DE102005047829B3

DE102005047829B3 - Method for controlling of smooth running of reciprocating engines, involves selection of order so that odd multiple of half camshaft frequency with in row representation is taken into consideration, for generation of control divergence

Info

Publication number: DE102005047829B3
Application number: DE200510047829
Authority: DE
Inventors: Dirk Fabian
Original assignee: Universitaet Kassel
Current assignee: Universitaet Kassel
Priority date: 2005-10-05
Filing date: 2005-10-05
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2025-10-06

Abstract

The method involves application of Fourier series with Z-1 Summand an, bn and so on with n is equal to 2,3,..,Z (whereby Z is the number of cylinders of the engine) as a row representation of mean rotational speed values of the engine speed. The order n is so selected that an odd multiple of half camshaft frequency with in the row representation is taken into consideration, for generation of a control divergence en. Calculation of individual contribution for control divergence for each summand of the row representation by means of a predetermined value k is equal to k(n) and k(n) comes from a preliminary inspection. The method involves formation of complete divergence ez from the single contribution. An independent claim is included for the system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und System zur Regelung der Laufruhe von Hubkolbenverbrennungsmotoren.The The present invention relates to a method and system for regulation the smoothness of reciprocating internal combustion engines.

Bei Hubkolbenverbrennungsmotoren mit mehreren Zylindern treten Störungen auf, die sich der gewünschten mittleren Kurbelwellendrehzahl als Schwingungen mit bestimmten, zur Nockenwellenwinkelgeschwindigkeit proportionalen Frequenzen, überlagern.at Reciprocating internal combustion engines with multiple cylinders, faults occur which is the desired mean crankshaft speed as vibrations with certain, superimpose frequencies proportional to the camshaft angular velocity.

Die DE 195 27 218 A1 offenbart ein gattungsgemäßes Verfahren, das ganzzahlige Vielfache der Nockenwellenfrequenz betrachtet und ausgeregelt. Über ein mit der Kurbelwelle oder Nockenwelle gekoppeltes Segmentrad wird die aktuelle Drehzahl mit einem Sensor erfasst, der auf das Vorbeistreichen bestimmter Markierungen auf dem Segmentrad während dessen Rotation reagiert. Dabei wird die Drehzahl mit Bandpässen gefiltert um die zu betrachtenden Frequenzanteile zu erhalten. Da die Frequenzen drehzahlabhängig sind, müssen die Filterkonstanten nachgeführt werden, was die Filterqualität verschlechtert. Die Bandpässe besitzen zudem ein zeitlich relativ langsames Einschwingverhalten und übertragen die zu betrachtenden Frequenzen nicht scharf, sondern in Frequenzbändern, so dass die Drehzahlanalyse in Bezug auf die auszuregelnden Störanteile dynamisch gesehen qualitativ noch verbesserungswürdig ist, da das Verfahren nicht zu einer befriedigenden Laufruhe führt.The DE 195 27 218 A1 discloses a generic method that considers and corrects integer multiples of the camshaft frequency. Via a segmented wheel coupled to the crankshaft or camshaft, the current speed is detected by a sensor which responds to the passing of certain markings on the segment wheel during its rotation. The speed is filtered with bandpass filters to obtain the frequency components to be considered. Since the frequencies are speed-dependent, the filter constants must be tracked, which degrades the filter quality. The band passes also have a temporally relatively slow transient response and transmit the frequencies to be considered not sharply, but in frequency bands, so that the speed analysis with respect to the interference components to be corrected dynamically still in need of improvement, since the process does not lead to a satisfactory smooth running.

Die DE 100 55 192 A1 offenbart ebenfalls ein gattungsgemäßes Verfahren, das ganzzahlige Vielfache der Nockenwellenfrequenz betrachtet und zylinderspezifisch ausgeregelt.The DE 100 55 192 A1 also discloses a generic method considered integer multiples of the camshaft frequency and corrected cylinder specific.

Das Verfahren vergleicht Messungen an einem als ideal angenommenen Motor mit Messungen an demselben Motor, bei dem gezielt einzelne Zylinder abgeschaltet werden, wodurch sich Antwortkurven für jeden einzelnen Zylinder ergeben. Die aus einer Fourieranalyse gewonnenen Erkenntnisse über den Drehzahl-/Drehmomentbeitrag jedes einzelnen Zylinders werden in einem Steuergerät abgespeichert und für den späteren realen Betrieb an anderen, aber typgleichen Motoren verwendet. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass seine Regelung nicht auf individuelle Motoren angepasst ist. Außerdem ist die Regelung nicht anpassbar auf ältere Motoren, die bereits einen gewissen Verschleiß aufweisen. Schließlich ist die Regelung nicht fein genug.The Method compares measurements on a supposedly ideal engine with measurements on the same engine, where targeted individual cylinders be turned off, resulting in response curves for each single cylinder result. The ones obtained from a Fourier analysis Findings about the speed / torque contribution of each cylinder in a control unit saved and for later real operation on others, but used engines of the same type. This Procedure has the disadvantage that its regulation is not limited to individual Motors is adjusted. Furthermore The scheme is not customizable on older engines that already have a certain amount of wear. After all the regulation is not fine enough.

Die DE 102 35 665 A1 offenbart ebenfalls ein gattungsgemäßes Verfahren, das ganzzahlige Vielfache der Nockenwellenfrequenz betrachtet und zylinderspezifisch basierend auf einer Fourieranalyse ausgeregelt. Die Amplituden der relevanten Ordnungen stellen die Regelabweichung dar und werden drehzahl- und lastabhängig gewichtet. Dabei wird mit Hilfe von Referenzmessungen in relativ aufwändiger Weise, nämlich drehzahl- und lastabhängig, ermittelt, welcher Zylinder für die Laufunruhe hauptsächlich und welcher erst in zweiter oder dritter Linie ursächlich ist, um so die entsprechenden Korrektureinspritzmengen zuordnen zu können.The DE 102 35 665 A1 also discloses a generic method which considers integer multiples of the camshaft frequency and compensated cylinder specific based on a Fourier analysis. The amplitudes of the relevant orders represent the control deviation and are weighted according to speed and load. It is using reference measurements in a relatively complex manner, namely speed and load-dependent, determined which cylinder for the rough running mainly and which is causal only in the second or third line so as to be able to assign the corresponding correction injection quantities can.

Die US 6,021,758 A betrifft ein Verfahren zur Regelung der Laufruhe von Zylindermotoren unter Verwendung der Erfassung der Motordrehzahl. Es wird vorgeschlagen, eine Fourieranalyse durchzuführen, wobei für jeweils 1 Arbeitsspiel, also eine Nockenwellenumdrehung die Fourierkoeffi zienten für die erste, zweite, .. Ordnung berechnet werden (Ordnung n = 1, 2, ..Z/2, wobei Z die Zylinderzahl ist). Die Fourieranalyse erfolgt in einem festen Zeittakt – als Beispiel sind 200 Millisekunden genannt. Ist Z/2 ungerade, z.B 2,5 beim 5-Zylinder, so muss abgerundet werden, also würden beim 5-Zylinder lediglich die Ordnungen 1, 2 betrachtet.The US 6,021,758 A relates to a method for controlling the smoothness of cylinder engines using the detection of the engine speed. It is proposed to carry out a Fourier analysis, wherein the Fourier coefficients for the first, second,. Order are calculated for every 1 cycle, ie one camshaft revolution (order n = 1, 2,... Z / 2, where Z is the number of cylinders ). The Fourier analysis takes place in a fixed time cycle - 200 milliseconds are mentioned as an example. If Z / 2 is odd, eg 2.5 for the 5-cylinder, then it has to be rounded, so in the 5-cylinder only the orders 1, 2 would be considered.

