DE68914193T2

DE68914193T2 - Verfahren und Gerät zur Steuerung der Drosselklappe von Brennkraftmaschinen.

Info

Publication number: DE68914193T2
Application number: DE68914193T
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Kaneyasu; Nobuo Kurihara
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-06-03
Filing date: 1989-06-01
Publication date: 1994-08-25
Anticipated expiration: 2009-06-02
Also published as: EP0344772A2; KR0137469B1; EP0344772A3; DE68914193D1; JP2506150B2; EP0344772B1; JPH01305140A; US4955346A; KR900000579A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Drosselklappe einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Ein Beispiel einer herkömmlichen Drosselklappensteuerungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine beispielsweise für Fahrzeuge ist in der europäischen Patentveröffentlichung Nr. 0 239 095 offenbart, hier wird auf der Grundlage der zugeführten Kraftstoffmenge, die aus der Fahrpedalbetätigungsgröße und einem Getriebeveränderungspositionssignal, einem betriebsveränderlichen Signal, wie beispielsweise der Motordrehzahl und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet wird, eine Drosselöffnung und ein Zündzeitpunkt bestimmt.
In der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 61-200345/1986 ist ein anderes Beispiel einer herkömmlichen Drosselsteuerungsvorrichtung offenbart, hier wird die Steuerungsverstärkung einer Drosselsteuerungseinrichtung entsprechend Motorbetriebsbedingungen wie beispielsweise Ansaugdruck, der durch eine Motorbetriebsbedingungs-Erfassungseinrichtung erfaßt wurde, verändert.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche sind in der US-4 727 838 offenbart. Diese Druckschrift betrifft die Steuerung einer Brennkraftmaschine mit dem Ziel, das Ansprechverhalten derselben zu verbessern. Dies wird erreicht, indem gemäß vorbestimmten Funktionen A, B oder C mittels der Betriebsposition des Fahrpedals eine Solldrosselklappenöffnung bestimmt wird. Zwischen den Funktionen A bis C wird entsprechend der Betätigungsgeschwindigkeit des Fahrpedals umgeschaltet.
Die US-4 640 243 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung der Ansaugluftmenge einer Brennkraftmaschine, bei dem das Ansprechverhalten des Ansaugkrümmerdrucks auf Änderungen der Drosselklappenposition nach Maßgabe von Motorbetriebsparametern und dem eingelegten Gang des Motorgetriebes gesteuert wird. Dies wird durchgeführt, indem der Öffnungswinkel der Drosselklappe während einer Zeitkonstante T1 schrittweise geändert wird. Wenn die Recheneinheit festlegt, daß ein schnelles Motoransprechverhalten erzielt werden soll, wird in Abhängigkeit vom eingelegten Gang eine spezifische Amplitude der Drosselklappenänderung ausgewählt.
Die herkömmliche Drosselklappensteuerungsvorrichtung ist so aufgebaut, daß sie entsprechend einer Fahrpedalbetätigungsgröße einen Drosselöffnungswert erfaßt und auf der Grundlage des Berechnungswerts eine Drosselklappe statisch steuert, es wird jedoch nicht gelehrt, wie die Absicht eines Fahrers bezüglich des Motorzustands genau und schnell umgesetzt werden kann, um einer plötzlichen Änderung einer Motorzustandsgröße zu folgen, die aufgrund einer heftigen Betätigung eines Fahrpedals auftritt. Außerdem widmet der bekannte Stand der Technik nicht genug Aufmerksamkeit einer Vorabsteuerung und Synchronsteuerung für Übertragungsverzögerungen aufgrund einer Motorstruktur und eines Übertragungsmechanismus wie beispielsweise die Zeit, die benötigt wird, bis eine geänderte Zufuhrluftmenge oder Kraftstoffmenge einen Zylinder erreicht, oder aufgrund von Verzögerungszeiten im Ansprechverhalten, die sich bei komplizierten Mechanismen ergibt. Anders ausgedrückt wohnt dem Stand der Technik das Problem inne, daß er den Abfall und Verlangsamungen, die auftreten, wenn sich sich die Fahrpedalbetätigung plötzlich ändert, und Vibrationen des Fahrzeugkörpers in Längsrichtung nicht begrenzen kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Drosselklappe einer Brennkraftmaschine anzugeben, die Längsschwingungen des Fahrzeugs verhindern können und die dazu führen, daß ein Fahrzeug sanft und schnell auf eine plötzliche Änderung einer Fahrpedalbetätigung anspricht.
Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Abhängige Ansprüche beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung einer Drosselklappe einer Brennkraftmaschine weist den Schritt Erfassen einer Fahrpedalbetätigung auf, Erfassen einer Motordrehzahl und Ausgabe eines Steuersignals zum Steuern. Zum Betätigen der Drosselklappe ist eine Betätigungseinrichtung vorgesehen und das Drosselansteuerungssignal wird so gesteuert, daß es ein Drosselöffnungsmuster umsetzt, das auf der Grundlage einer Fahrpedalöffnung, also einem Fahrpedalbetätigungsgrad, einer Fahrpedalbetätigungsgeschwindigkeit und einer Motordrehzahl bestimmt wird. Das Drosselansteuerungssignal wird an die Drosselbetätigungseinrichtung ausgegeben, um die Drosselklappe zu betätigen.
