DE19523898B4

DE19523898B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Antriebsiebseinheit eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE19523898B4
Application number: DE19523898A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. Hess
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1995-06-30
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2015-07-01
Also published as: FR2736010B1; SE511600C2; SE9602577L; KR100506433B1; DE19523898A1; FR2736010A1; SE9602577D0; KR970000786A; JP4057663B2; JPH0914116A

Abstract

Verfahren zur Steuerung der Antriebseinheit eines Fahrzeugs, wobei ein von der Antriebseinheit abgegebenes Drehmoment im Sinne einer Verringerung von Schwingungen im Antriebsstrang des Fahrzeugs beeinflusst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung des Drehmoments aus einem Vergleich der Drehzahl der Antriebseinheit mit einer anhand der Drehmomentzustände im Antriebsstrang des Fahrzeugs gewonnenen Modellabtriebsdrehzahl abgeleitet wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Aus der EP 447 393 B1 (US-Patent 5,209,203) ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Drehmoments einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei zur Dämpfung von Schwingungen im Triebstrang des Fahrzeugs der Zündwinkel einer Brennkraftmaschine verändert wird. Es wird vorgeschlagen, anhand der Differenz zwischen der Raddrehzahl des Fahrzeugs und der Motordrehzahl der Brennkraftmaschine den Zündwinkel der Brennkraftmaschine im Sinne einer Verkleinerung dieser Differenz zu verändern. Ein solcher Regler zeigt eine starke Arbeitspunktabhängigkeit, da die bezüglich der auftretenden Schwingungen entscheidende Größe des Motordrehmoments nur unzureichend berücksichtigt wird.
Aus der EP 655 554 A1 ist es bekannt, dass die Schwingung des Drehmoments des Motors durch Filtern der Motordrehzahl abgeschätzt wird. Abhängig von diesem Schwingungswert wird ein Korrekturwert gebildet, der in schwingungsreduzierendem Sinne wirkt. Zur Abschätzung der Schwingungen wird die Differenz zwischen gemessener und mittlerer Motordrehzahl gebildet, diese Differenz erneut gemittelt und die Differenz zwischen der gemittelten Differenz und der aktuellen Differenz gebildet.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine optimierten Regler zur Vermeidung von Schwingungen im Antriebsstrang anzugeben.
Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht.
Aus der DE-A1 42 39 711 ist die Berechnung des von einer Brennkraftmaschine erzeugten Verbrennungsmoments auf der Basis der gemessenen Motordrehzahl sowie der der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse bekannt. Ferner wird dort zur Steuerung einer Brennkraftmaschine eine Veränderung des Zündwinkels abhängig von einer vorgegebenen Motormomentenänderung beschrieben.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Regler vermeidet Schwingungen im Antriebsstrang einer Brennkraftmaschine. In besonders vorteilhafter Weise ergibt sich eine Arbeitpunktunabhängig keit des Regler, so dass eine stabilere Regelung und einfachere Auslegung des Reglers möglich ist.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Schwingung durch Vergleich der Motordrehzahl mit einer aus dem Drehmoment der Antriebseinheit ermittelten Modellabtriebsdrehzahl isoliert wird. dadurch wird das vom eingestellte Drehmoment und damit der Fahrerwunsch selbst mitberücksichtigt.
Besonders vorteilhafte, das ein einfaches Modell zur Ermittlung der Modellabtriebsdrehzahl eingesetzt werden kann.
Besonders vorteilhafte Eigenschalten zeigt der Regler bei einem so genannten Lastschlag, beim Übergang vom Schiebe- in den Zugbetrieb.