Anhand des jeweiligen Betrags einer Ordnung wird festgestellt, ob noch eine Störung vorliegt und der Verlauf noch nicht ausbalanciert ist. Ziel der Regelung ist es, die Beträge minimal zu machen, idealerweise Null.Based the amount of an order is determined whether still a disorder is present and the course is not yet balanced. goal of Regulation is the sums to do minimal, ideally zero.

Anhand der jeweiligen Phase einer Ordnung wird festgestellt, durch welche Zylinder der störende Beitrag dieser Ordnung verursacht wird.Based the respective phase of an order is determined by which Cylinder the disturbing Contribution of this order is caused.

Es werden im vorhinein alle denkbaren Kombinationen von Zylinder-Fehlverhalten ermittelt und für jede der Kombinationen eine [1X6]-Matrix [a b c d e f] vorgespeichert, die qualitativ die Korrekturmengen zum Ausgleichen der jeweiligen Störung zylinderselektiv beschreibt. Um im Mittel dieselbe Menge einzuspritzen, werden die Einspritzmengen der übrigen Zylinder erhöht. Die Matrix dafür lautet beispielsweise [1 1 –5 1 1 1].It beforehand all conceivable combinations of cylinder misbehavior determined and for each the combinations pre-stored a [1X6] matrix [a b c d e f], the quality of the correction amounts to compensate for the respective disorder cylinder selectively describes. In order to inject the same amount on average, be the injection quantities of the rest Cylinder raised. The matrix for it is for example [1 1 -5 1 1 1].

Diese Matrizen werden alle in einem Steuergerät abgespeichert. Für jede Ordnung gibt es mehrere solcher Matrizen. Anhand der Phasen der Ordnungen wird erkannt, welche Matrizen heranzuziehen sind. Die Matrizen der einzelnen Ordnungen (beim 6-Zylinder 3 Matrizen) werden addiert. Damit steht qualitativ fest, wie die einzelnen Einspritzmengen (für jeden Zylinder eine) zu korrigieren sind. Um eine phy sikalisch sinnvolle Größe an Einspritzmengenkorrektur zu bekommen, wird die Summe der Matrizen mit einem Faktor k multipliziert.These matrices are all stored in a control unit. For each order, there are several such matrices. Based on the phases of the orders, it is recognized which matrices are to be used. The Matrices of the individual orders (in the 6-cylinder 3 matrices) are added. Thus, it is qualitatively clear how to correct the individual injection quantities (one for each cylinder). In order to get a physiologically meaningful quantity of injection quantity correction, the sum of the matrices is multiplied by a factor k.

In nachteilhafter Weise ist ein solcher Regler nicht effizient genug, weil er aufgrund der fest zugeordneten und ggf. zahlreichen Matrizen, die die Stellgröße bilden, ein nicht zufriedenstellendes Einschwingverhalten zeigt, und sein Regelverhalten ist nicht über den Drehzahlbereich gesehen konstant.In disadvantageously such a regulator is not efficient enough because, due to the permanently assigned and possibly numerous matrices, which form the manipulated variable, shows an unsatisfactory transient response, and his Control behavior is not over the speed range seen constant.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Regler zu schaffen.It It is an object of the invention to provide an improved regulator.

Mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 oder 6 wird die Aufgabe gelöst.With the characteristics of the independent claims 1 or 6, the task is solved.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung angegeben.In the dependent claims are advantageous embodiments, developments and improvements of the respective subject of the invention.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Regelung der Laufruhe von Hubkolbenmotoren offenbart, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es einen Algorithmus mit folgenden Schritten enthält:

a) Verwenden einer Fourierreihe als Reihendarstellung von mittleren Drehzahlwerten der Motordrehzahl mit Z – 1 Summanden „an", „bn,", n = 2, 3, ..Z (Z = Anzahl der Zylinder des Motors) zur Generierung einer Regelabweichung „en",
b) wobei für jeden Summanden der Reihendarstellung ein Einzelbeitrag zur Regelabweichung mittels eines vorbestimmten Wertes k = k(n), k in Abhängigkeit von n, berechnet wird,
c) wobei k(n) aus einer Voruntersuchung stammt, und vorzugsweise derjenige Wert ist, bei dem die maximale Ausprägung der Wirkung der letzten Zündung desjenigen Zylinders, der als nächstes zünden wird, gemessen wird, und
d) Bilden einer Gesamtregelabweichung aus den Einzelbeiträgen.

According to a first aspect of the invention, there is disclosed a method of controlling the smoothness of reciprocating engines, characterized in that it comprises an algorithm comprising the steps of:

a) Using a Fourier series as a series representation of average speed values of the engine speed with Z - 1 summands "an", "bn,", n = 2, 3, ..Z (Z = number of cylinders of the engine) for generating a control deviation "
b) an individual contribution to the control deviation being calculated by means of a predetermined value k = k (n), k as a function of n, for each addend of the series representation,
c) where k (n) comes from a preliminary investigation, and is preferably the value at which the maximum value of the effect of the last ignition of the cylinder which will next ignite is measured, and
d) forming a total deviation from the individual contributions.

Die Einzelwerte für k sind dabei so zu wählen, dass ein bestimmter Nockenwellenwinkel (n·k_n·pi/2/Z) betrachtet wird, um eine einwandfreie Kausalkette zwischen Ursache und Wirkung bei der Regelung realisieren zu können.The individual values for k are to be selected so that a given camshaft angle (n x k _n * pi / 2 / Z) is considered, in order to realize a proper causal chain between cause and effect in the scheme.

Wie man erkennt, werden Regelabweichung und Stellgröße ausschließlich im aktuellen Betrieb des Motors berechnet, und nicht aus einer Gegenüberstellung von „Idealmotor" und gezielt vertrimmten Motor; damit kann die Regelung in vorteilhafter Weise mittels weniger Parameter k direkt an jedem Fahrzeug individuell optimiert werden, ohne komplizierte Randbedingungen einhalten zu müssen. Wenn aus der Voruntersuchung beispielsweise ein Wert für n = 3 und Nockenwellenwinkel (k3) von 30° erhalten wird, dann kann k3 mit dem erfindungsgemäßen Regelverfahren auf einfache Weise korrigiert werden, so das Winkelwerte wie 31°, 32°, etc.. als Optimierung erhalten werden.As one recognizes, control deviation and control value are exclusively in current operation of the engine calculated, and not from a comparison of "ideal engine" and purposefully balanced Engine; Thus, the scheme can advantageously by means of less Parameters k are optimized individually on each vehicle, without having to comply with complicated boundary conditions. If from the preliminary investigation, for example a value for n = 3 and camshaft angle (k3) of 30 ° is obtained, then k3 with the control method according to the invention be corrected in a simple way, so the angle values like 31 °, 32 °, etc .. as Optimization can be obtained.

