Verfahren und Vorrichtung zur Motormomentregelung

Abstract

 

2.1. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Motormomentregelung, bei denen für eine rasche Motormomentreduzierung eine Kraftstoffeinspritzausblendung unter Verwendung eines aus einem vorgegebenen Ausblendmustersatz in Abhängigkeit von der Motormomentabweichung auswählbaren Ausblendmusters vorgenommen wird.

2.2. Erfindungsgemäß erfolgt parallel zu einer jeweiligen Kraftstoffeinspritzausblendung ein motormomentreduzierender Drosselklappenstelleingriff, mit dem die Momentendifferenz zwischen einem aus einer Motorluftmassenmessung ableitbaren, lastindizierten Ist-Motormoment und dem angeforderten Soll-Motormoment unter entsprechender, gestufter Rücknahme der Stärke der Einspritzausblendung ausgeregelt wird.

2.3. Verwendung zum Beispiel für Antriebsschlupfregelungen mit Motormomentreduktionseingriffen in Kraftfahrzeugen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Motormomentregelung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung.

[0002] Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind in der Offenlegungsschrift DE 42 11 173 A1 als Teil einer dort beschriebenen Antriebsschlupfregelung für ein Kraftfahrzeug mit fremdgezündeter Brennkraftmaschine offenbart. Bei dieser Antriebsschlupfregelung wird bei Auftreten eines zu großen Antriebsschlupfs ein Überschußdrehmoment des Motors in Abhängigkeit von diesem Antriebsschlupf, der Getriebeübersetzung, dem aktuellen Motordrehmoment entsprechend dem Betrieb einer zugehörigen Motorsteuereinheit sowie dem Massenträgheitsmoment des Antriebsstrangs und der Räder derart errechnet, daß bei Verringerung des aktuellen Motordrehmomentes um den Betrag des Überschußmomentes der übermäßige Antriebsschlupf verschwindet. Das zu beseitigende Überschußmoment wird einer Motormomentreduktionssteuerung zugeführt, welche eine Kraftstoffeinspritzsteuerung derart ansteuert, daß anhand eines aus einem vorgegebenen Ausblendmustersatz ausgewählten Ausblendmusters, das über eine bestimmte Zylinderzahl und eine bestimmte Anzahl von Arbeitszyklen hinweg periodisch ist, ein dem Überschußdrehmoment entsprechendes Reduktionsmoment durch eine passende Ausblendung von Einspritzungen eingestellt wird. Zusätzlich ist bei der dortigen Regelung vorgesehen, parallel zu einer jeweiligen Einspritzausblendung den ursprünglichen Zündwinkel so zu verstellen, daß dadurch das Antriebsmoment um ein Anpassungsmoment geändert wird, das Teil des Reduktionsmomentes ist und in seiner Größe wenigstens einem Teil der durch die Einspritzausblendungen erhältlichen Stufenbereiche für das Reduktionsmoment entspricht. Im weiteren Ansteuerungsverlauf wird der verschobene Zündwinkel gleichmäßig auf den ursprünglichen Zündwinkel zurückgeführt. Eine des weiteren vorgesehene Drosselklappensteuerung arbeitet in herkömmlicher Weise lastabhängig, ohne in die Motordrehmomentreduktionssteuerung der Antriebsschlupfregelung einzugreifen, wobei die Reaktionszeit von Drosselklappenwinkeländerungen wiederum durch temporäre Zündwinkelverschiebung kompensiert wird.

[0003] In der Offenlegungsschrift DE 43 42 333 A1 ist eine Steuereinrichtung zur Motormomentreduzierung durch Kraftstoffeinspritzausblendungen als Teil einer Antriebsschlupfregelung offenbart, wobei detailliert Ausblendmuster und ein geeignetes Verfahren zur Umschaltung zwischen den verschiedenen Ausblendmustern vorgeschlagen werden. Herkömmlicherweise werden dabei die Ausblendmuster nicht direkt in Abhängigkeit einer momentanen Motormomentabweichung abgelegt, sondern in Abhängigkeit des Antriebsradschlupfes.