Durch den einfachen Aufbau des Reglers ist eine Implementierung im Rechner mit einer niedrigen Rechnerbelastung mög lich. Das implementierte Reglerprogramm wird dabei winkelsynchron abgearbeitet.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt 1 ein Übersichtsblockschaltbild eines Steuersystems für eine Brennkraftmaschine, während in 2 der erfindungsgemäße Regler anhand eines Blockschaltbilds dargestellt ist. Die 3 und 4 zeigen anhand von Zeitdiagrammen des Drehzahl- und Momentenverlaufs die vorteilhaften Auswirkungen des erfindungsgemäßen Reglers.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt ein Übersichtsblockschaltbild eines Steuersystems für eine Brennkraftmaschine. Dabei ist mit 10 eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine symbolisiert, welche über ein Ansaugsystem 12 sowie eine Abtriebswelle 14 verfügt. Im Ansaugsystem 12 ist u.a. eine Meßeinrichtung 16 zur Erfassung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine (Luftmasse, Luftmenge, Saugrohrdruck) vorgesehen, von der eine Leitung 18 zu einer elektronischen Steuereinheit 20 zur Steuerung der Brennkraftmaschine ausgeht. Im Bereich der Abtriebswelle 14 ist eine Meßeinrichtung 22 zur Erfassung der Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 dargestellt, von der eine Leitung 24 zur Steuereinheit 20 führt. Die Steuereinheit 20 weist weitere Eingangsleitungen 26 bis 28 von Meßeinrichtungen 30 bis 32 zur Erfassung weiterer Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine und/oder des Fahrzeugs auf. Derartige Betriebsgrößen sind beispielsweise Motortemperatur, Fahrzeuggeschwindigkeit, Gaspedalbetätigungsgrad (Fahrerwunsch), Getriebestellung, Steuersignale von weiteren Steuereinheiten (Getriebsteuerung, Antriebsschlupfregelung), etc.. Über wenigstens eine Ausgangsleitung 34 steuert die Steuereinheit den Zündwinkel der Brennkraftmaschine. Ferner weist die Steuereinheit 20 weitere Ausgangsleitungen 36 zur Beeinflussung der Kraftstoffzumessung sowie ggf. eine Ausgangsleitung 38 zur Beeinflussung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine auf.
Die Steuereinheit 20 führt die dem Fachmann bekannten, im folgenden nicht näher dargestellten Funktionen zur Steuerung von Zündwinkel, Kraftstoffeinspritzung und/oder Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine aus. Ferner umfaßt die Steuereinheit 20 den im folgenden dargestellten Regler zur Vermeidung von Schwingungen im Triebsstrang.
Durch die Elastizität der Abtriebswelle 14 treten insbesondere beim Übergang vom Schiebebetrieb der Brennkraftmaschine in den Beschleunigungsbetrieb Schwingungen auf, die sich auf das Fahrzeug übertragen und dem Fahrkomfort und das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs erheblich beeinträchtigen können.
Betrachtet man den Antriebstrang des Fahrzeugs (Motor, Abtriebswelle, angetriebene Last) als ein Masse-Feder-System (Zweimassenschwinger) lassen sich die Schwingungen mit Hilfe des eingangsseitigen Drehmoments (Motormoment) sowie des ausgangsseitigen Drehmoments beschreiben. Letzteres wird näherungsweise als die Summe von (geeignet gewichteten) Differenzen zwischen Eingangs- und Ausgangsdrehzahl und zwischen Ein- und Ausgangswinkel des Triebstrangs dargestellt.
Ausgehend von dieser Erkenntnis hat sich ein Regler als geeignet erwiesen, welcher das vom Motor abgegebene Drehmoment abhängig von der Differenz einer aus einem Beschleunigungsmoment (Motordrehmoment minus Lastmoment) abgeleiteten Modellabtriebsdrehzahl und der Istdrehzahl beeinflusst. Das Beschleunigungsmoment wird dabei aus der Differenz aus dem durch ein Modell berechneten indizierten Drehmoment (Verbrennungsmoment) und einer nachgebildeten Last berechnet.
Demgemäß zeigt der erfindungsgemäße Regler die in 2 dargestellte Struktur.