Bei den Parametern handelt es sich um:
k_n, mit n = 2, 3, ..., Z (Motor mit Z Zylindern);
k_p, k_i (P- und I-Anteil im Falle von PI-Reglern)The parameters are:
k _n , where n = 2, 3, ..., Z (engine with Z cylinders);
k _p , k _i (P and I components in the case of PI controllers)

Die jeweiligen Regler der Zylinder besitzen dieselben Parameter. Bei der Verwendung von PI-Reglern mit zwei Parametern ist die Zahl Zp der freien Parameter der Regelung somit Zp = Z + 1.The respective controllers of the cylinders have the same parameters. at Using PI controls with two parameters is the number Zp the free parameter of the control thus Zp = Z + 1.

Die verschiedenen k-Werte, beispielsweise beim Drei- oder Vierzylinder k3, k4 für n = 2, 3, 4, beim Fünfzylinder auch k5 für n = 5, (nmax = Z) und sind also Werte, die die individuellen Eigenschaften eines Motors kennzeichnen und die beispielsweise ab der zweiten oder dritten Stelle verschieden voneinander sein werden selbst bei typgleichen Motoren. Diese Parameter reflektieren damit individuelle Trägheitsmomente von bewegten Teilen, individuelles Antwortverhalten zwischen Stellgröße und Regelgröße, hervorgerufen beispielsweise durch unterschiedliche Strömungsverhältnisse beim Einspritzen von Kraftstoff, etc..The different k-values, for example, the three- or four-cylinder k3, k4 for n = 2, 3, 4, the five-cylinder also k5 for n = 5, (nmax = Z) and are therefore values that are the individual properties of an engine and the example from the second or third place will be different from each other even at identical engines. These parameters thus reflect individual moments of inertia of moving parts, individual response between manipulated variable and controlled variable, caused for example, by different flow conditions during injection of Fuel, etc.

Dieses Verfahren kann weiter verbessert werden, indem n bevorzugt so gewählt ist, dass wenigstens ein ungerades Vielfaches, insbesondere das Dreifache der halben Nockenwellenfrequenz mit in der Reihendarstellung berücksichtigt ist.This Method can be further improved by n is preferably chosen so that at least an odd multiple, in particular three times the half camshaft frequency with in the series representation considered is.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Regelung der Laufruhe von Hubkolbenmotoren offenbart, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es den Schritt enthält:
Verwenden einer Fourierreihe als Reihendarstellung von mittleren Drehzahlwerten der Motordrehzahl mit n Summanden an, bn, wobei n = 2, 3, ..Z (Z ist die Anzahl der Zylinder) so gewählt ist, dass wenigstens ein ungerades Vielfaches, insbesondere das Dreifache der halben Nockenwellenfrequenz mit in der Reihendarstellung berücksichtigt ist, zur Generierung einer Regelabweichung e_n. Dieses Einzelmerkmal lässt sich nämlich unabhängig von dem Merkmal k = k(n), wie oben beim ersten Aspekt ausgeführt, einsetzen.According to a second aspect of the invention, there is disclosed a method for controlling the smoothness of reciprocating engines, characterized in that it includes the step of:
Using a Fourier series as a series representation of average speed values of the engine speed with n summands on, bn, where n = 2, 3, ..Z (Z is the number of cylinders) is selected so that at least an odd multiple, in particular three times half Camshaft frequency is considered in the series representation, to generate a control deviation e _n . Namely, this individual feature can be used independently of the feature k = k (n) as stated above in the first aspect.

Der Parameter n wird zweckmäßigerweise von 2 bis zur Anzahl Z der Zylinder am Motor genommen. Dabei ergibt sich die feinste Regelung. Höhere Werte als Z ergeben keinen Sinn, da nur Z Eingriffsstellen für die Stellgröße zur Verfügung stehen.Of the Parameter n is expediently from 2 to the number Z of cylinders taken on the engine. This results the finest regulation. higher Values as Z make no sense, since only Z intervention points for the manipulated variable are available.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Regelung der Laufruhe von Hubkolbenmotoren offenbart, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es die Schritte enthält:
den Trend der Motordrehzahl sensorisch zu erkennen, diesen Trend von den aktuell erfassten Werten der Motordrehzahl abzuziehen, wodurch eine Bereinigung der mittleren Drehzahlwerte erfolgt und
die Regelabweichung mit diesen trendbereinigten Drehzahlmittelwerten zu berechnen.According to a third aspect of the invention, there is disclosed a method of controlling the smoothness of reciprocating engines, characterized in that it comprises the steps of:
To detect the trend of the engine speed sensory to subtract this trend from the currently detected values of the engine speed, whereby a correction of the average speed values takes place and
calculate the control deviation with these trend-adjusted speed averages.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die mittlere Kurbelwellendrehzahl über jeweils zwei Nockenwellenumdrehungen als periodisches Signal aufgefasst und in eine Fourierreihe zerlegt, wobei die Grundwelle einer halben Nockenwellenumdrehung entspricht. Die Anteile der Ordnungen von 2 bis Z (bei einem Motor mit Z Zylindern) werden als Störungen identifiziert, die zum Beispiel durch Ungleichstellungen der Zylinder bezüglich ihrer Drehmomentabgabe verursacht sein können. Diese Störungen können ausgeregelt werden, indem, wie weiter oben und weiter unten genauer beschrieben, aus den Anteilen der Fourierreihe in geeigneter Weise Z Regelabweichungen synthetisiert werden, die von Z Reglern verarbeitet werden. Auf diese Weise bewirkt das Ausregeln dieser harmonischen Störungen eine Zylindergleichstellung bezüglich der einzelnen Momentenbeiträge bei gleicher Ansteuerung und erzeugt somit Laufruhe. Dabei zeigt sich, dass es sehr vorteilhaft ist, die ungeradzahligen Vielfachen der halben Nockenwellenfrequenz zusätzlich zu den ganzzahligen Vielfachen auszuregeln, was im Stand der Technik nicht erfolgt.In the preferred embodiment is the average crankshaft speed over each two camshaft revolutions interpreted as a periodic signal and decomposed into a Fourier series, wherein the fundamental corresponds to half a camshaft revolution. The proportions of the orders from 2 to Z (for a motor with Z cylinders) be considered disorders identified, for example, by inequalities of the cylinders with respect to their Torque output may be caused. These disturbances can be corrected by, as described above and in more detail below, from the shares of the Fourier series suitably Z deviations be synthesized, which are processed by Z controllers. On this way, the balancing of these harmonic disturbances causes one Cylinder equation with respect the individual moment contributions with the same control and thus generates smoothness. It shows itself, that it is very beneficial, the odd multiples half the camshaft frequency in addition to the integer multiples to correct what did not happen in the prior art.