Ein Beispiel für ein Drosselöffnungsmuster ist das, daß die Drosselklappe zur Beschleunigung des Fahrzeugs für einen kurzen Augenblick bis zu einer Drosselöffnung geöffnet wird, die größer als die Drosselöffnung ist, die nach einem Beschleunigungsvorgang bei einer Geschwindigkeit höher als eine vorbestimmte Geschwindigkeit entsprechend dem Fahrpedalbetätigungsgrad bestimmt wurde, um dadurch Längsvibrationen aufgrund der Beschleunigung des Fahrzeugs zu unterdrücken.
Ein anderes Beispiel eines Drosselöffnungsmusters umfaßt eine erste Sollöffnung, auf die hin die Drosselklappe auf eine schnelle Fahrpedalbetätigung hin geöffnet wird und die entsprechend einem Fahrpedalbetätigungsgrad, einer Fahrpedalbetätigungsgeschwindigkeit und der Motordrehzahl bestimmt wird, eine zweite Sollöffnung, auf die hin die Drosselklappe nach dem Ablauf einer gewissen Zeit seit dem Beginn der plötzlichen Betätigung des Fahrpedals eingestellt wird und die entsprechend einer Fahrpedalbetätigungsgröße, einer Fahrpedalbetätigungsgeschwindigkeit und einer Motordrehzahl bestimmt wurde.
Die erfindungsgemäße Drosselsteuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine betätigt die Drosselklappe in einem Modus, der sich von dem Modus unterscheidet, in dem die Drosselklappe direkt entsprechend der Bewegung des Fahrpedals betätigt wird.
Die Absicht des Fahrers spiegelt sich wieder im Fahrpedalbetätigungsgrad, der eine gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit nach den Einstellvorgängen darstellt, und in der Fahrpedalbetätigungsgeschwindigkeit, die die Anforderung für die Geschwindigkeit der Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt, beispielsweise schnelles Ansprechverhalten.
Wenn das schnelle Ansprechverhalten ungenügend ist, wird dies beim Fahrer Mißvergnügen auslösen, da aber das Ansaugsystem, in dem Luft die Zylinder erreicht, ein sekundäres Verzögerungssystem ist, wird eine Übertragungsverzögerung immer unvermeidbar auftreten. Deshalb ändert sich das dem Zylinder zugeführte Luft-Kraftstoff-Gemisch lediglich gemäß einer rampenähnlichen Form, so daß dem Ansprechverhalten die Unmittelbarkeit fehlt. Um den Anforderungen eines Fahrers nach schnellem Ansprechverhalten nachzukommen, muß eine Steuerung in kürzestmöglicher Zeit vorgenommen werden, um die Änderung der Zufuhrmenge des Luft-Kraftstoff-Gemisches so schnell wie möglich dem Zylinder mitzuteilen, und ein Berechnungsverfahren zur Modifizierung des Drosselöffnungsmusters aus der damit erfaßten Fahrpedalbetätigungsgeschwindigkeit wird ausgeführt, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch gemäß der Fahrpedalbetätigungsgeschwindigkeit zu beschleunigen und es dem Zylinder zuzuführen, wodurch die Steuerung in kürzestmöglicher Zeit erreicht wird. Somit ist es möglich, dem Fahrzeugkörper ein ausreichend schnelles Ansprechverhalten zu verleihen, ohne daß Vorwärts- und Rückwärtsbeschleunigung des Fahrzeugkörpers, also Schwingungen in Längsrichtung des Fahrzeugkörpers auftreten würden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein strukturelles Blockdiagramm, das eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Drosselsteuerungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine zeigt;
Fig. 2a ist ein funktionelles Blockdiagramm eines Berechnungsvorgangs eines Drosselansteuerungssignals einer in Fig. 1 gezeigten Steuerung;
Fig. 2b ist die Darstellung eines Beispiels eines Drosselöffnungsmusters;
Fig. 3a und 3b sind Problemanalysediagramme, die ein Beispiel eines Drosselansteuerungsalgorithmus der Steuerung in Fig. 1 zeigen;
Fig. 4 ist ein tabellarisches Diagramm, das Betriebsbeispiele zeigt, wenn in Fig. 1 die Fahrpedalbetätigungsgeschwindigkeiten verschieden sind;
Fig. 5 ist ein strukturelles Blockdiagramm einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform der Drosselsteuerungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine;
Fig. 6a und 6b sind Problemanalysediagramme, die den Kraftstoffzufuhrmengen-Berechnungsalgorithmus der Steuerung aus Fig. 5 zeigen;
Fig. 7 ist ein strukturelles Blockdiagramm einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Drosselsteuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine;
Fig. 8a und 8b sind Problemanalysediagramme, die den Zündzeitpunkt-Berechnungsalgorithmus der in Fig. 7 gezeigten Steuerung zeigen; und
Fig. 9 ist eine Kurvendarstellung, die Beispiele von experimentell ermittelten Daten für die verschiedenen Steuerungen der Fig. 7 zeigt.