Einem Kennfeld 100 werden die Leitungen 24 (Motordrehzahl) und 18 (Motorlast) zugeführt. Die Ausgangsleitung 102 führt ein das Verbrennungsmoment Mind des Motors repräsentierende Größe zum Regler 99, dort zu einer Verknüpfungsstelle 104. Das Motormoment Mind entspricht dabei einem Verbrennungsmoment wie es bei Einstellung eines Basiszündwinkels (Zündwinkel eines Drehzahl/Last-Kennfeldes mit Korrekturen wie Klopfregelung, etc.) vorliegt. Die Ausgangsleitung 106 der Verknüpfungsstelle 104 führt ein das Beschleunigungsmoment Mbes repräsentierende Größe auf den Integrator 108. Dessen Ausgangsleitung 110 führt eine die Modellabtriebsdrehzahl nmod repräsentierende Größe auf eine zweite Verknüpfungsstelle 112. Dieser Verknüpfungsstelle 112 wird ferner über die Leitung 24 die Istdrehzahl nist zugeführt. Die Ausgangsleitung 114 der Verknüpfungsstelle 112, die eine die Differenz ndiff zwischen Modellabtriebsdrehzahl und Istdrehzahl repräsentierende Größe trägt, führt zu einer dritten Verknüpfungsstelle 116, zu einem Filter 118 und zu einem Proportionalregler 120. Die Ausgangsleitung 122 des Proportionalreglers 120 führt auf die Verknüpfungsstelle 104. Die Ausgangsleitung 124 des Filters 118 führt auf die Verknüpfungsstelle 116. Von der Verknüpfungsstelle 116 geht eine Ausgangsleitung 126 auf einen Proportionalregler 128, dessen Ausgangsleitung 130 auf eine Element 132 führt. Des sen Ausgangsleitung 134 führt einen Korrekturwert des Zündwinkels Δzw, der einer Korrekturstelle 136 zugeführt wird. Dieser wird ferner über die Leitung 138 von einem Zündwinkelbestimmungselement 140 der Basiszündwinkel zwbase zugeführt. Dem Element 140 werden zumindest die Leitungen 18 und 24 zugeführt. Die Ausgangsleitung der Korrekturstelle 136 bildet die Leitung 34 zur Einstellung des Zündwinkels.
Im Kennfeld 100 wird aus den zugeführten Betriebsgrößen Drehzahl und Motorlast (Luftmasse, Luftmenge, Saugrohrdruck) das vom Motor erzeugte Verbrennungsmoment Mind bei Basiszündwinkel gebildet. In der Vergleichstelle 104 wird dieses Verbrennungsmoment mit dem vom Proportionalregler 120 nachgebildeten Lastmoment ausgangsseitig am Antrieb verglichen und daraus ein Beschleunigungsmoment Mbes gebildet. Dieses Beschleunigungsmoment wird auf den Integrator 108 geführt. Dieser Integrator repräsentiert den Zusammenhang zwischen dem Beschleunigungsmoment und der Abtriebsdrehzahl für die aktuell eingelegte Gangstufe. Das Integrationsergebnis stellt demnach eine Modellabtriebsdrehzahl dar, die in der Vergleichstufe 112 mit der gemessenen Istdrehzahl des Motors verglichen wird. Die aus diesem Vergleich gebildete Differenzdrehzahl ndiff wird über den Proportionalregler 120 zur Vergleichstelle 104 zurückgeführt. Der Proportionalregler 120 bildet den aus dem Zweimassenschwingermodell abgeleiteten Zusammenhang zwischen der Differenz von Motor- und Abtriebsdrehzahl und dem Lastmoment nach. Die Proportionalkonstante weist dabei eine entsprechende Dimension auf. Die Ausgangsgröße des Proportionalreglers 120 stellt das abtriebsseitig am Triebstrang anliegende Lastmoment dar, welches in der Vergleichsstelle 104 von dem vom Motor erzeugten Drehmoment zur Bildung des Beschleunigungsmoments subtrahiert wird.