Laufruhe ist danach dann gegeben, wenn in der Fourierreihen-Darstellung der mittleren Kurbelwellendrehzahl mit der halben Nockenwellenfrequenz als Grundwelle die Ordnungen 2, 3, ..., Z keine Anteile liefern. Das erfindungsgemäße Verfahren verzichtet auf die explizite Definition zylinderspezifischer Laufruhewerte, wie sie im Stand der Technik mit Hilfe der Ausgänge von Bandpässen oder durch Segmentzeitenunterschiede definiert sind und stellt aufgrund der Einbeziehung der ungeraden Vielfachen der halben Nockenwellenfrequenz in die Regelung eine Verbesserung der bisherigen Verfahren dar, wie es weiter unten in 7 gezeigt ist.Smoothness is then given when in the Fourierreihen representation of the average crankshaft speed with half the camshaft frequency as the fundamental wave orders 2, 3, ..., Z deliver no shares. The inventive method dispenses with the explicit definition of cylinder-specific running noise values, as defined in the prior art with the aid of the outputs of band passes or by segment time differences and represents an improvement of the previous methods due to the inclusion of the odd multiples of half the camshaft frequency in the scheme, such it further down in 7 is shown.

Durch die Subtraktion des Drehzahltrends (Trendabzug) vor der Entwicklung der Fourierreihe wird das Ausregeln der harmonischen Störungen von weiteren, den Verlauf der Kurbelwellendrehzahl beeinflussenden Funktion wie beispielsweise Leerlaufregelung, Gasgeben, entkoppelt.By the subtraction of the speed trend (trend deduction) before the development The Fourier series will be the balancing of the harmonic disturbances of further, the course of the crankshaft speed influencing function such as idle control, throttle, decoupled.

Gegenüber DE 195 27 218 A1 unterscheidet sich die erfindungsgemäße Synthetisierung der Regelabweichung wesentlich, da erfindungsgemäß die Drehzahl in DE 195 27 218 A1 als Zeitsignal verarbeitet wird, wohingegen sie erfindungsgemäß als Winkelsignal winkelsynchron verarbeitet wird.Across from DE 195 27 218 A1 differs the inventive synthesis of the deviation significantly, since according to the invention, the speed in DE 195 27 218 A1 is processed as a time signal, whereas according to the invention it is processed angle-synchronously as an angle signal.

Weiter wird das reine, auszuregelnde Störsignal erfindungsgemäß ohne Verzögerung und ohne zusätzliche nichtrelevante Anteile verarbeitet, denn die Fourieranalyse im hier vorgestellten Verfahren zerlegt die Drehzahl in einzelne Summanden, deren Summe dem tatsächlichen Drehzahlverlauf entspricht. Die Regelung reagiert erfindungsgemäß nur auf die relevanten Summanden. Dadurch ist die Entkopplung von übrigen Funktionen, die in gewünschter Weise den Drehzahlverlauf beeinflussen, gegenüber der DE 195 27 218 A1 verbessert, da die Regelung im Gegensatz zu der DE 195 27 218 A1 nur auf die störenden Frequenzen reagiert, wobei dieser Vorteil durch den erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehenen Trendabzug weiter verbessert wird, was neben dem Merkmal, dass ganzzahlige Vielfache der halben Nockenwellenfrequenz im Rahmen einer schnellen Fourieranalyse berücksichtigt werden, zu einer weiter verbesserten Laufruhe führt.Furthermore, the pure interfering signal to be corrected is processed according to the invention without delay and without additional non-relevant components, since the Fourier analysis in the method presented here divides the rotational speed into individual summands whose sum corresponds to the actual rotational speed profile. The scheme reacts according to the invention only to the relevant summands. As a result, the decoupling of other functions that affect the desired speed curve, compared to the DE 195 27 218 A1 improved, as the scheme contrary to the DE 195 27 218 A1 reacts only to the disturbing frequencies, this advantage is further improved by the inventively preferred trend deduction, which in addition to the feature that integer multiples of the half camshaft frequency are taken into account in a fast Fourier analysis, leading to a further improved smoothness.

Gegenüber der DE 100 55 192 A1 kann das erfindungsgemäße Verfahren an jedem beliebigen Motor parametriert und auf diesen automatisch durch die Regelung selbst angepasst werden, und es werden lediglich die am jeweiligen Motor ermittelten (Z + 1) Parameter (Z – 1 k-Werte, 2 Reglerparameter bei einem PI-Regler) für den späteren realen Betrieb im Steuergerät abgespeichert (siehe oben). Damit bietet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit am individuellen Fahrzeug zum Beispiel im Rahmen von Inspektionen in der Werkstatt automatisiert die Parameter neu zu ermitteln, um beispielsweise eine Anpassung an das durch Verschleiß des Motors geänderte Verhalten zu erreichen. Insgesamt ist also der Applikationsaufwand der Regelungsfunktion im erfindungsgemäßen Verfahren weniger aufwändig als in DE 100 55 192 A1 .Opposite the DE 100 55 192 A1 For example, the method according to the invention can be parameterized on any motor and automatically adapted to it by the controller itself, and only the (Z + 1) parameters determined at the respective motor (Z -1 k values, 2 controller parameters in a PI controller ) stored for later real operation in the control unit (see above). Thus, the inventive method offers the possibility of individual vehicle, for example in the context of inspections in the Werkstatt automates the parameters newly to determine, for example, to adapt to the modified by wear of the engine behavior. Overall, therefore, the application cost of the control function in the inventive method is less expensive than in DE 100 55 192 A1 ,

In DE 102 35 665 A1 stellen die Amplituden der relevanten Ordnungen die Regelabweichung dar und werden drehzahl- und lastabhängig in einem Vorversuch gewichtet, während im erfindungsgemäßen Verfahren der gesamte (kontinuierliche) Verlauf der relevanten Ordnungen die Regelabweichung dar stellt, und zwar im laufenden Betrieb der individuellen Maschine. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird anstelle dessen die Berechnung der Regelabweichungsbeiträge zu den einzelnen Ordnungen mit den Segmentbewertungen k_n durchgeführt.In DE 102 35 665 A1 the amplitudes of the relevant orders represent the control deviation and are weighted speed and load-dependent in a preliminary test, while in the process according to the invention the entire (continuous) course of the relevant orders represents the control deviation, in the ongoing operation of the individual machine. In the method according to the invention, instead of this, the calculation of the control deviation contributions to the individual orders is carried out with the segment evaluations k _n .

Bei Festlegung der halben Nockenwellenfrequenz als Grundwelle bestehen die Störanteile im Wesentlichen aus den zweiten, dritten und vierten Oberwellen, bei einem Vierzylindermotor. Allgemein sind bei einem Motor mit Z Zylindern die Oberwellen der Ordnung 2 bis Z zu beachten.at Defining the half camshaft frequency as a fundamental wave the disturbance parts essentially the second, third and fourth harmonics, in a four-cylinder engine. General are in an engine with Z cylinders observe the harmonics of order 2 to Z.