Beschreibung der Erfindung

Nachfolgend werden erfindungsgemäße Ausführungsformen bezugnehmend auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist ein strukturelles Blockdiagramm einer Motorsteuerung mittels einer Drosselsteuerung und zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Drosselsteuerungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine.
Die Brennkraftmaschine 11 in Fig. 1 ist mit einer Ansaugleitung versehen, um Luft in den Motor 11 zu führen. Zur Einstellung des Luftflusses ist in der Ansaugleitung eine Drosselklappe 12 angebracht. Eine Steuerung 13, nämlich eine Steuerungseinheit ist vorgesehen, um die Drosselklappe 12 mittels eines Drosselstellglieds 14 zu steuern, das beispielsweise einen Schrittmotor oder Gleichstrommotor zum Betreiben der Drosselklappe sowie einen Treiber zum Betreiben des Motors aufweist. Die Steuerungseinheit 13 empfängt von einem Fahrpedal-Öffnungsdetektor 15 ein Fahrpedal-Öffnungssignal θac, ein U.p.M.-Signal N von einem Drehzahldetektor 16. Wenn im Drosselstellglied 14 ein Gleichstrommotor verwendet wird, ist ein Drosselöffnungsdetektor 141 vorgesehen, um die Öffnung der Drosselklappe 12 zu erfassen, wobei die Steuerungseinheit ein Drosselöffnungssignal vom Drosselöffnungsdetektor verwendet, um die Drosselklappe so zu steuern, daß die tatsächliche Drosselöffnung gleich der Solldrosselöffnung wird. Wenn im Drosselstellglied 14 ein Schrittmotor verwendet wird, fehlt der Drosselöffnungsdetektor 141. Der Motor wird auf der Grundlage von Betriebsparametern wie Kraftstoffmenge, Luftzufuhrmenge, Zündzeitpunkt usw. betrieben. Die Drosselklappe 12 ist im Ansaugsystem vorgesehen, so daß die Luftzufuhrmenge damit eingestellt werden kann. Die Drosselklappe 12 wird durch das Drosselstellglied 14 angetrieben, das durch ein Drosselansteuerungssignal Sth von der Steuerungseinheit 13 gesteuert wird. Die vom Fahrpedal-Öffnungsdetektor 15 ermittelte Fahrpedalöffnung θac, also der Grad des Niederdrückens des Fahrpedals bzw. die Schrittanzahl (Grad), und die vom Motordrehzahldetektor 16 stammenden U.p.M. N werden der Steuerungseinheit 13 zugeführt. Auf der Grundlage der Fahrpedalöffnung θac und der U.p.M. N des Motors erzeugt die Steuerungseinheit 13 das Drosselansteuerungssignal Sth. Im vorliegenden Fall bestimmt die Steuerungseinheit 13 ein Muster für die Drosselöffnung θth so, daß der Öffnungsgrad der Drosselklappe vergrößert oder verkleinert werden kann nicht nur auf der Grundlage des Fahrpedalbetätigungsgrads, sondern auch auf der Grundlage der Fahrpedalbetätigungsgeschwindigkeit, um den Anforderungen des Fahrers, die der Fahrpedalbetätigung entnommen werden können, gerecht zu werden, berechnet das Drosselansteuerungssignal Sth, um dieses Öffnungsmuster zu erreichen, und leitet es an das Drosselstellglied 14 weiter. Entsprechend dem Muster der Drosselöffnung θth, das durch die Steuerungseinheit 13 bestimmt wurde, wird die Drosselklappe 12 geöffnet und geschlossen. Damit erzeugt der Fahrzeugkörper keine wechselnde Beschleunigung in Längsrichtung, also Vorwärts- bzw. Rückwärtsbeschleunigung, und kann schnell auf die Fahrpedalbetätigung ansprechen.
Fig. 2a ist ein funktionelles Blockdiagramm, das eine Ausführungsform des Berechnungsvorgangs des Drosselansteuerungssignals Sth in der in Fig. 1 gezeigten Steuerungseinheit 13 zeigt, und Fig. 2b ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform (Entwurfsbeispiel) eines Musters der Drosselöffnung θth zeigt. In den Fig. 2a und 2b wird mittels einer Berechnungseinheit 25 einer Funktion fs das Drosselansteuerungssignal Sth aus vier Variablen berechnet, nämlich Sollöffnungen α, β und γ und eine Zeit τ. Die erste Sollöffnung α ist hier eine Sollöffnung für das Luftansaugen während der Beschleunigung, um das schnelle Ansprechen zu verbessern, und wird berechnet aus der Fahrpedalöffnung θac aus Fig. 2a, einer Fahrpedalöffnungsgeschwindigkeit bzw. Fahrpedalbetätigungsgeschwindigkeit ac, die ermittelt wird, indem θac mittels einer Differenzierungseinheit 22 nach der Zeit abgeleitet wird, und der Drehzahl (U.p.M.) N des Motors, mittels einer Berechnungseinheit 23 einer Funktion fα gemäß folgender Gleichung:
wobei k&sub1;, k&sub2;, m&sub1;, m&sub2; und A Konstanten sind, und das Gauss-Zeichen ist [ x = 0 (0≤x< 1), n {x = n + d (n:ganze Zahl, 0≤d< 1)}].
Ein Beispiel für die erste Sollöffnung α sei wie folgt gegeben:
wobei N:U.p.M., θac:Grad, ac:Grad/s. Im vorliegenden Fall ist A gegeben als 25 Grad/s, was bedeutet, daß die Drosselsteuerungsvorrichtung die Drosselklappe 12 so ansteuert, daß ein schnelles Ansprechverhalten umgesetzt wird, wenn das Fahrpedal so niedergedrückt wird, daß die Öffnungsgeschwindigkeit höher als 25 Grad/s liegt, und daß die Drosselklappe 12 entsprechend der Fahrpedalbetätigungsgeschwindigkeit betätigt wird, wenn das Fahrpedal mit einer Geschwindigkeit von 25 Grad/s oder weniger betätigt wird, weil in diesem Fall die Beziehung zwischen der Drosselklappenöffnung und der Fahrpedalöffnung so gesetzt ist, daß dann, wenn das Fahrpedal um 45º gedrückt ist, die Drosselklappe 90º offensteht, so daß also die Drosselöffnung = 2θac Die in Gleichung (1) als k&sub1; ausgedrückte Beziehung ist nicht auf k&sub1; = 2 festgelegt, es können andere Werte genommen werden, wenn dies gewünscht ist.