Befindet sich das Fahrzeug im Schiebebetrieb und leitet der Fahrer durch Betätigen des Gaspedals plötzlich die Zugbetriebsphase ein, wird bei kleinem Lastmoment ein großes Verbrennungsmoment erzeugt, so dass ein großes Beschleunigungsmoment entsteht. Dieses wird durch die verzögernde Wirkung des Integrators 108 in die Modellabtriebsdrehzahlumgesetzt. Aus der Differenz zwischen Modellabtriebsdrehzahl und Istdrehzahl wird das sich verändernde Lastmoment durch den Proportionalanteil 120 nachgebildet, bis nach Abschluss der Übergangsphase das nachgebildete Lastmoment dem Verbrennungsmoment entspricht, somit das Beschleunigungsmoment zu Null wird und die Modellabtriebsdrehzahl der Istdrehzahl im wesentlichen entspricht. Ist dies der Fall, ist der Übergangszustand, der durch eine Änderung der Verdrehung der Abtriebswelle des Fahrzeugs gekennzeichnet ist, abgeschlossen.
Zur Isolierung der reinen Schwingung wird aus der in der Vergleichstelle 112 gebildeten Differenzdrehzahl durch die Vergleichstelle 116 und das Tiefpassfilter 118 der Gleichanteil noff im Drehzahldifferenzsignal herausgefiltert. Der durch die Tiefpassfilterung gebildete Gleichanteil noff wird in der Vergleichstelle 116 vom Signal subtrahiert, so dass über die Leitung 126 lediglich die Änderungen der Differenzdrehzahl, d.h. die reine Schwingung, dem Regler 128 zugeführt werden. Die Filterung durch die Elemente 118 und 116 entspricht also einem Hochpassfilter. Dieser stellt vorzugsweise einen Proportionalanteil dar, welcher die zur Reduzierung der Drehzahlschwingung notwendige Momentenänderung ΔMAR aus der Drehzahldifferent bildet. Auch hier trägt die Proportionalkonstante des Reglers die zur Umrechung von Drehzahl auf einen Momentenwert notwendige Dimensionierung. Die Momentenkorrektur ΔMAR wird im Element 132, das vorzugsweise eine vorbestimmte Tabelle darstellt, im bevorzugten Ausführungsbeispiel in einen Korrekturwert ΔZW für den einzustellenden Zündwinkel umgesetzt und im Korrekturelement 136 bei spielsweise durch Addition, Subtraktion oder Multiplikation auf den Basiszündwinkel aufgeschaltet. Der korrigierte Zündwinkel ZW wird schließlich über die Ausgangsleitung 34 eingestellt, wobei die Drehzahldifferenz zwischen Modellabtriebsdrehzahl und Istdrehzahl deutlich reduziert wird.
Die Auswirkungen des beschriebenen Reglers bei Auftreten von Triebstrangschwingungen ist anhand der 3 und 4 dargestellt. Dabei zeigt 3 das Verhalten des Fahrzeugs ohne Regler, während in 4 das Verhalten des gleichen Fahrzeugs mit Regler dargestellt ist.
3a stellt den Verlauf des vom Fahrer vorgegebenen Drehmoments über der Zeit dar, während in 3b die Motordrehzahl über der Zeit dargestellt ist. Bis zum Zeitpunkt T0 sei das Fahrzeug im Schiebebetrieb. Zum Zeitpunkt T0 erhöht der Fahrer das Motormoment durch Betätigen des Gaspedals bis zu einem Zeitpunkt T1. In dieser Periode steigt die Drehzahl an, wobei insbesondere zu Beginn nach dem Zeitpunkt T0 erhebliche Schwingungen der Drehzahl zu erkennen sind. Zum Zeitpunkt T1 geht das Fahrzeug durch Loslassen des Fahrpedals wieder in den Schiebebetrieb über. Dies führt zu einem langsamen Abfallen der Motordrehzahl, wobei auch hier Schwingungen zu erkennen sind.