[0004] Es sind des weiteren Antriebsschlupf- und Motormomentregelungen bekannt, bei denen eine angeforderte Reduktion des Motorantriebsmoments zum einen durch Verstellung des Drosselklappenwinkels und, da diese Maßnahme vergleichsweise träge reagiert, bei plötzlichen Reduktionsanforderungen zum anderen durch eine überlagerte Spätverstellung des Zündzeitpunktes vorgenommen wird. Wenn diese Maßnahmen noch nicht ausreichen, werden zusätzliche Kraftstoffeinspritzausblendungen vorgenommen. Ein System dieser Art wird in Jürgen Kasedorf, Service-Fibel für die Steuerungselektronik an Motorkraftübertragungen, Vogel-Verlag, 1989, Seiten 394 bis 396 beschrieben.

[0005] Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Motormomentregelung der eingangs genannten Art zugrunde, mit denen sich angeforderte Motormomentreduzierungen mit vergleichsweise geringem Aufwand und kurzer Reaktionszeit sowie günstiger Motormomentdynamik durchführen lassen.

[0006] Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst. Verfahrensgemäß werden Motormomentreduzierungen parallel durch Kraftstoffeinspritzausblendung und motormomentreduzierende Drosselklappenverstellung vorgenommen. Diese beiden Maßnahmen sind dabei so gekoppelt, daß eine angeforderte Motormomentreduzierung zunächst im wesentlichen von der rasch reagierenden Einspritzausblendung bereitgestellt wird und anschließend deren Wirkung im weiteren Verlauf von der motormomentreduzierenden Wirkung des Drosselklappeneingriffs bei gleichzeitiger, gestufter Rücknahme der Kraftstoffeinspritzausblendung übernommen wird. Einspritzausblendungen erfolgen daher stets begrenzt nur in den Zeiträumen, in denen eine angeforderte Motormomentreduktion noch nicht von der träger reagierenden Drosselklappensteuerung erzielt wird. Zündwinkeleingriffe sind bei dieser Vorgehensweise nicht vorgesehen, was den Realisierungsaufwand relativ gering hält. Anwendungsmöglichkeiten bestehen in allen Systemen mit selbsttätigen Motormomenteingriffen, wie Antriebsschlupfregelungen, Motorschleppregelungen, mit Motormomentreduktionen arbeitenden Getriebeeingriffsystemen sowie Last- und/oder Geschwindigkeitsbegrenzungssystemen.

[0007] Bei dem nach Anspruch 2 weitergebildeten Verfahren basieren die einzelnen Ausblendstufen auf der Differenz zwischen dem aus einer Motorluftmassenmessung abgeleiteten, lastindizierten Ist-Motormoment und dem gewünschten Soll-Motormoment, wobei diese Differenz vorzugsweise prozentual auf das lastindizierte Motormoment bezogen wird. Das tatsächliche Ist-Motormoment entspricht dem Produkt aus dem lastindizierten Motormoment mit dem Bruchteil nicht ausgeblendeter Zylinder.

[0008] Bei der verfahrensdurchführenden Vorrichtung nach Anspruch 3 wirkt die für die Auswahl des jeweiligen Ausblendmusters herangezogene Momentendifferenz zwischen lastindiziertem Ist-Motormoment und Soll-Motormoment parallel auf die Drosselklappensteuerung dergestalt ein, daß letztere eine Anpassung des lastindizierten Motormomentes anstrebt und hierzu einen motormomentreduzierenden Drosselklappenstelleingriff vornimmt, selbst wenn inzwischen das eigentliche Ist-Motormoment aufgrund einer geeigneten Kraftstoffeinspritzausblendung auf das gewünschte Soll-Motormoment reduziert wurde. Im weiteren Verlauf des jeweiligen Motormomentregeleingriff nähert sich folglich das lastindizierte Ist-Motormoment dem Soll-Motormoment an, was eine allmähliche Verringerung der zugehörigen Momentendifferenz zur Folge hat, die ihrerseits eine Rücknahme der Stärke der Einspritzausblendungen durch Übergang auf Ausblendmuster mit immer weniger Ausblendungen pro Ausblendperiode bewirkt, bis schließlich die gesamte angeforderte Momentenreduktion über die Drosselklappensteuerung zur Verfügung gestellt wird und keine Einspritzausblendung mehr erfolgt. Die Übernahme der motormomentreduzierenden Wirkung der Einspritzausblendung durch die Drosselklappensteuerung geschieht dabei vollkommen selbsttätig aufgrund der Rückführung der Differenz zwischen lastindiziertem Ist-Motormoment und Soll-Motormoment.