Die Ursachen dieser Störungen können unter anderem Differenzen zwischen den Momentbeiträgen der einzelnen Zylinder bei gleichen gewünschten Momentbeiträgen sein. Ebenso wirken sich aber auch gewünschte Änderungen des Momentenbeitrags von einer Zündung zur nächsten aus.The Causes of these disorders can Among other differences between the moment contributions of the be single cylinder at the same desired moment contributions. But also affect desired changes the moment contribution from an ignition to the next out.

Jeder einzelne Zylinder liefert einen Betrag zur Existenz der Störungen mit den genannten Frequenzen. Betrachtet man den Verlauf einer der Oberwellen über eine Nockenwellenumdrehung über den Drehwinkel aufgetragen, so findet man innerhalb dieser Nockenwellenumdrehung gleichmäßig verteilt Z einzelne Werte als markante Ausprägung der Wirkung der jeweiligen Z letzten Zündungen. Die Zündung jedes einzelnen Zylinders verursacht in einem bestimmten Bereich über dem Nockenwellendrehwinkel eine Störung, für die an bestimmter Stelle die markanteste Ausprägung in der Oberwelle abzulesen ist. (siehe 1). Die Phasenverschiebung zwischen Ursache und Wirkung ist auf den Drehwinkel bezogen bei fester Ordnung für alle Zylinder gleich und in der Regel für die verschiedenen Ordnungen unterschiedlich.Each individual cylinder provides an amount for the existence of the interference with the said frequencies. If the course of one of the harmonics over a camshaft revolution is plotted against the angle of rotation, then Z individual values are distributed uniformly within this camshaft revolution as a striking characteristic of the effect of the respective Z last ignitions. The ignition of each individual cylinder causes a disturbance in a certain range above the camshaft rotation angle, for which the most striking characteristic in the harmonic is to be read off at a specific point. (please refer 1 ). The phase shift between cause and effect is equal to the angle of rotation with fixed order for all cylinders and usually different for the different orders.

Der harmonischen Störung wird durch die Regelung mit harmonischer Stellgröße entgegengewirkt. Da jedem einzelnen Zylinder wie beschrieben ein eigener Betrag der Störung zuzuordnen ist, wird der benötigte harmonische Stellgrößenverlauf durch Z Regler realisiert, so dass der Beitrag jedes einzelnen Zylinders ausgeregelt wird. Werden die genannten Ordnungen der halben Nockenwellenfrequenz zu Null geregelt, so wird damit eine Zylindergleichstellung bezüglich der Momentenbeiträge bewirkt, siehe 1.The harmonic interference is counteracted by the control with harmonic manipulated variable. Since each individual cylinder as described a separate amount of the fault is assigned, the required harmonic control variable response is realized by Z controller, so that the contribution of each individual cylinder is compensated. If the said orders of half the camshaft frequency are controlled to zero, so that a cylinder equalization is effected with respect to the moment contributions, see 1 ,

Allgemein besitzt das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, die Regelstrecke einfacher und direkter abzubilden, denn die Zerlegung der Drehzahl in Summanden, deren Summe die tatsächliche Drehzahl bildet, also die Fourier-Reihe aus dem laufenden Betrieb, stellt die Grundlage für die Berechnung der Regelabweichung dar. Dadurch werden die Störungen gezielter und besser von anderen Funktionen entkoppelt, die in gewünschter Weise den Drehzahlverlauf (dem Trend entsprechend) beeinflussen, etwa beim Gasgeben.Generally owns the method according to the invention the advantage of simpler and more direct modeling of the controlled system, because the decomposition of the speed in summands whose sum is the actual Speed, ie the Fourier series from current operation, provides the basis for the calculation of the control deviation. As a result, the disturbances targeted and better decoupled from other functions that are in desired Way the speed history (according to the trend) influence about when accelerating.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist aufgrund des Trendabzugs genauer als die oben diskutierten Verfahren.The inventive method is more accurate than the methods discussed above due to the trend subtraction.

Das erfindungsgemäße Verfahren liefert auch bei dynamischen Drehzahlverläufen gute Ergebnisse und ist somit nicht auf den quasistationären Betrieb beschränkt. Außerdem ist die Zahl der freien Parameter sehr gering (Z + 1), so dass die Regelung schnell an individuelle Motoren angepasst werden kann und auch automatisiert durchführbar ist.The inventive method delivers good results even with dynamic engine speeds thus not on the quasi-stationary Operation limited. Furthermore is the number of free parameters very low (Z + 1), so the Control can be quickly adapted to individual engines and also automated feasible is.

Zeichnungendrawings

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.Based The drawings are exemplary embodiments of the invention explained.

Es zeigenIt demonstrate

1 eine schematische und rein qualitative Abbildung des Schwingungsanteils der aktuellen Kurbelwellendrehzahl (Motordrehzahl) über dem Nockenwellendrehwinkel bei Nockenwellenfrequenz; 1 a schematic and purely qualitative representation of the vibration component of the current crankshaft speed (engine speed) on the camshaft rotation angle at the camshaft frequency;

2 eine Abbildung der Kurbelwellendrehzahl über dem Nockenwellendrehwinkel mit eingezeichneten Abtastwerten und berechneten Mittelwerten; 2 an illustration of the crankshaft speed over the camshaft rotation angle with drawn ten samples and calculated mean values;

3A eine Abbildung der mittleren Kurbelwellendrehzahl über deren Drehwinkel; 3A an illustration of the average crankshaft speed over its rotation angle;

3B eine Abbildung des Schwingungsanteils an der mittleren Kurbelwellendrehzahl über deren Drehwinkel nach Trendabzug; 3B an illustration of the vibration component at the average crankshaft speed over its rotation angle after trend deduction;

4 eine Systemdarstellung mit den wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen Regelsystems; 4 a system representation with the essential components of a control system according to the invention;

5 eine Abbildung der Verläufe der mittleren Kurbelwellendrehzahl mit (52) und ohne (50) erfindungsgemäße Regelung; 5 an illustration of the curves of the average crankshaft speed with (52) and without (50) control according to the invention;

6 eine Abbildung der Verläufe der mittleren Kurbelwellendrehzahl mit (62) und ohne (60) erfindungsgemäße Regelung in höherer Auflösung; 6 an illustration of the curves of the average crankshaft speed with (62) and without (60) control of the invention in higher resolution;

7 eine Abbildung verschiedener Verläufe der mittleren Kurbelwellendrehzahl; 7 a picture of different courses of the average crankshaft speed;

8 ein schematisches Blockdiagramm des Steuerflusses des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß eines Ausführungsbeispiels mit den wichtigsten Einzelschritten; 8th a schematic block diagram of the control flow of the inventive method according to an embodiment with the most important individual steps;

9 ein schematisches Blockdiagramm eines Ringpuferspeichers verwendet in einem Ausführungsbeispiel; 9 a schematic block diagram of a ring buffer memory used in one embodiment;

Beschreibung von Ausführungsbeispielendescription of exemplary embodiments

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.In the same reference numerals designate the same or functionally identical Components.

