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(11) | EP 0 937 886 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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| (54) |
Verfahren zur Einstellung der Antriebsleistung eines Kraftfahrzeuges Method for controlling the power of a vehicle Procédé de réglage de la puissance d'un véhicule |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der Antriebsleistung eines Kraftfahrzeuges mit einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
[0002] Ein gattungsgemäßes Verfahren zur Einstellung der Antriebsleistung eines Kraftfahrzeuges ist aus der DE 44 07 475 A1 bekannt. Hierbei wird auf der Basis eines Sollwertes für das von der Antriebseinheit abzugebende Drehmoment neben der Last auch der Zündwinkel und das Luft-/Kraftstoffverhältnis beeinflußt.
[0003] Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Einstellung der Antriebsleistung eines Kraftfahrzeuges mit einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine derart zu verbessern, das ein zentral vorgegebenes Sollmoment bei unterschiedlichen Dynamikanforderungen einfach und zuverlässig eingestellt werden kann.
[0005] Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird bei der Motorsteuerung die Koordination der verschiedenen Anforderungen an den Fahrzeugantrieb von den Funktionen zur Einstellung der Brennkraftmaschine entkoppelt. Die Momentenschnittstelle gibt lediglich ein Sollmoment und eine Information darüber, mit welcher Dynamik diese Momentenanforderung eingestellt werden soll, an die Steuerung der Brennkraftmaschine. Hierbei ist es völlig unerheblich, wieviele Teilsysteme an der Momentenschnitttelle beteiligt sind und wie die eigentliche Koordination vollzogen wird. Durch die Einrichtung dreier Betriebszustände, in denen die Anforderungen mit unterschiedlicher Dynamik und mit unterschiedlicher Zielsetzung erfüllt werden, kann dennoch den unterschiedlichen Anforderungen aller Teilsysteme Rechnung getragen werden.
[0006] Durch die Einrichtung eines Übergangsbetriebszustandes mit einem zugehörigen Schwellwert für einen Zündwinkelkorrekturfaktor kann ein schlagartiges Zurücknehmen einer großen Zündwinkelverstellung und damit einer spürbaren Momentenänderung, wie sie durch ein direktes Springen von einem Betriebszustand mit Zündwinkelverstellung in einen Betriebszustand ohne Zündwinkelverstellung entstehen könnte, verhindert werden.
[0007] Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor. Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung näher beschrieben, wobei
- Fig. 1
- einen Strukturplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens und
- Fig. 2
- eine Prinzipdarstellung der möglichen Übergänge zwischen den einzelnen Betriebszuständen zeigt.
[0008] Ausgangspunkt für das in der Zeichnung beschriebene Verfahren ist ein gewünschtes Sollmoment M_soll und eine Information darüber, auf welche Art und Weise das gewünschte Sollmoment M_soll eingestellt wird. Hierzu wird in Block 1 ein aus einer Fahrervorgabe ermitteltes Fahrerwunschmoment und gegebenenfalls weiterer Wunschmomente M_i zu einem resultierenden Sollmoment M_soll verarbeitet. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um eine sogenannte Momentenschnittstelle, in der das Fahrerwunschmoment mit anderen Wunschmomenten M_i, die beispielsweise aus der Getriebesteuerung, aus einer Fahrdynamikregelung oder anderen Teilsystemen der Antriebsregelung übergeben werden, zu einem resultierenden Sollmoment M_soll verarbeitet wird. Eine solche Momentenschnittstellen ist prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt und wird daher hier auch nicht näher erläutert.
