korrekturfak­ tor multipliziert wird, um ein korrigiertes Differenzmoment zu erhalten, und
dass in Schritt c) das korrigierte Diffe­ renzmoment zum Fahrerwunschmoment addiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die positiven Anteile eines Gradienten der Drehzahl der Brennkraftmaschine aufintegriert werden, wobei der Wert des Integrals auf einen Drehzahl­ schwellwert limitiert wird, und
der Wert des Integrals durch den Drehzahlschwellwert dividiert und das Ergebnis dann von 1 abgezogen wird, um den Korrekturfaktor zu erhalten.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die positiven Anteile eines Gradienten des Fahrpedalwertes aufintegriert werden, wobei der Wert des Integrals auf einen Fahrpedalschwellwert limi­ tiert wird, und der Wert des Integrals durch den um den Fahr­ pedalgrundwert verminderten Fahrpedalschwellwert dividiert und das Ergebnis dann von 1 abgezogen wird, um den Korrek­ turfaktor zu erhalten.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gradient gefiltert, ins­ besondere tiefpassgefiltert, wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrek­ turfaktor während jeder Leerlaufphase auf 1 gesetzt wird.