Die zweite Sollöffnung β ist eine Sollöffnung für die Zeit des asynchronen Ansaugens, die eingestellt wird, um die Veränderungen der Längsbeschleunigung zu reduzieren, und die aus der Fahrpedalöffnung θac, θac wie oben beschrieben und aus der Drehzahl N durch eine Berechnungseinheit 24 einer Funktion fβ gemäß der folgenden Gleichung berechnet wird:
wobei k&sub3;, m&sub3; und β Konstanten sind.
Als Beispiel der zweiten Sollöffnung β sei gegeben:
In diesem Fall stellt die Drosselsteuerungsvorrichtung eine Drosselklappenöffnung ein, die größer als die der Fahrpedalöffnung entsprechende ist, wenn die Fahrpedalöffnungsgeschwindigkeit über 5 Grad/s liegt, und β = 2θac, wenn die Fahrpedalöffnungsgeschwindigkeit 5 Grad/s oder weniger beträgt. Im obigen Beispiel verursacht nämlich ein Fahrzeug Vorwärts- und Rückwärtsbeschleunigung, wenn das Fahrpedal mit einer Geschwindigkeit höher als 5 Grad/s betätigt wird, wenn die Drosselklappe nicht gemäß dieser Ausführungsform gesteuert wird.
In Abhängigkeit von der Art und der Stärke des Motors, des Fahrzeugs usw. können für B auch andere Werte als 5 verwendet werden.
Die dritte Sollöffnung γ ist eine Sollöffnung zur Festlegung der Fahrzeuggeschwindigkeit im stationären Zustand und wird auf der Fahrpedalöffnung θac durch eine Berechnungseinheit 25 der Funktion fγ der folgenden Gleichung berechnet:
γ = fγ (θac)
= k&sub1; θac (3)
Ein Beispiel für die dritte Sollöffnung γ ist 2 θac (Grad).
Der vierte Sollwert τ ist die Zeit, zu der asynchrones Ansaugen, nämlich das Ansaugen von Luft asynchron zur Fahrpedalbetätigung, begonnen wird, und sie wird gleichzeitig mit dem Beginn des Luftansaugens bei der Beschleunigung gemessen. Durch eine Berechnungseinheit 26 einer Funktion f der folgenden Gleichung wird zunächst aus der Drehzahl N (U.p.M.) die Schwingungsperioden-Änderungsgeschwindigkeit oder Verhältnis berechnet, wenn die Längsbeschleunigung schwingt, und dann wird durch eine Berechnungseinheit 27 einer Funktion f gemäß der folgenden Gleichung aus dem Schwingungsperioden-Änderungsverhältnis und der Fahrpedalöffnung θac die Zeit berechnet:
= f (N)
= k&sub4; Nm4 (4)
τ = ( ac, )
= k&sub5; ( ac)m5 (5)
wobei k&sub4;, k&sub5;, m&sub4; und m&sub5; Konstanten sind.
Als konkretes Beispiel der Gleichungen (4) und (5) sei gegeben:
Die Zeit τ ist eine Zeitdauer ausgehend von dem Zeitpunkt, zu dem das Fahrpedal niedergedrückt wird, um das Fahrzeug zu beschleunigen. Nachdem die Zeit τ verstrichen ist, wird das Luftansaugen durch die Drosselklappe mit der zweiten Sollöffnung β eingestellt, wodurch das Schwingen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung reduziert wird, selbst wenn das Fahrzeug ausreichend beschleunigt wird.
So kann gemäß dieser Ausführungsform das Drosselöffnungsmuster durch einfache Parameter entworfen werden.
Fig. 3a und 3b sind Problemanalysediagramme (PAD), die eine Ausführungsform des Drosselansteuerungalgorithmus der in Fig. 1 gezeigten Steuerungseinheit 13 zeigen. Fig. 3a zeigt eine Task, die in Zeitabständen ausgeführt wird, die üblicherweise ausreichen, die Änderung der Fahrpedalbetätigung zu überwachen, beispielsweise alle 20 ms, und Fig. 3b zeigt die Task, die in einer Ein-Schritt-Einheit ausgeführt wird, wenn die Drosselklappe 12 angetrieben wird.
In der in Fig. 3a gezeigten Task wird zunächst die Motordrehzahl N erfaßt (Vorgang 301) und es wird die Fahrpedalöffnung θac erfaßt (Vorgang 302). Dann wird beurteilt, ob eine plötzliche Änderung der Fahrpedalbetätigung vorliegt (Vorgang 303) und die seit der schnellen Änderung der Fahrpedalbetätigung verstrichene Zeit t wird auf 0 gesetzt, wenn eine solche Änderung auftritt (Vorgang 304) und das Schwingungsperioden-Änderungsverhältnis wird beispielsweise gemäß Gleichung (4') = f (N) berechnet, wenn die Beschleunigung in Längsrichtung schwingt (Vorgang 305). Die Zeit τ, zu der mit dem asynchronen Luftansaugen begonnen wird, wird gemäß Gleichung (5') berechnet, also τ = fτ (Vorgang 306), und die Sollöffnung α für die Ausführung des Luftansaugens bei der Beschleunigung wird gemäß Gleichung (1') berechnet, also α = fα ( ac, θac, N) (Vorgang 307), und die Sollöffnung β für die Durchführung des asynchronen Luftansaugens wird berechnet gemäß β = fβ ( ac, θac, N) aus Gleichung (2) (Vorgang 308). Dann wird die Sollöffnung auf γ gesetzt (Vorgang 309). Wenn in Vorgang 303 keine schnelle Änderung der Fahrpedalbetätigung festgestellt wird, wird die Sollöffnung γ aus den Fig. 2(a), (b) mittels γ = fγ (θac) aus Gleichung (3) berechnet (Vorgang 310), und es wird die folgende Ungleichung überprüft:
τ < t< (1 + k)τ (6)
wobei k eine Konstante zur Bestimmung der Dauer des asynchronen Luftansaugens ist, beispielsweise 0,3.