[0009] Zusätzlich wird von der Momentenschnittstelle in Block 1 eine Information darüber, mit welcher Dynamik die Momenteneinstellung erfolgen soll, in Form von zwei sogenannten Dynamikbits MDYN0, MDYN1 bereitgestellt. Bei Ottomotoren lassen sich Momentenanforderungen in bekannter Weise über den Luftpfad und/oder über einen Zündungseingriff realisieren. Die jeweils gewünschte Art der Momenteneinstellung wird über die zwei Dynamikbits MDYN0, MDYN1 durch Betriebszustände Z1 bis Z3 definiert:
| Momenteneinstellung | MDYN1 | MDYN0 | Zustand |
| Wirkungsgrad optimale Momenteneinstellung über den Luftpfad | 0 | 0 | Z1 |
| Schnellst mögliche Momenteneinstellung über Zündwinkelverstellung und Luftpfad | 0 | 1 | Z2 |
| Momentensollwert für den Luftpfad wird eingefroren, Momentenreduktion erfolgt über Zündwinkelverstellung | 1 | 0 | Z3 |
| Ungültige Kombination | 1 | 1 | - |
[0010] Soll beispielsweise das Sollmoment M_soll durch eine Wirkungsgrad optimale Momenteneinstellung erfolgen, das heißt der Betriebszustand Z1 liegt vor, so werden von Block 1 folgende Dynamikbits an Block 2 übergeben:
[0011] Werden in der Momentenschnittstelle 1 die Wunschmomente M_i mehrerer Teilsysteme koordiniert, so müssen dort auch die unterschiedlichen Dynamikanforderungen der Teilsysteme koordiniert werden. Im Normalbetrieb eines Abstandsregeltempomaten ist ebenfalls eine Wirkungsgrad optimale Momenteneinstellung vorgegeben. In bestimmten Betriebsbedingungen kann jedoch für den Abstandsregeltempomaten auf eine schnellst mögliche Sollmomenteneinstellung umgestellt werden. Bei den Fahrdynamikregelsystemen wird im Normalbetrieb eine schnellst mögliche Sollmomenteneinstellung vorgegeben. In bestimmten Betriebsbedingungen kann jedoch auf eine Momenteneinstellung mit Vorhalt umgestellt werden. Die Getriebesteuerung wünscht ebenfalls üblicherweise eine schnellst mögliche Momenteneinstellung. Selbstverständlich zeigen die genannten Vorgaben nur Ausführungsbeispiele. Die Verarbeitung der einzelnen Momentenvorgaben M_i und der zugehörigen Dynamikanforderungen zu einem Sollmoment M_soll und einer Dynamikanforderung MDYN0, MDYN1 ist nicht Gegenstand dieser Patentanmeldung und wird daher auch nicht weiter erläutert. Gegenstand dieser Anmeldung ist ein Verfahren, mit dem man ein vorgegebendes Sollmoment M_soll bei unterschiedlichen Dynamikanforderungen effektiv einstellen kann.
[0012] In Block 2 wird anschließend das Sollmoment M_soll in Abhängigkeit vom momentanen Betriebszustand Z1 bis Z3 in ein Füllungsmoment M_Füll und ein resultierendes Moment M_Zünd aufgeteilt. Das Füllungsmoment M_Füll wird über die Lastregelung eingestellt, während das resultierende Moment M_Zünd durch eine Zündwinkelverstellung beigesteuert wird. Außerdem wird in Block 2 ein weiteres Steuerbit MDYN_MK, dessen Funktion weiter unten näher erläutert wird, nach folgender Tabelle bereitgestellt:
| Betriebszustand | M Füll | M Zünd | MDYN MK |
| Z1 | := M soll | M soll | 0 |
| Z2 | := M soll | M soll | 1 |
| Z3 | := Max(M Füll (k-1), M soll) | M soll | 1 |
| Z4 | := M soll | M soll | 1 |
[0013] Beim Betriebszustand Z4 handelt es sich um einen Übergangszustand, der weiter unten anhand von Fig. 2 näher erläutert wird. Im Betriebszustand Z3 wird das Füllmoment M_Füll fixiert. Das bedeutet, beim Eintritt in den Betriebszustand Z3 wird das Füllmoment M_Füll auf das momentane Sollmoment M_soll gesetzt. Anschließend wird bei jeder Ermittlung das aktuelle Sollmoment M_soll mit dem Füllmoment M_Füll(k-1) des letzten Durchganges verglichen und der größere der beiden Werte als aktuelles Füllmoment M_Füll abgelegt und weitergeben. Das bedeutet, daß sich im Betriebszustand Z3 das Füllmoment M_Füll nicht verringern, sondern lediglich vergrößern kann.