Zunächst wird die Berechnung der Regelabweichung gemäß einem bevorzugtem Ausführungsbeispiel näher beschrieben: Mit Bezug zu 1 und 8 wird die Regelabweichung bei einem Motor mit Z Zylindern aus bestimmten Summanden der Fourier-Reihendarstellung – Schritt 810 – der Drehzahl über die zwei zuletzt vorangegangenen Nockenwellenumdrehungen für den als nächstes zündenden Zylinder – Schritt 820 – abgeleitet, wobei nur die Ordnungen n = 2, 3, ....., Z betrachtet werden. Die Grundwelle entspricht dabei der halben Nockenwellenfrequenz. Dazu ist eine Mittelwertbildung der Kurbelwellendrehzahl erforderlich, die wie folgt vorgesehen ist:
Es wird vorausgesetzt, dass bei einem Motor mit Z Zylindern während einer Nockenwellenumdrehung 2 × Z Abtastungen stattfinden. Dabei sollen jeweils die lokalen Extremwerte der Z Kompressionen (die lokalen Minima in 1) sowie der Z Expansionen (lokale Maxima) erfasst werden. Die Mittelwerte 20 werden dann jeweils aus zwei aufeinander folgenden Extremwerten 10 und 11 gebildet, wie es in 2 gezeigt ist.First, the calculation of the control deviation according to a preferred embodiment will be described in more detail with reference to 1 and 8th is the deviation for a motor with Z cylinders from certain summands of the Fourier series representation - step 810 The speed over the two most recent camshaft revolutions for the next firing cylinder step 820 - derived, with only the orders n = 2, 3, ....., Z are considered. The fundamental wave corresponds to half the camshaft frequency. For this purpose, a mean value of the crankshaft speed is required, which is provided as follows:
It is assumed that in a Z-cylinder engine during a camshaft revolution 2 × Z samples take place. In each case the local extreme values of the Z compressions (the local minima in 1 ) as well as the Z expansions (local maxima). The mean values 20 then each of two consecutive extreme values 10 and 11 formed as it is in 2 is shown.

Die Fourier-Reihendarstellung ist wie folgt vorgesehen: Die Koeffizienten der zu betrachtenden Anteile der Fourier-Reihe werden aus dem Verlauf der mittleren Kurbelwellendrehzahl während zweier zurückliegender Nockenwellenumdrehungen berechnet. Die zuletzt zurückliegende Nockenwellenumdrehungen endet dabei um den Winkel Phi _NW = 2 π/Z (Nockenwellendrehwinkel) bzw. PHI_KW = 4π/Z (Kurbelwellenwinkel) vor dem oberen Totpunkt des als nächstes zündenden Zylinders, siehe 1.The Fourier series representation is provided as follows: The coefficients of the components of the Fourier series to be considered are calculated from the course of the average crankshaft speed during two preceding camshaft revolutions. The most recent camshaft revolutions ends by the angle Phi _NW = 2 π / Z (camshaft rotation angle) or PHI _KW = 4π / Z (crankshaft angle) before the top dead center of the next firing cylinder, see 1 ,

Der Drehzahlverlauf ist in den folgenden Darstellungen über dem Kurbelwellenwinkel aufgetragen zu betrachten.Of the Speed curve is in the following representations above the Crankshaft angle applied to consider.

Für die Periodendauer der Fourierreihe gilt: T = 8π (1)entsprechend zwei Nockenwellen-(NW) Umdrehungen oder 4 Kurbelwellen-(KW)- Umdrehungen).For the period of the Fourier series, the following applies: T = 8π (1) according to two camshaft (NW) revolutions or 4 crankshaft (KW) revolutions).

Die Grundwelle ergibt sich damit zu:

The fundamental wave thus results in:

Die Stützstellen n_k des Abtastsatzes der mittleren Kurbelwellendrehzahl befinden sich an den Stellen:

The reference points n _{k of} the sample set of the average crankshaft speed are located at the points:

Die Koeffizienten der Fourier-Reihe lauten damit:

The coefficients of the Fourier series are:

Um die Regelung der harmonischen Vielfachen der halben Nockenwellenfrequenz von anderen gewünschten Drehmomentanforderungen, wie z. B. der Leerlaufregelung oder dem Fahrerwunschmoment (4), zu entkoppeln, wird die Fourier-Reihe nicht direkt aus der mittleren Kurbelwellendrehzahl entwickelt, sondern aus der um den durch diese anderen Momentananforderungen resultierenden (gewünschten) Drehzahlverlauf, im folgenden als Drehzahltrend bezeichnet, bereinigten Anteil. Dieser Anteil ist in 3B mit 34 bezeichnet.To the regulation of the harmonic multiples of the half camshaft frequency of other desired torque requirements, such. B. the idle control or the driver's desired torque ( 4 ) decoupling, the Fourier series is not developed directly from the average crankshaft speed, but from the (desired) speed curve resulting from these other instantaneous requirements, hereinafter referred to as the speed trend, cleansed portion. This share is in 3B With 34 designated.

In einem nächsten optional durchführbaren Schritt wird daher die mittlere Drehzahl um den Drehzahltrend bereinigt: Dieser Drehzahltrend wird aus dem Verlauf der mittleren Kurbelwellendrehzahl über zwei Nockenwellenumdrehungen mit Hilfe der Methode der kleinsten Fehlerquadrate als Polynom zweiter Ordnung dargestellt und von der mittleren Kurbelwellendrehzahl subtrahiert. Aus der Differenz wird dann, wie oben beschrieben, die Regelabweichung ermittelt.In one next optional feasible Step is therefore the average speed adjusted by the speed trend: this Speed trend is from the course of the average crankshaft speed over two Camshaft revolutions using the method of least squares represented as a second-order polynomial and from the average crankshaft speed subtracted. The difference then becomes, as described above, determines the control deviation.

3A zeigt den Verlauf der mittleren Kurbelwellendrehzahl 30 und den zugehörigen Drehzahltrend 32. In 3B ist der für die Berechnung der Regelabweichung verwendete, um den Drehzahltrend bereinigte, Schwingungsanteil 34 zu sehen. 3A shows the course of the average crankshaft speed 30 and the associated speed trend 32 , In 3B is the vibration component used to calculate the control deviation, adjusted for the speed trend 34 to see.

Zur Berechnung der Regelabweichung, also die Störanteile des Drehzahlsignals mit den Oberwellen 2 bis Z werden mit Hilfe der mit Gleichungen (4) berechneten Koeffizienten zunächst die einzelnen Oberwellen jeweils an bestimmten Stellen k_n innerhalb der letzten Nockenwellenumdrehung berechnet, an der die Ausprägung der Wirkung der letzten Zündung desjenigen Zylinders, der als nächstes zünden wird, am stärksten ist, siehe auch 1, wie folgt:

bedeutet dabei die Phasenverschiebung zwischen einer Zündung des Zylinders mit maximaler Ausprägung des Beitrags des Zylinders bis zur Ausbildung der betrachteten Oberwelle.To calculate the control deviation, ie the noise components of the speed signal with the harmonics 2 to Z, the individual harmonics are first calculated at specific points k _n within the last camshaft revolution using the coefficients calculated using Equations (4), at which the expression of the effect of last ignition of the cylinder that will ignite next is the strongest, see also 1 , as follows:

means the phase shift between an ignition of the cylinder with maximum expression of the contribution of the cylinder to the formation of the considered harmonic.