Im Gegensatz dazu wird bei der entsprechenden Darstellung in 4 nach dem Zeitpunkt T0 eine erhebliche Verringerung der Schwingungen der Motordrehzahl erreicht. Entsprechendes gilt auch für das Verhalten nach dem Zeitpunkt T1. Somit wird durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Reglers Triebstrangschwingungen erheblich reduziert, zum Teil sogar eliminiert und somit Fahrkomfort und Fahrverhalten des Fahrzeugs erheblich verbessert.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Regler im Rahmen eines Programms berechnet. Dieses Programm, das entsprechend der obigen Beschreibung arbeitet, wird dabei synchron zur Stellung der Antriebswelle (winkelsynchron) abgearbeitet. Dies führt zu einem aktuellen Momentenkorrekturwert und damit zu einer genauen Kompensation der Schwingung. Dies ist möglich, da zur Bildung der Modellabtriebsdrehzahl ein einfaches, schnell zu rechnendes Modell (Fahrzeugintegrator 108, Nachbildung des Lastmoments 120) verwendet wird.
Neben der Reglerberechnung auf der Basis des von der Brennkraftmaschine erzeugten Verbrennungsmoments wird in einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel ein anderes, im Bereich der Brennkraftmaschine auftretendes Drehmoment, z.B. das an der Kurbelwelle anliegende Drehmoment, verwendet.
Neben der Beeinflussung des Zündwinkels wird in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel neben oder alternativ zur Zündwinkelkorrektur ausgehend vom Momentenkorrekturwert in die Kraftzumessung und/oder Luftzufuhr eingegriffen und die Schwingungen reduziert.
Ferner ist der erfindungsgemäße Regler nicht nur auf den Einsatz bei Brennkraftmaschinen beschränkt, sondern kann in vorteilhafter Weise bei Verwendung der entsprechenden Momentenwerte auch bei alternativen Antriebskonzepten, beispielsweise einem Elektromotor, angewendet werden, bei dem entsprechende Triebsstrangschwingungen auftreten.

Claims

Verfahren zur Steuerung der Antriebseinheit eines Fahrzeugs, wobei ein von der Antriebseinheit abgegebenes Drehmoment im Sinne einer Verringerung von Schwingungen im Antriebsstrang des Fahrzeugs beeinflusst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung des Drehmoments aus einem Vergleich der Drehzahl der Antriebseinheit mit einer anhand der Drehmomentzustände im Antriebsstrang des Fahrzeugs gewonnenen Modellabtriebsdrehzahl abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Modellabtriebsdrehzahl durch Integration eines Beschleunigungsdrehmoments (Mbes) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschleunigungsdrehmoment (Mbes) abhängig von einem von der Antriebseinheit erzeugten Drehmoment (Mind) und einem nachgebildeten Lastmoment am Abtrieb des Triebsstrangs gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastmoment am Abtrieb des Triebsstrangs abhängig von einer Differenz zwischen Ist- und Modellabtriebsdrehzahl gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzdrehzahl zwischen Ist- und Modellabtriebsdrehzahl durch ein Proportionalglied in einen Drehmomentenkorrekturwert (ΔMAR) umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentenkorrekturwert (ΔMAR) in einen Korrekturwert für den Zündwinkel umgerechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gleichanteil der Drehzahldifferenz zwischen Ist- und Modellabtriebsdrehzahl durch Filterung mit Hochpassverhalten ausgefiltert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung des Drehmoments durch einen Regler erfolgt, der die aus einem Vergleich des vom Motor erzeugten Drehmoments und dem Lastmoment abtriebsseitig am Antriebsstrang isolierte Drehzahlschwingung in eine Momentenkorrektur umsetzt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler als Rechenprogramm ausgeführt ist, welches winkelsynchron abgearbeitet wird.
Vorrichtung zur Steuerung der Antriebseinheit eines Fahrzeugs, mit einer Steuereinheit, die das von der Antriebseinheit abgegebene Drehmoment im Sinne einer Verringerung von Schwingungen im Antriebsstrang des Fahrzeugs beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit eine Reglereinheit umfaßt, welche das Drehmoment auf der Basis von Istdrehzahl und einer aufgrund der Drehmomentzustände im Antriebsstrang ermittelten Modellabtriebsdrehzahl im Sinne einer Verringerung von Schwingungen beeinflußt.