[0014] In Block 3 wird ein Restmoment M_Rest ermittelt, das sich zusammensetzt aus dem Reibmoment und dem für den Antrieb von Nebenaggregaten benötigten Moment. Das Reibmoment kann aus der aktuellen Motordrehzahl, der Öltemperatur und gegebenenfalls weiteren Betriebsparametern ermittelt werden. Dieses Restmoment M_Rest wird in den Blöcken 4 und 5 zur Ermittlung des indizierten Füllmoments M_Füll_Ind und des indizierten resultierenden Moments M_Zünd_Ind zum effektiven Füllmoment M_Füll beziehungsweise zum effektiven resultierenden Moment M_Zünd addiert.
[0015] Weiterhin wird in Block 6 zur Leerlaufregelung ein Leerlaufmoment M_Leer ermittelt und in Block 7 mit dem indizierten Füllmoment M_Füll-Ind verglichen, wobei jeweils der größere der beiden Werte als indiziertes Moment M_Ind an die Lastregelung übergeben wird. Die Lastregelung ist ansich bekannt und wird daher hier nur noch kurz erläutert. In der Lastregelung wird anhand der aktuellen Motordrehzahl und gegebenenfalls weiterer Betriebsparameter aus dem indizierten Moment M_Ind ein Lastsollwert TL_soll ermittelt. Gleichzeitig wird der Lastistwert TL_ist, beispielsweise mit Hilfe eines Luftmassenmessers, ermittelt, laufend mit dem Lastsollwert TL_soll verglichen und ein Differenzwert berechnet. Dieser Differenzwert wird dann durch eine Ansteuerung der Drosselklappe möglichst auf Null geregelt.
[0016] In Block 8 wird aus dem Quotient von indiziertem resultierenden Moment M_Zünd_Ind und indiziertem Füllmoment M_Füll_Ind ein erster Zündwinkelkorrekturfaktor ηdyn ermittelt und im Block 9 mit einem zweiten Zündwinkelkorrekturfaktor ηMK zur Berechnung des resultierenden Zündwinkelkorrekturfaktors η multipliziert. Aus dem resultierenden Zündwinkelkorrekturfaktor η kann dann mit Hilfe eines Kennfeldes ein Spätverstellwinkel für die Zündwinkelberechnung ermittelt werden.
[0017] Die Berechnung des zweiten Zündwinkelkorrekturfaktors ηMK erfolgt ausgehend von Block 10. Dort wird aus dem Quotient von Lastsollwert TL_soll und Lastistwert TL_ist ein Korrekturfaktor ηTL berechnet und in Block 11 durch einen MIN-Vergleich auf den Maximalwert 1 begrenzt. Dieser begrenzte Korrekturfaktor ηTL wird sowohl an Block 2 als auch an Block 12 weitergegeben. In Block 12 wird anschließend in Abhängigkeit vom Steuerbit MDYN_MK, welches vom Block 2 an den Block 12 übergeben wird, und vom begrenzten Korrekturfaktor ηTL der zweite Zündwinkelkorrekturfaktor ηMK ermittelt. Und zwar wird der zweite Zündwinkelkorrekturfaktor ηMK=1, falls das Steuerbit MDYN_MK=O, beziehungsweise ηMK=ηTL, falls das Steuerbit MDYN_MK=1 ist. Wie bereits weiter oben beschrieben wird dann der zweite Zündwinkelkorrekturfaktor ηMK in Block 9 mit dem ersten Zündwinkelkorrekturfaktor ηdyn zur Berechnung des resultierenden Zündwinkelkorrekturfaktors η multipliziert.