Dabei kann für jede Ordnung n die Stelle k_n der stärksten Ausprägung der Wirkung der letzten Zündung des als nächstes zündenden Zylinders von den Stellen der übrigen Ordnungen abweichen.In this case, for each order n, the point k _{n of} the strongest expression of the effect of the last ignition of the next firing cylinder can deviate from the positions of the remaining orders.

Die jeweils nach Gleichung (5) berechneten Anteile e_n der Regelabweichung werden gewichtet zur gesamten Regelabweichung e_Z summiert und dem Zylinder Z zugeordnet.The proportions e _{n of} the control deviation calculated in each case according to equation (5) are weighted to the total control deviation e _Z and assigned to the cylinder Z.

Die Regelung selbst erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel ausgeführt für einen 4-Hubkolbenmotor bevorzugt wie folgt: Jeder Zylinder erhält einen Regler mit integrierendem Anteil, damit die Störungen stationär genau zu Null geregelt werden können. Jeder Regler erhält als Eingangssignal die aus den letzten zwei Nockenwellenumdrehungen (aus Sicht des als nächstes zündenden Zylinders) berechnete Regelabweichung, wie oben mit den Gleichungen (1) bis (4) beschrieben.The control itself is carried out in this embodiment for a 4-stroke engine preferably as follows: Each cylinder receives a controller with integrierendem share, so that the disturbances stationary can be controlled exactly to zero. Each controller receives as input the control deviation calculated from the last two camshaft revolutions (from the point of view of the next firing cylinder), as described above with equations (1) to (4).

4 zeigt ein Blockschaltbild für die Regelung der harmonischen Störungen mit einem Regelungssystem 40 mit einer funktionalen Einheit, die wesentliche einzelne Teilfunktionen der Regelung gemäß Ausführungsbeispiel in einer funktionalen, programmierten funktionalen Einheit 42 integriert. 4 shows a block diagram for the control of harmonic interference with a control system 40 with a functional unit, the essential individual sub-functions of the control according to the embodiment in a functional, programmed functional unit 42 integrated.

Eine bevorzugte Implementierung des erfindungsgemäß beanspruchten Verfahrens zur Regelung der Laufruhe von Hubkolbenmotoren kann im Rahmen des prinzipiellen Aufbaus des Blockschaltbildes der 4 erfolgen. Weitere Einzelheiten des Verfahrens können wie folgt implementiert sein:
Jeder Regler R1 bis R4 ist seinem speziellen Zylinder – einem jeweiligen von Z1 bis Z4 zugeordnet und erhält als Eingang die jeweilige Regelabweichung, wie oben beschrieben berechnet und im zentralen Bereich 42 der Figur symbolisiert. Jeder Regler berechnet eine Stellgröße für einen bestimmten Zylinder aus einem bestimmten Wert der in 4 abgebildeten Kurve der mittleren Kurbelwellendrehzahl, vgl. 1. Die Randinformation der Zuordnung, welcher Zylinder von welchem Regler angesteuert wird, ist vorzugsweise fest verdrahtet, zum Zeitpunkt des Reglerentwurfs, um die Implementierung des Regelkreises möglichst einfach zu halten. Durch eine software-/hardwaregesteuerte Zuordnung 46 zwischen Reglerausgängen und Stelleingängen 49 kann jeder Zylinder gezielt angesteuert werden. Dabei wird der Stellwert aus der Bewegung des Gaspedals je nach Fahrerwunsch und einem separaten Regelkreis 44 in einen Knotenpunkt 48 eingespeist und gleich mitverarbeitet. Der Stellgröße aus der speziellen Regelung im Bereich 42 wird also die aus weiteren Anforderungen resultierende Stellgröße(n) überlagert, z.B. dem Fahrerwunschmoment, wenn er Gas gibt.A preferred implementation of the invention claimed method for controlling the smoothness of reciprocating engines can in the context of the basic structure of the block diagram of 4 respectively. Further details of the method may be implemented as follows:
Each regulator R1 to R4 is associated with its particular cylinder - a respective one of Z1 to Z4 and receives as input the respective control deviation as calculated above and in the central region 42 symbolizes the figure. Each controller calculates a manipulated variable for a specific cylinder from a specific value in 4 shown curve of the average crankshaft speed, see. 1 , The edge information of the allocation, which cylinder is controlled by which controller, is preferably hard-wired, at the time of controller design, to keep the implementation of the control loop as simple as possible. Through a software / hardware controlled assignment 46 between controller outputs and control inputs 49 Each cylinder can be specifically controlled. In this case, the manipulated value from the movement of the accelerator pedal depending on the driver's request and a separate control loop 44 into a node 48 fed and immediately processed. The manipulated variable from the special control in the range 42 Thus, the control variable (s) resulting from further requirements is superimposed, for example the driver's desired torque, when it gives gas.

Ein optimaler Satz von k-Werten (Anzahl: Z – 1, für die Ordnungen 2, 3, ..Z) wird erfindungsgemäß durch automatisches, programmgesteuertes Optimieren ermittelt. Dabei sind beispielsweise bei Verwendung eines PI-Reglers zwei Verstärkungsfaktoren Kp, Ki für diesen Regler notwendig, wodurch die Gesamtanzahl der Parameter Z – 1 +2 = Z + 1 beträgt.One optimal set of k-values (number: Z - 1, for the orders 2, 3, ..Z) is inventively automatic, programmatic optimization determined. There are for example, when using a PI controller two gain factors Kp, Ki for This controller is necessary, reducing the total number of parameters Z - 1 +2 = Z + 1.

Dies geschieht beispielsweise wie folgt:

1. Zunächst wird der PI Regler „schwach" eingestellt (kleine Verstärkungen, z.B. Kp = 0.1, Ki = 0.1).
2 . Dann wird k_n (n = 2, 3, ..., Z) iterativ in ganzen Schritten im Intervall [2Z, 4Z-1] verstellt und das Motorverhalten bei jeder Kombination beobachtet. Dazu ist zu jeder Kombination eine Messung der Drehzahl durchzuführen, wobei für alle Messungen dieselben Randbedingungen (Messdauer, Motorlast, etc.) gelten müssen. Das Verhalten kann dann zahlenmäßig bewertet werden, z.B. über die Summe der Quadrate der Abweichungen der Drehzahl von der Solldrehzahl. Die kleinste Zahl ergibt sich bei den optimalen Parametern. Dieser Messablauf kann erfindungsgemäß programmgesteuert automatisch mit gängiger, aus dem Stand der Technik bekannter Software zur Motorsteuergeräteapplikation durchgeführt werden. Die Parameter sind also allgemein mittels „nichtlinearer Optimierungsverfahren" automatisiert auszulegen.
3. Dann erfolgt das Auslegen der PI Reglerparameter Kp, Ki mit „nichtlinearer Optimierung". Dabei wird jedoch nicht iterativ kombiniert, sondern beispielsweise eine „Optimierung mit Evolutionsstrategie" durchgeführt.