Wenn die verstrichene Zeit t die Ungleichung (6) dahingehend erfüllt, daß die verstrichene Zeit t unmittelbar nach der schnellen Änderung der Fahrpedalbetätigung liegt, wird der Wert β als Sollöffnung gesetzt (Vorgang 312), ist die Ungleichung (6) nicht erfüllt, wird die Drosselöffnung auf die Öffnung γ gesetzt (Vorgang 313). Wenn im Drosselstellglied 14 ein Gleichstrommotor verwendet wird, wird die Differenz zwischen dem gesetzten Sollwert und der tatsächlichen Drosselöffnung (wirkliche Öffnung) berechnet (Vorgang 314), und die Drehrichtung des Schrittmotors zum Drehen der Drosselklappe 12 wird bestimmt und das Drehrichtungsflag wird gesetzt (Vorgang 315). Die Zeitdauer T, während derer der Motor schrittweise gemäß der sich im Vorgang 314 wie oben beschrieben ergebenden Differenz angesteuert wird, wird bestimmt (Vorgang 316), und in ähnlicher Weise wird die Anzahl von Drehschritten bestimmt (Vorgang 317). Zuletzt wird die seit der schnellen Änderung verstrichene Zeit t gezählt, damit ist die Task beendet (Vorgang 318).
Die in Fig. 3b gezeigte Task wird nach jeder oben beschriebenen Schrittperiode T ausgeführt, wenn der Motor gedreht wird. Die Normal- oder Rückwärtsdrehung wird anhand des Drehrichtungsflags bestimmt (Vorgang 319). Wenn die Drehrichtung normal ist, wird der Motor einen Schritt in normaler Drehrichtung gedreht (Vorgang 320). Ist sie rückwärts, wird der Motor um einen Schritt rückwärts gedreht (Vorgang 321), und die Schrittzahl von Drehungen wird aufaddiert (Vorgang 322). Dann wird überprüft, ob dieser Wert über der Drehschrittzahl n liegt oder nicht (Vorgang 323), liegt er über der Schrittnummer n, ist die Motordrehung beendet (Vorgang 324). Auf diese Weise kann diese Ausführungsform die Drosselsteuerung zur Einstellung der Drosselöffnung θth entsprechend der Fahrpedalbetätigungsgeschwindigkeit zuverlässig ausführen.
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, das verschiedene Arten von Drosselsteuerungsmustern zeigt, wenn das Fahrpedal mit verschiedenen Geschwindigkeiten betätigt wird, sowie Beispiele von Änderungen der Vorwärts- und Rückwärtsbeschleunigung eines Fahrzeugs. Fig. 4 zeigt Fälle, bei denen die Zeit, die die Fahrpedalöffnung θac benötigt, um ausgehend vom Anfangswert den Endwert zu erreichen, also die Zeit die notwendig ist, damit die Drehzahl N von 800 U.p.M. auf 1000 U.p.M. steigt, entweder 100 ms, 500 ms oder 5 s ist, was als Beispiel der Fahrpedalbetätigungsgeschwindigkeit für schnelle Beschleunigung, mittlere Beschleunigung und langsame Beschleunigung dient.
Bei langsamer Beschleunigung nimmt die Drosselöffnung θth im wesentlichen genauso zu, wie die Fahrpedalöffnung θac, also θth = 2θac im oben beschriebenen Fall, und als Längsbeschleunigung des Fahrzeugs tritt eine kleine, kontinuierliche Beschleunigung auf.
Im Gegensatz hierzu nimmt die Drosselöffnung θth im Falle einer schnellen Beschleunigung plötzlich auf die Sollöffnung α für das Beschleunigungsansaugen gleichzeitig mit dem Beginn der Fahrpedalbetätigung zu und wird auf den gesetzten Sollwert γ geschlossen, wenn festgestellt wird, daß die Fahrpedalbetätigung konstant ist. Der Öffnungs- und Schließvorgang wird beispielsweise mit der Höchstgeschwindigkeit des im Drosselstellglied eingesetzten Motors durchgeführt. Wenn die Zeit τ für den Beginn des asynchronen Ansaugens verstrichen ist, öffnet sich die Drosselklappe auf die Sollöffnung β für das asynchrone Ansaugen, wird für die gemäß Formel (6) bestimmte Zeit kτ geöffnet gehalten und wird wieder auf den gesetzten Sollwert γ geschlossen.
Mit der Änderung der Drosselöffnung θth steigt in dieser Weise die Beschleunigung in Längsrichtung äußerst schnell an, erreicht ihren Spitzenwert und klingt danach sanft ab, ohne daß Schwingungen des Fahrzeugs in Längsrichtung erzeugt würden. Dadurch wird erreicht, daß der Beschleunigungsvorgang innerhalb kurzer Zeit beendet werden kann.
Bezüglich der Drosselöffnung θth im Falle mittlerer Beschleunigung ist die Sollöffnung α für das Beschleunigungsansaugen ähnlich der gesetzten Sollöffnung γ, da die Fahrpedalbetätigung nicht stark ist, und da somit die Drehzahl nicht schnell ansteigt, wird auch die Startzeit τ für das asynchrone Ansaugen länger als bei der schnellen Beschleunigung, und die Sollöffnung β für das asynchrone Ansaugen wird relativ lang auf einer kleinen zusätzlichen Öffnung gehalten. Wenn sich die Drosselöffnung θth in dieser Weise ändert, steigt die Beschleunigung in Längsrichtung sanft an, und da sich keine Spitze entwickelt, ergibt sich ein sanftes Abklingen. Im Vergleich zum Fall der langsamen Beschleunigung ergibt sich somit eine als weich wahrgenommene Beschleunigung, obwohl der Beschleunigungsvorgang kürzer als im Falle der langsamen Beschleunigung ist.
Wie soeben beschrieben, kann mit dieser Ausführungsform durch Auswahl eines Drosselsteuerungsmusters schnelle Beschleunigung oder sanfte Beschleunigung entsprechend der Fahrpedalbetätigung erreicht werden. Da aber die herkömmlichen Steuerungssysteme so ausgelegt sind, daß die Kraftstoffzufuhrmenge Tinj oder der wirksame Wert Tadv des Zündzeitpunkts auf der Grundlage des Meßergebnisses für die Luftflußmenge Q berechnet werden, tritt eine Folgeverzögerung auf, wenn sich die Luftflußmenge Q schnell ändert, und es können unverzüglich ein Abfall oder ein langsames Ansprechen der Beschleunigung sowie Längsvibrationen auftreten. Um diese Probleme zu lösen, wird die gleichzeitige Steuerung der Kraftstoffmenge Tinji wie sie dem Motor 11 zugeführt wird, und des Zündzeitpunkts Tadv vorzugsweise in der folgenden Weise durchgeführt.