[0018] Wie aus der ersten Tabelle zu entnehmen ist, wird im ersten Betriebszustand Z1 das Füllmoment M_Füll=M_soll und auch das resultierende Moment M_Zünd=M_soll gesetzt. Somit ergibt sich bei der Quotientenbildung in Block 8 ein erster Zündwinkelkorrekturfaktor ηdyn=1. Da außerdem das Steuerbit MDYN_MK=0 ist, wird der zweite Zündwinkelkorrekturfaktor ηMK in Block 12 ebenfalls auf den Wert 1 gesetzt. Somit ergibt sich ein resultierender Zündwinkelkorrekturfaktor η=1, das heißt der Zündwinkel wird nicht korrigiert. Somit wird die gesamte Momenteneinstellung Wirkungsgrad optimal über das Füllmoment M_Füll=M_soll, das heißt über die Lastregelung vorgenommen.
[0019] Im zweiten Betriebszustand wird, wie bereits im ersten Betriebszustand Z1 auch, das Füllmoment M_Füll=M_soll und das resultierende Moment M_Zünd=M_soll gesetzt. Somit ergibt sich bei der Quotientenbildung in Block 8 wiederum ein erster Zündwinkelkorrekturfaktor ηdyn=1. Im Gegensatz zum Betriebszustand Z1 ist aber das Steuerbit MDYN_MK=1. Somit wird in Block 12 der begrenzte Korrekturfaktor ηTL aus Block 11 als zweiter Zündwinkelkorrekturfaktor ηMK an Block 9 übergeben. Die Berechnung des Korrekturfaktors ηTL erfolgt, wie bereits weiter oben beschrieben, in Block 10 durch Quotientenbildung aus dem Lastsollwert TL_soll und dem Lastistwert TL_ist. Ist hierbei der Lastsollwert größer als der Lastistwert TL_soll>TL_ist, so ergibt sich ein Korrekturfaktor ηTL1>. Dieser wird dann anschließend in Block 11 auf den Wert ηTL=1 begrenzt. Dadurch wird der Tatsache Rechnung getragen, daß der Lastistwert durch eine Zündspätverstellung zwar reduziert, nicht jedoch erhöht werden kann. Ist hingegen in Block 10 der Lastsollwert kleiner als der Lastistwert TL_soll<TL_ist, so ergibt sich ein Korrekturfaktor ηTL<1. Dieser wird dann als zweiter Zündwinkelkorrekturfaktor ηMK an Block 9 und nach der Multiplikation mit dem ersten Zündwinkelkorrekturfaktor ηdyn=1 als resultierender Zündwinkelkorrekturfaktor η an die Zündwinkelberechnung übereben. In diesem Fall wird also zusätzlich zur Lastregelung über eine Zündspätverstellung eine schnellst mögliche Momentenreduzierung ausgelöst.
[0020] Im dritten Betriebszustand Z3 wird eine Momenteneinstellung mit Vorhalt durchgeführt. Dies bedeutet, daß bei einer Reduzierung des Sollmomentes M_soll das Füllmoment M_Füll auf dem ursprünglichen Wert M_Füll(k-1) festgehalten wird. Die Momentenreduzierung erfolgt in diesem Fall ausschließlich über die Zündzeitpunktverstellung. Bei einer Erhöhung des Sollmomentes M_soll wird allerdings auch das Füllmoment M_Füll entsprechend erhöht und somit die Lastregelung entsprechend durchgeführt. Die Ermittlung des zweiten Zündwinkelkorrekturf aktors ηMK erfolgt analog dem Verfahren gemäß Betriebszustand Z2. Zusätzlich kann sich aber in Block 8 das resultierende Moment M_Zünd vom Füllmoment M_Füll unterscheiden, so daß sich ein von 1 verschiedener erster Zündwinkelkorrekturfaktors ηdyn ergibt. Da das resultierende Moment M_Zünd=M_soll gesetzt wird und das Füllmoment nur Werte M_Füll>=M_soll annehmen kann, ergibt sich somit ein erster Zündwinkelkorrekturfaktor von ηdyn<=1. In diesem Betriebszustand Z3 können somit beide Zündwinkelkorrekturfaktoren ηdyn, ηMK zur Zündwinkelverstellung beitragen.