[0009] Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

[0010] Die einzige Figur zeigt ein schematisches Funktionsdiagramm einer Motormomentregeleinrichtung.

[0011] Die gezeigte Motormomentregeleinrichtung beinhaltet zur Erfassung der Motorluftmasse als Maß für das damit korrespondierende lastindizierte Ist-Motormoment (M_I) ein Heißfilm-Luftmassenmeßglied (1). Als Stellglieder dienen einerseits eine Drosselklappe (2) und andererseits nicht gezeigte, herkömmliche Kraftstoffeinspritzglieder, die von einer Einspritzsteuerung nach üblichen Kriterien sowie anhand eines abgelegten Ausblendmustersatzes für Einspritzausblendvorgänge angesteuert werden.

[0012] Der Ausblendmustersatz kann beispielsweise für einen Motor mit vier Zylindern aus gestuften Ausblendmustern bestehen, bei denen sukzessive eine weitere von acht aufeinanderfolgenden Einspritzungen ausgeblendet wird. Der in der Figur angedeutete Schritt (3) zur Auswahl eines jeweiligen Ausblendmusters basiert auf der Größe der Differenz (dM) zwischen dem erfaßten lastindizierten Ist-Motormoment (M_I) und dem von einer Antriebsschlupfregelung angeforderten Soll-Motormoment (M_SA), wobei letzteres durch eine in der Figur gestrichelt angedeutete Filterstufe (4) einer geeigneten Dynamikanpassung unterzogen wird. Der Einspritzausblendungsteil des Systems fragt dabei jeweils ab (Schritt 5), ob die Differenz zwischen lastindiziertem Ist-Motormoment (M_I) und Soll-Motormoment (M_SA) die von einem zugehörigen Subtrahierer (6) ermittelt wird, positiv ist. Solange dies aufgrund fehlender Motormomentreduktionsanforderungen durch die Antriebsschlupfregelung nicht der Fall ist, unterbleiben Einspritzausblendungen (Schritt 7). Ist diese Momentendifferenz (dM) hingegen positiv, so wird, abhängig von dieser Differenz das geeignete Ausblendmuster ausgewählt. Dazu wird die Momentendifferenz (dM) prozentual auf das lastindizierte Ist-Motormoment (M_I) bezogen, und jedem der Ausblendmuster ein entsprechender Prozentbereich zugeordnet. Damit erfolgt erstmals dann eine Einspritzausblendung in der niedrigsten Stufe, in der jede zweite Einspritzung eines der vier Zylinder ausgeblendet wird, wenn die prozentuale Momentendifferenz einen Wert von 12,5% überschritten hat. Jeweils bei weiterer Erhöhung um 12,5% erfolgt der Übergang zum Ausblendmuster der nächsthöheren Stufe. Für die Rückumschaltung von einem Ausblendmuster höherer auf das Ausblendmuster der nächst niedrigeren Stufe ist eine applizierbare Hystereseschwelle vorgesehen, um ein eventuelles Schwingen zwischen zwei benachbarten Ausblendmustern zu vermeiden. Selbstverständlich können die jeweiligen Schwellwerte für die Aktivierung eines Ausblendmusters je nach Anwendungsfall variiert werden.