Fig. 5 ist ein strukturelles Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen simultanen Steuerung der Kraftstoffzufuhrmenge in einer anderen Ausführungsform der Drosselsteuerungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine. In Fig. 5 bezeichnet Bezugsziffer 51 eine Einrichtung zum Einstellen des zugeführten Kraftstoffs. Die Zeichnung zeigt den beispielhaften Aufbau, bei dem die Einrichtung 51 zum Einstellen der Kraftstoffzufuhr, die die Kraftstoffmenge Tinj für den Motor 11 entsprechend dem Befehl von der Steuerungseinheit 13 geeignet einstellen kann, dem Aufbau nach Fig. 1 angefügt ist. Bei diesem Aufbau bestimmt die Steuerungseinheit 13 die Kraftstoffzufuhrmenge Tinj genauso wie die Drosselöffnung θth auf der Grundlage der Fahrpedalöffnung θac und der Drehzahl N, um den aus der Fahrpedalbetätigung abgeleiteten Fahreranforderungen gerecht zu werden, und es werden dann das Drosselansteuerungssignal Sth an das Drosselstellglied 14 der Drosselklappe 12 und die Kraftstoffzufuhrmenge Tinj zur Einrichtung 51 für die Einstellung der Kraftstoffzufuhr geliefert. Somit kann bei dieser Ausführungsform das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zuverlässig auf einem gewünschten Wert gehalten werden, selbst wenn aufgrund einer plötzlichen Änderung der Fahrpedalbetätigung sowie aufgrund des Verhaltens des Fahrzeugkörpers, der frei von Fahrzeugkörperschwingungen ist, ein Übergangszustand auftritt, es ergibt sich ein schnelles und sanftes Ansprechverhalten bei gleichzeitig guter Kraftstoffausnutzung.
Die Fig. 6a und 6b sind jeweils Problemanalysediagramme, die eine Ausführungsform des Algorithmus für die Berechnung der Kraftstoffzufuhrmenge bei simultaner Steuerung der Kraftstoffzufuhrmenge in der in Fig. 5 gezeigten Steuerungseinheit 13 zeigen. Fig. 6a zeigt die auch in Fig. 3a gezeigte Task der Sollöffnung/Berechnungsroutine, die beispielsweise alle 20 ms durchgeführt wird (Vorgang 601), sowie die Task zum Hinzufügen des Vorgangs zur Berechnung der einzustellenden Kraftstoffmenge Tf, die mit der Steuerung der Drosselöffnung θth so eingestellt werden muß, daß sich ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis einstellt, entsprechend den Sollöffnungen α, β, γ und der seit der schnellen Änderung der Fahrpedalbetätigung verstrichenen Zeit τ und der Drehzahl N, sowie der Grundkraftstoffzufuhrmenge T'inj und der folgenden Funktion ff (Vorgang 602):
Tf = ff (α, β, γ, t, N)
kx : α, β oder γ
k&sub6;, k&sub7;, m&sub6; : Konstante.
Die Konstanten k&sub6;, k&sub7;, m&sub6; können beispielsweise 0,8, 65, 0,1 sein.
Fig. 6b zeigt die Task zur Berechnung des wirksamen Wertes Tinj der Kraftstoffzufuhrmenge (Vorgang 604), indem drehungssynchron die oben beschriebene einzustellende Kraftstoffmenge Tf zu der mittels der vorhandenen Berechnungsroutine (Vorgang 603) für die Grundkraftstoffzufuhrmenge T'inj für jede Zylindereinheit oder jede Zylindergruppeneinheit ermittelten Grundkraftstoffzufuhrmenge T'inj gemäß der folgenden Gleichung addiert wird:
Tinj = T'inj + Tf (8)
T'inj kann ermittelt werden aus der Gleichung Kraftstoffzufuhrmenge/ein Zylinder = 120 G/SN, wobei G: Luftansaugmenge (g/s), s: Anzahl der Zylinder.
Wie oben beschrieben kann bei dieser Ausführungsform der Ausführungsalgorithmus zur Steuerung der Kraftstoffzufuhrmenge Tinj, der gleichzeitig mit der Drosselöffnungssteuerung durchzuführen ist, einfach dadurch verwirklicht werden, daß er der Berechnungstask für die Drosselsollöffnung bzw. der vorhandenen Motorsteuerungslogik angefügt wird.
Fig. 7 ist ein strukturelles Blockdiagramm der gleichzeitigen Steuerung der Kraftstoffzufuhrmenge und des Zündzeitpunkts in der Drosselsteuerungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform. In Fig. 7 bezeichnet Bezugszeichen 71 eine Zündzeitpunkt-Einstelleinrichtung. Die Zeichnung zeigt einen beispielhaften Aufbau, bei dem die Einrichtung 51 zum Einstellen der Kraftstoffzufuhr aus Fig. 5 und die Zündzeitpunkt-Einstelleinrichtung 71, die nach Maßgabe der Steuerungseinheit 13 den Zündzeitpunkt Tadv im Motor 11 geeignet einstellen kann, der in Fig. 1 gezeigten Drosselsteuerungsvorrichtung hinzugefügt sind. Bei diesem Aufbau bestimmt die Steuerungseinheit 13 auf der Grundlage der Fahrpedalöffnung θac und der Drehzahl N die Kraftstoffzufuhrmenge Tinj und den Zündzeitpunkt Tadv, um den aus der Fahrpedalbetätigung abgeleiteten Fahreranforderungen gerecht zu werden, und schickt die Befehle an das Drosselstellglied 14 der Drosselklappe 12, die Einrichtung 51 zum Einstellen der Kraftstoffzufuhr und die Zündzeitpunkt-Einstelleinrichtung 71. Somit kann bei dieser Ausführungsform das Luft-Kraftstoff-Verhältnis selbst dann, wenn sich aufgrund einer schnellen Änderung der Fahrpedalbetätigung ein Übergangszustand ergibt, auf einem gewünschten Wert gehalten werden, und entsprechend diesem Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann der optimale Zündzeitpunkt eingestellt werden. Somit wird durch die Erfindung ein Fahrzeugverhalten erreicht, das frei von Fahrzeugkörpervibrationen ist, das ein schnelles und sanftes Ansprechverhalten zeigt, wobei die Kraftstoffausnutzung sehr gut ist.