[0021] Abschließend soll nun anhand von Fig. 2 noch kurz erklärt werden, wie der Übergang zwischen den einzelnen Betriebszuständen Z1 bis Z4 erfolgt. Neben den bereits oben beschriebenen Betriebszuständen Z1 bis Z3 ist hier noch ein zusätzlicher Übergangsbetriebszustand Z4 vorgesehen, dessen Funktion im folgenden beschrieben wird. Das Verfahren zur Ermittlung des indizierten Momentes M_Ind und des resultierenden Zündwinkelkorrekturfaktors η entspricht hierbei vollkommen dem Verfahren im Betriebszustand Z2.
[0022] Beim Start wird im Rahmen einer Initialisierung der Betriebszustand Z1 ausgewählt. In Abhängigkeit von der in Block 1 jeweils aktuell ermittelten Dynamikanforderung MDYN0, MDYN1 wird dann ein neuer Betriebszustand Zi ausgewählt. Die möglichen Übergänge zwischen den Betriebszuständen Zi sind jeweils als Pfeile mit zugehörigen Bedingungen dargestellt. Wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, ist ausgehend vom Betriebszustand Z1 nur ein Übergang auf die Betriebszustände Z2 oder Z3 möglich. Ein direkter Übergang vom Betriebszustand Z1 auf den Übergangsbetriebszustand Z4 ist nicht vorgesehen. Entsprechend sind zwar beliebige Wechsel zwischen den Betriebszuständen Z2, Z3 und Z4 möglich, ein direkter Wechsel von den Betriebszuständen Z2 beziehungsweise Z3 in den Betriebszustand Z1 ist wiederum nicht vorgesehen. Zurück zum Betriebszustand Z1 gelangt man nur über den Übergangsbetriebszustand Z4, falls zusätzlich der begrenzte Korrekturfaktor ηTL größer als ein vorgegebener Schwellwert s ist. Durch diese Bedingung wird ein schlagartiges Zurücknehmen einer großen Zündwinkelverstellung und damit einer spürbaren Momentenänderung, wie sie durch ein direktes Springen vom Betriebszustand Z2 oder Z3 in Z1 entstehen könnte, verhindert.
- in einem ersten Betriebszustand (Z1) die Momenteneinstellung Wirkungsgrad-optimal durch eine Lastregelung erfolgt,
- in einem zweiten Betriebszustand (Z2) die Momenteneinstellung durch eine zusätzliche Zündwinkelverstellung schnellst möglich erfolgt und
- in einem dritten Betriebszustand (Z3) die Momentenvorgabe für die Lastregelung fixiert ist und die restliche Momenteneinstellung durch eine zusätzliche Zündwinkelverstellung erfolgt,
wobei- das Sollmoment (M_soll) in Abhängigkeit vom momentanen Zustand (Z1, Z2, Z3) in ein Füllungsmoment (M_Füll) und ein resultierendes Moment (M_Zünd) aufgeteilt wird, und
- wobei aus dem Füllungsmoment (M_Füll) ein Lastsollwert (TL_soll) ermittelt wird
dadurch gekennzeichnet,
- daß mit Hilfe einer Lastregelung der Lastistwert (TL_ist) auf diesen Lastsollwert (TL_soll) eingestellt wird,
- daß aus dem Quotient von resultierendem Moment (M_Zünd) und dem Füllungsmoment (M_Füll) ein erster Zündwinkelkorrekturfaktor (ηdyn) ermittelt wird,
- daß aus dem Quotient vom Lastsollwert (TL_soll) und dem Lastistwert (TL_ist) ein zweiter Zündwinkelkorrekturfaktor (ηmk) ermittelt wird,
- daß im ersten Zustand (Z1) der zweite Zündwinkelkorrekturfaktor(ηmk) gleich 1 gesetzt wird, und
- daß aus dem Produkt von erstem und zweitem Zündwinkelkorrekturfaktor(ηdyn*ηmk) ein resultierender Zündwinkelkorrekturfaktor(η) ermittelt und daraus ein Spätverstellwinkel für die Zündwinkelberechnung ermittelt wird.
dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Zündwinkelkorrekturfaktor (ηMK) auf Werte kleiner oder gleich 1 begrenzt ist.