[0013] Die mit der Einspritzausblendung einhergehende Kraftstoffabschaltung wirkt jeweils mit dem nächst höheren Zylinder. Bei Anforderung einer größer werdenden Momentenreduktion wird der Startpunkt des neuen Ausblendmusters in die vordere Musterhälfte gelegt, während er bei kleiner werdender Reduktionsanforderung in der hinteren Musterhälfte liegt, wenn vorausgesetzt wird, daß beim Ablegen des Ausblendmustersatzes die Einspritzung an einem jeweiligen Zylinder stets zuerst in der vorderen Musterhälfte ausgeblendet wird. Weiter kann vorgesehen sein, daß die Anwendung bestimmter Ausblendmuster innerhalb eines vorgebbaren Last-Drehzahl-Bereiches unterbleibt. Die Kraftstoffabschaltung wird abhängig von der Motortemperatur, der Motordrehzahl und anderen Einflußgrößen verriegelt. Sobald bei einem Zylinder der Kraftstoff abgeschaltet wird, geht die Lambdaregelung auf Steuerbetrieb und zur Korrektur des Restgasanteils wird ein vorgebbarer Last-Offsetwert auf den Last-Rohwert addiert. Außerdem wird nach einer jeweiligen Kraftstoffabschaltung eine zylinderspezifische Kraftstoffanreicherung vorgenommen, wozu für jeden Zylinder ein Ausblendzähler die aufeinanderfolgenden Einspritzausblendungen erfaßt. Aus einem daraus kennlinienabhängig gewonnenen Ausblendzählerwert multipliziert mit einem kennlinienabhängig gewonnenen Motortemperaturwert ergibt sich der jeweilige zylinderspezifische Wiedereinsetzanreicherungsfaktor.

[0014] Parallel zur Einspritzausblendung erfolgt während eines solchen Motormomentreduktionsvorgangs ein Drosselklappenstelleingriff. Hierzu wird ein zeitabhängig einzustellender Drosselklappenwinkel (α_R) von einem Subtrahierer (8) einer Drosselklappenstelleinheit ermittelt, dem zum einen das Ausgangssignal eines Umsetzers (9), der das von der Antriebsschlupfregelung angeforderte Soll-Motormoment (M_SA) in einen entsprechenden Drosselklappenwinkelwert umsetzt, und zum anderen das Ausgangssignal eines PI-Reglers (10) zugeführt ist, an dem eingangsseitig die Momentendifferenz (dM) zwischen lastindiziertem Ist-Motormoment (M_I) und Soll-Motormoment (M_SA) anliegt. Das Ausgangssignal des PI-Reglers (10) wird auf einen applizierbaren positiven beziehungsweise negativen Maximalwert begrenzt. Der PI-Regler (10) ist nur in Betriebsphasen mit Antriebsschlupfregelung aktiv. Auf diese Weise wird der jeweils zum angeforderten Soll-Motormoment (M_SA) gehörige Wert des Drosselklappenwinkels von dem über den PI-Regler (10) bewirkten Zusatzwert überlagert, mit dem die Drosselklappensteuerung die von der Einspritzausblendung unbeeinflußte Differenz zwischen lastindiziertem Motormoment (M_I) und Soll-Motormoment (M_SA) unter gleichzeitiger gestufter Rücknahme der Einspritzausblendung ausregelt. Es sei an dieser Stelle zum Verständnis nochmals angemerkt, daß sich während aktiven Einspritzausblendvorgängen das tatsächliche Ist-Motormoment vom lastindizierten Motormoment um den Faktor des Bruchteils nicht ausgeblendeter Zylinder unterscheidet.

[0015] Der während der Motormomentreduktionsvorgänge, die von der Antriebsschlupfregelung angefordert werden, maßgebliche Drosselklappenwinkel-Stellwert (α_R) wird einer Drosselklappenwinkel-Auswahleinheit (10) der Drosselklappenstelleinheit zugeführt, der zusätzlich ein über das Fahrpedal erfaßter, auf einen entsprechenden Fahrerwunsch zurückgehender Stellwert (α_F), ein auf einen Tempomat zurückgehender Stellwert (α_T) und ein auf eine Motorschleppregelung zurückgehender Stellwert (α_E) für die Drosselklappe (2) zugeführt sind und die daraus in Übereinstimmung mit den jeweiligen Betriebsbedingungen den gültigen Drosselklappenwinkel-Stellwert (α_S) auswählt.