Fig. 8a und 8b sind Problemanaylsediagramme, die eine Ausführungsform des Zündzeitpunkt-Berechnungsalgorithmus der gleichzeitigen Steuerung des Zündzeitpunkts der in Fig. 7 gezeigten Steuerungseinheit 13 zeigen. Fig. 8a zeigt die Task (Vorgang 802) zum Hinzufügen der Berechnung zum Vorabschätzen des geschätzten Ausmaßes ΔQt der Luftflußmengenänderung, die sich aufgrund der Drosselöffnungssteuerung ändert, mittels der Funktion fq der nachfolgenden Gleichung, zur Task (Vorgang 801) der Berechnungsroutine für die Sollöffnung und die einzustellende Kraftstoffmenge aus Fig. 6a:
wobei k&sub8;, k&sub9; und m&sub7; Konstanten sind, die beispielsweise 2, 65 und 0,1 betragen können.
Fig. 8b zeigt die Task (Vorgang 804) für den Berechnungsvorgang des Schätzwertes Q der Luftflußmenge, indem der abgeschätzte Luftflußmengen-Änderungsanteil ΔQt zum gemessenen Wert Qm der Luftflußmenge gemäß folgender Gleichung addiert wird, wobei diese Task in die existierende Berechnungsroutine (Vorgang 803) für den Zündzeitpunkt Tadv, die beispielsweise synchron zur Drehung ausgeführt wird, eingegliedert wird:
Q = Qm + ΔQt
Der wirksame Wert Tadv des Zündzeitpunkts wird beispielsweise durch einen Zugriff auf eine Tabelle mittels der Funktion f gemäß nachfolgender Gleichung und unter Verwendung des abgeschätzten Wertes Q der Luftflußmenge bestimmt (Vorgang 803):
Tadv = f (Q, Tinj, N) (10)
Wie beschrieben kann somit diese Ausführungsform einfach dadurch verwirklicht werden, daß der Ausführungsalgorithmus für die Kraftstoffzufuhrmenge und die gleichzeitig mit der Drosselöffnungssteuerung auszuführende Zündzeitpunktssteuerung zur Berechnungstask der Drosselsollöffnungssteuerung bzw. zur existierenden Motorsteuerungslogik hinzugefügt wird.
Fig. 9 ist ein Diagramm von Beispielen experimenteller Daten, wenn die in Fig. 7 gezeigte Drosselöffnungssteuerung und Kraftstoffzufuhrmengen- und Zündzeitpunktsteuerung gleichzeitig ausgeführt werden. Fig. 9 zeigt drei Fälle (I), (II) und (III) der Steuerung der Drosselöffnung, mit der schnellen Änderung der Fahrpedalöffnung, den Änderungen der Luftflußmenge und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Grundlage der früheren und der entstehenden Beschleunigung in Längsrichtung des Fahrzeugkörpers. Wenn wie im Fall (I) keine erfindungsgemäße Steuerung vorgenommen wird, ist die Störung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses so groß, daß ein merklicher Abfall der Längsbeschleunigung auftritt und Längsvibrationen erscheinen. Im Gegensatz hierzu läßt sich im Fall (II), bei dem lediglich die asynchrone Ansaugsteuerung der Drosselöffnung vorgenommen wird, nachdem die Steuerung der Kraftstoffzufuhrmenge sowie des Zündzeitpunkts gleichzeitig erfindungsgemäß vorgenommen worden sind, aufgrund des asynchronen Ansaugens eine deutliche Zunahme der Luftflußmenge beobachten, es ergibt sich dagegen keine größere Störung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das sich beispielsweise zum Zeitpunkt der Beschleunigung allmählich vom gewöhnlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 14,7 auf ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 12 verschiebt. Auch aufgrund der Auswirkungen der Zündzeitpunktsteuerung ist es möglich, deutlich merkbar die Verringerung der Längsbeschleunigung bzw. Längsvibrationen zu vermeiden. Im Fall (III) schließlich, bei dem die Steuerung des Beschleunigungsansaugens der Drosselöffnung sowie des asynchronen Ansaugens gemeinsam durchgeführt werden, nachdem gleichzeitig erfindungsgemäß die Kraftstoffzufuhrmenge und die Zündzeitpunktsteuerung simultan gesteuert wurden, läßt sich der typische schnelle Anstieg der Luftflußmenge und der drastische Anstieg der Luftmenge aufgrund des asynchronen Ansaugens beobachten. Obwohl aufgrund dieser starken Änderungen und aufgrund der schnellen Änderung der Drehzahl im Luft-Kraftstoff-Verhältnis Störungen auftreten, stellen sich weder Verringerungen der Längsbeschleunigungen noch Längsvibrationen ein, und es ergibt sich ein schnelles Ansprechverhalten und hohe Spitzenwerte. Gemäß dieser Ausführungsform kann mittels der Drosselöffnungssteuerung, die vorzugsweise mit der simultanen Steuerung der Kraftstoffzufuhrmenge und des Zündzeitpunkts einhergeht, die Bedienung des Fahrzeugs mit schnellem Ansprechverhalten erreicht werden.
Erfindungsgemäß ist es möglich, die Luftflußmenge, die Kraftstoffzufuhrmenge und den Zündzeitpunkt nach Maßgabe der Fahrpedalbetätigungsgeschwindigkeit geeignet zu steuern. Somit können die herkömmlicherweise auftretenden Verringerungen bzw. langsames Ansprechverhalten der Beschleunigung sowie Längsvibrationen vermieden werden, wobei gleichzeitig das Fahrzeugverhalten eine schnelle Ansprechgeschwindigkeit zeigt. Da außerdem die Parameter der Motorsteuerung geeignet gemäß der Fahrpedalbetätigungsgeschwindigkeit eingestellt werden können, kann der Fahrer seine Absichten durch die Fahrpedalbetätigung dem Motor besser mitteilen.