dadurch gekennzeichnet,
daß das Füllungsmoment (M_Füll) auf Werte größer oder gleich einem Leerlaufmoment (M_LLR) begrenzt ist.
dadurch gekennzeichnet ,
daß ein Übergang vom zweiten Zustand (Z2) beziehungsweise dritten Zustand (Z3) in den ersten Zustand (Z1) nur dann erfolgt, falls der zweite Zündwinkelkorrekturfaktor (ηMK) einen vorgegebenen Schwellwert (s) übersteigt.
characterised in that
- the torque adjustment is implemented at optimum efficiency on the basis of a load regulation in a first operating state (Z1),
- the torque adjustment is implemented as quickly as possible on the basis of an additional ignition angle adjustment in a second operating state (Z2) and
- the torque setting is fixed for the load control and the residual torque adjustment is effected on the basis of an additional ignition angle adjustment in a third operating state (Z3),
- the desired torque (M_desired) is divided into a charging torque (M_charge) and a resultant torque (M_ign) depending on the instantaneous state (Z1, Z2, Z3),
- a load desired value (TL_desired) is determined from the charging torque (M_charge).
characterised in that
- the load actual value (TL_actual) is set to this load desired value (TL_desired) with the aid of a load control system,
- a first ignition angle correction factor (ηdyn) is determined from the quotient of the resultant torque (M_ign) and the charging torque (M_charge),
- a second ignition angle correction factor (ηMK) is determined from the quotient of the load desired value (TL_desired) and the load actual value (TL_desired)
- the second ignition angle correction factor (ηMK) is set at 1 in the first state (Z1) and
- a resultant ignition angle correction factor (η) is determined from the product of the first and second ignition angle correction factors (ηdyn*ηMK,) from which a delay adjustment angle is determined for the ignition angle calculation.
characterised in that
the second ignition angle correction factor (ηMK) is limited to values smaller than or equal to 1.
characterised in that
the charging torque (M_charge) is limited to values greater than or equal to an idling torque (M_LLR).
characterised in that
a transition from the second state (Z2) respectively the third state (Z3) to the first state (Z1) does not take place unless the second ignition angle correction factor (ηMK) exceeds a pre-set threshold value (s).
- dans un premier état de fonctionnement (Z1), le réglage du couple s'effectue, d'une manière optimale du point de vue rendement, par une régulation de la charge;
- dans un second état de fonctionnement (Z2), le réglage du couple est réalisé aussi rapidement que possible par un réglage supplémentaire de l'angle d'allumage, et
- dans un troisième état de fonctionnement (Z3), la prédétermination du couple pour le réglage de la charge est fixée et le réglage résiduel du couple est exécuté par un réglage supplémentaire de l'angle d'allumage,
- le couple de consigne de consigne (M_soll) est réparti, en fonction de l'état instantané (Z1, Z2, Z3), en un couple de remplissage (M_Füll) et un couple résultant (M_Zünd),
- une valeur de consigne de la charge (TL_soll) étant déterminée à partir du couple de remplissage (M_Füll).
- qu'à l'aide d'une régulation de la charge, la valeur réelle de la charge (TL_ist) est réglée sur cette valeur de consigne de la charge (TL_soll),
- qu'un premier facteur (ηdyn) de correction de l'angle d'allumage est déterminé à partir du quotient du couple résultant (M_Zünd) et du couple de remplissage (M_Füll),
- qu'un second facteur (ηmk) de correction de l'angle d'allumage est déterminé à partir du quotient de la valeur de consigne de la charge (TL_soll) et de la valeur réelle de la charge (TL_ist),
- que dans le premier état (Z1), le second facteur (ηmk) de correction de l'angle d'allumage est réglé égal à 1, et
- qu'un facteur résultant (η) de correction de l'angle d'allumage est déterminé à partir du produit des premier et second facteurs (ηdyn*ηmk) de correction de l'angle d'allumage et qu'à partir de là un angle de réglage ultérieur est déterminé pour le calcul de l'angle d'allumage.