[0016] Der in Betriebsphasen mit aktiver Motorschleppregelung ausgewählte Drosselklappen-Stellwert (α_E) wird von einem Subtrahierer (11) erzeugt, dem einerseits das Ausgangssignal eines Umsetzers (12), der ein von der Motorschleppregelung angefordertes Soll-Motormoment (M_SS) in einen entsprechenden Drosselklappenwinkelwert umsetzt, und andererseits das Ausgangssignal eines weiteren PI-Reglers (13) zugeführt ist, dem eingangsseitig über einen zugehörigen Subtrahierer (14) die Momentendifferenz zwischen dem lastindizierten Ist-Motormoment (M_I) und dem in diesem Fall von der Motorschleppregelung angeforderten Soll-Motormoment (M_SS) zugeführt ist. Das Ausgangssignal des PI-Reglers (13) wird ebenfalls auf einen applizierbaren positiven beziehungsweise negativen Maximalwert begrenzt. Analog zum oben beschriebenen Fall von antriebsschlupfregelnden Betriebsphasen wird mit dieser Maßnahme einer entsprechenden Momentendifferenzrückführung über den PI-Regler (13) auch während Betriebsphasen mit Motorschleppregelung eine zuverlässige Ausregelung der Differenz zwischen dem lastindizierten Ist-Motormoment (M_I) und dem geforderten Soll-Motormoment (M_SS) bewirkt.

[0017] Das beispielhaft gezeigte, erfindungsgemäße Motormomentregelungssystem ermöglicht die Umsetzung einer jeweiligen Anforderung nach einer raschen Motormomentreduzierung mit einem verhältnismäßig einfachen Systemaufbau durch eine günstige Kopplung von Kraftstoffeinspritzausblendungen und Drosselklappenstelleingriffen derart, daß die Forderung nach rascher Momentreduzierung durch eine entsprechende Einspritzausblendung erfüllt und deren Wirkung im weiteren Verlauf sukzessive von der träger reagierenden Lastregelung auf die zugehörige Drosselklappensteuerung übertragen wird, wobei sich die Einspritzausblendungen selbstätig zurücknehmen. Dazu werden die Ausblendmuster in Abhängigkeit von der Differenz des von der Motorluftmasse repräsentierten lastindizierten Ist-Motormoments zum geforderten Soll-Motormoment, also mittels eines direkten Momentenvergleichs, ausgewählt. Gleichzeitig dient diese Momentendifferenz als Eingangsgröße für die Drosselklappensteuerung, womit letztere die momentenreduzierende Wirkung der Einspritzausblendungen mit der ihr eigenen, größeren Reaktionszeit zu übernehmen vermag und die Einspritzausblendung simultan dazu gestuft rückgängig gemacht werden kann.

Ansprüche

1. Verfahren zur Motormomentregelung, bei dem

- für eine rasche Motormomentreduzierung eine Kraftstoffeinspritzausblendung unter Verwendung eines abhängig von der Motormomentabweichung aus einem Ausblendmustersatz auswählbaren Ausblendmusters vorgenommen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß

- parallel zur Kraftstoffeinspritzausblendung ein motormomentreduzierender Drosselklappenstelleingriff vorgenommen wird, durch den das lastindizierte Ist-Motormoment (M_I) auf das angeforderte Soll-Motormoment (M_SA) eingeregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
als Kriterium für die Auswahl des jeweiligen Ausblendmusters die Differenz zwischen dem aus einer Motorluftmassenmessung gewonnenen, lastindizierten Ist-Motormoment (M_I) und dem angeforderten Soll-Motormoment (M_SA) dient.

3. Vorrichtung zur Motormomentregelung, mit

- einer Einrichtung zur Kraftstoffeinspritzausblendung anhand eines abgespeicherten Ausblendmustersatzes und

- einer Drosselklappenstelleinheit,
dadurch gekennzeichnet, daß

- die Einrichtung zur Kraftstoffeinspritzausblendung das Ausblendmuster für eine jeweilige Einspritzausblendung in Abhängigkeit vom Wert der Differenz zwischen dem aus einer Motorluftmassenmessung abgeleiteten, lastindizierten Ist-Motormoment (M_I) und dem angeforderten Soll-Motormoment (M_SA) auswählt und

- die Drosselklappenstelleinheit einer jeweiligen Einspritzausblendung einen Drosselklappenstelleingriff überlagert, bei dem sich der einzustellende Drosselklappenwinkel (α_R) aus einer zum Soll-Motormoment (M_SA) gehörigen und einer die Momentendifferenz (dM) zwischen dem lastindizierten Ist-Motormoment (M_I) und dem Soll-Motormoment (M_SA) ausregelnden Komponente zusammensetzt.

Zeichnung