Claims

1. Verfahren zur Regelung einer Drosselklappe (12) einer Brennkraftmaschine (11) mit den folgenden Schritten:

(A) Erfassen der Motordrehzahl N (Schritt 301),

(B) Erfassen des Betätigungsgrads θac des Fahrpedals (Schritt 302) und

(C) Bestimmen eines Drosselansteuerungssignals Sth entsprechend einem Drosselöffnungsmuster auf der Grundlage der erfaßten Motordrehzahl N des erfaßten Betätigungsgrads θac des Fahrpedals und der ermittelten Fahrpedalbetätigungsgeschwindigkeit ac,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Ansteuersignal Sth so bestimmt wird, daß die Drosselklappe (12) eingestellt wird auf

(C1) eine erste Sollöffnung α beim Niederdrücken des Fahrpedals (Schritt 307),

(C2) eine zweite sollöffnung β nach einer vorbestimmten Zeit τ nach dem Beginn des Niederdrückens des Fahrpedals (Schritt 308) und

(C3) eine dritte Sollöffnung γ zum Einstellen der Fahrzeuggeschwindigkeit, wenn die Fahrpedaländerung (Schritt 309) geringer geworden ist, wobei die zweite sollöffnung β in ihrer Größe unterschiedlich im Vergleich zur ersten Sollöffnung α und zur dritten Sollöffnung γ ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sollöffnung α größer als die zweite Sollöffnung β ist, wenn das Fahrpedal schnell bewegt wird, und daß die erste Sollöffnung α kleiner als die zweite Sollöffnung β ist, wenn das Fahrpedal gemäßigt betätigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sollöffnung α ähnlich der dritten Sollöffnung γ ist, wenn das Fahrpedal gemäßigt betätigt wird, und daß die fur eine gemäßigte Betätigung des Fahrpedals bestimmte Zeit τ größer ist als die für eine schnelle Betätigung des Fahrpedals bestimmte.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sollöffnung α als Funktion des Fahrpedalbetätigungsgrads θac, der Fahrpedalbetätigungsgeschwindigkeit θac und der Motordrehzahl N durch folgende Formel bestimmt wird:

wobei θac der Fahrpedalbetätigungsgrad ist, ac die Fahrpedalbetätigungsgeschwindigkeit, N die Motordrehzahl und k&sub1;, k&sub2;, m&sub1;, m&sub2; und A Konstanten.

5. Verfahren nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sollöffnung während einer Zeit τ auftritt, die durch die folgende Formel festgelegt wird:

τ = k&sub5; k&sub4; Nm4 ( ac)m5

wobei N die Motordrehzahl ist, θac die Fahrpedalbetätigungsgeschwindigkeit und k&sub4;, k&sub5;, m&sub4; und m&sub5; Konstanten.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sollöffnung β als Funktion des Fahrpedalbetätigungsgrads θac, der Fahrpedalbetätigungsgeschwindigkeit θac und der Motordrehzahl N durch die folgende Formel bestimmt wird:

wobei θac der Fahrpedalbetätigungsgrad ist, ac die Fahrpedalbetätigungsgeschwindigkeit, N die Motordrehzahl und k&sub1;, k&sub3;, m&sub2;, m&sub3; und B Konstanten.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 6, wobei die dritte Sollöffnung γ eine Funktion des Fahrpedalbetätigungsgrads θac ist.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 7 dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Grundlage der ermittelten Drosselöffnung θth die dem Motor (11) zugeführte Luftmenge abgeschätzt wird, und daß auf der Grundlage der Luftmenge Q die Kraftstoffmenge Tinj erhöht oder verringert wird, um ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis einzustellen.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündzeitpunkt geregelt wird, so daß sich für das berechnete Luft- Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage der ermittelten Drosselöffnung (θth) und der geschätzten Luftmenge Q, die dem Motor (11) zugeführt wird, eine gewünschte Motorleistung ergibt.

10. Vorrichtung zur Steuerung einer Drosselklappe (12), die in der Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine (11) angebracht ist, die ein Fahrpedal aufweist, einen Fahrpedalöffnungsdetektor (141) zur Erfassung eines Fahrpedalbetätigungsgrads (θac), einen Motordrehzahldetektor (16) zur Erfassung der Motordrehzahl N, eine Drosselbetätigungsvorrichtung (14) zur Betätigung der Drosselklappe (12) und eine Steuerungseinheit (13) zum Erzeugen und Ausgeben eines Ansteuerungssignals Sth zum Ansteuern der Drosselstellvorrichtung (14), die die Drosselklappenöffnung θth entsprechend einem Drosselöffnungmuster setzt auf der Grundlage der erfaßten Motordrehzahl N, des erfaßten Fahrpedalbetätigungsgrads θac und einer ermittelten Fahrpedalbetätigunsgeschwindigkeit ac, dadurch gekennzeichnet, daß

die Steuerungseinheit (13) das Drosselklappenansteuerungssignal Sth so bestimmt, daß die Drosselklappe (12) eingestellt wird auf

- eine erste Sollöffnung α beim Niederdrücken des Fahrpedals (Schritt 307)

- eine zweite Sollöffnung β nach einer vorbestimmten Zeit τ nach dem Beginn des Niederdrückens des Fahrpedals (Schritt 308) und

eine dritte Sollöffnung γ zum Einstellen der Fahrzeuggeschwindigkeit, wenn die Fahrpedaländerung geringer geworden ist (Schritt 309), wobei die zweite Sollöffnung β in ihrer Größe unterschiedlich ist im Vergleich zur ersten Sollöffnung α und zur dritten Sollöffnung γ.