This happens, for example, as follows:

1. First, set the PI control to "weak" (small gains, eg Kp = 0.1, Ki = 0.1).
2. Then k _n (n = 2, 3, ..., Z) is iteratively adjusted in whole increments in the interval [2Z, 4Z-1] and the engine behavior observed with each combination. For this purpose, a measurement of the speed must be performed for each combination, whereby the same boundary conditions (measuring duration, engine load, etc.) must apply to all measurements. The behavior can then be evaluated numerically, for example, over the sum of the squares of the deviations of the rotational speed from the desired rotational speed. The smallest number results from the optimal parameters. According to the invention, this measurement sequence can be carried out automatically in a program-controlled manner using standard software for engine control unit application known from the prior art. The parameters are thus generally interpreted in an automated manner by means of a "nonlinear optimization method".
3. Then the PI controller parameters Kp, Ki are interpreted with "non-linear optimization", whereby, however, it is not combined iteratively, but, for example, an "optimization with evolution strategy" is carried out.

Als zur Drehzahltrendberechnung (siehe oben bei 3A und 3B zusätzliche Maßnahme zur Entkopplung der Regelung von weiteren Anforderungen – insbesondere die durch eine Leerlaufdrehzahlregelung implizierte Anforderung – dient eine im Regeltakt fortlaufende Initialisierung der Integratoren der Regler derart, dass der Verlauf der Stellgröße der Regelung mittelwertfrei ist, das heißt mit einem Mittelwert = 0 ist. Alternativ dazu ist es möglich, auf diese Initialisierung zu verzichten, wenn der Drehzahltrend die Regelgröße der Leerlaufregelung darstellt.As for the speed trend calculation (see above at 3A and 3B additional measure for decoupling the control of further requirements - in particular the requirement implied by an idle speed control - is used in a regular cycle continuous initialization of the integrators of the controller such that the course of the control variable of the control is averaging, that is with an average value = 0. Alternatively, it is possible to dispense with this initialization when the speed trend is the control variable of the idle control.

Für das Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel liegen bereits Simulationen vor, die nachfolgend beschrieben und diskutiert werden.For the procedure according to the embodiment are already simulations, which are described below and to be discussed.

Die Simulationen wurden an einem Modell für die Kurbeltriebmechanik eines Vierzylindermotors durchgeführt. Dabei wurden zwei der Vierzylinder künstlich verstimmt, um Störungen, wie in der Einleitung beschrieben, zu erzeugen.The Simulations were made on a model for the crank mechanism of a Four-cylinder engine performed. Two of the four-cylinder were artificially detuned to disturbances, as described in the introduction.

5 zeigt die Verläufe der mittleren Kurbelwellendrehzahl im Fall ohne Regelung der Harmonischen der Nockenwellenfrequenz, Linie 50, und mit Regelung, Linie 52. 5 shows the curves of the average crankshaft speed in the case without control of the harmonics of the camshaft frequency, line 50 , and with regulation, line 52 ,

6 zeigt die Verläufe der nicht gemittelten, hochaufgelösten Kurbelwellendrehzahl ohne Regelung der Harmonischen, Linie 60, und mit Regelung, Linie 62. Die positiven Effekte des erfindungsgemäßen Verfahrens sind deutlich zu erkennen. 6 shows the curves of the un-averaged, high-resolution crankshaft speed without control the harmonic, line 60 , and with regulation, line 62 , The positive effects of the method according to the invention can be clearly seen.

In 5 wird die Schwankungsbreite auf ca. 50 % der ohne Regelung reduziert.In 5 the fluctuation range is reduced to approx. 50% without regulation.

In 6 wird die Schwankungsbreite auf ca. 10 % der ohne Regelung reduziert.In 6 the fluctuation range is reduced to approx. 10% without regulation.

7 zeigt die Verläufe der mittleren Kurbelwellendrehzahl. 7 shows the curves of the average crankshaft speed.

Linie 70 zeigt den Verlauf der mittleren Kurbelwellendrehzahl für den Fall ohne Regelung der Harmonischen.line 70 shows the curve of the average crankshaft speed for the case without harmonic control.

Linie 72 zeigt das Verhalten, wenn nur die einfache und die zweifache Nockenwellenfrequenz ausgeregelt werden.line 72 shows the behavior when only the single and the double camshaft frequency are compensated.

Der Verlauf der Linie 74 zeigt das Verhalten, wenn zusätzlich die eineinhalbfache Nockenwellenfrequenz zu Null geregelt wird. Dabei ist deutlich zu sehen, dass es vorteilhaft ist, auch ungeradzahlige Vielfache der halben Nockenwellenfrequenz auszuregeln.The course of the line 74 shows the behavior when in addition the one and a half times the camshaft frequency is regulated to zero. It can clearly be seen that it is advantageous to even out odd multiples of half the camshaft frequency.

Im folgenden und mit Bezug zu 8 werden weitere Einzelheiten für ein Implementierungsbeispiel für das Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel gegeben: Dabei werden die folgenden Schritte zyklisch in äquidistanten Kurbelwellenwinkelschritten (4·π/Z) entsprechend der Zündfrequenz durchlaufen, das heißt, vor jeder Zündung werden die vier Schritte zylinderspezifisch für den am nächs ten zündenden Zylinder abgearbeitet, um ihm einen Regelimpuls zur Laufzeit geben zu können.In the following and with reference to 8th Further details are given for an implementation example of the method according to the embodiment: The following steps are cyclically in equidistant crankshaft angle steps (4 · π / Z) corresponding to the ignition frequency, that is, before each ignition, the four steps are cylinder-specific for the next th firing cylinder processed to give him a control pulse at runtime can.

Als Schritt 810 wird eine Fourieranalyse des aktuell im Ringpuffer – Einzelheiten siehe weiter unten bei 9 – befindlichen, über dem Kurbelwellenwinkel aufgezeichneten Drehzahlverlaufs während der aus Sicht des als nächstes zündenden Zylinders über die zuletzt vergangenen zwei Nockenwellenumdrehungen durchgeführt.As a step 810 is a Fourier analysis of the currently in the ring buffer - details see below 9 - Located, recorded over the crankshaft angle speed curve while performed from the view of the next firing cylinder over the last two last camshaft revolutions.

Als nächster Schritt 820 erfolgt das Berechnen der Regelabweichung, für die der als nächstes zündende Zylinder als aktuelles Regelobjekt genommen wird.As a next step 820 the control deviation is calculated for which the next firing cylinder is taken as the current control object.

Als nächster Schritt 830 erfolgt das Berechnen der Stellgröße des als nächstes zündenden Zylinders, indem die in Schritt 820 berechnete Regelabweichung dem Regler des Zylinders als Eingangssignal aufgeschaltet wird und gemäß der Übertragungsfunktion des Reglers in die Stellgröße überführt wird.As a next step 830 the calculation of the manipulated variable of the next firing cylinder is carried out by the in step 820 calculated control deviation is applied to the controller of the cylinder as an input signal and is converted according to the transfer function of the controller in the manipulated variable.

In einem Schritt 840 erfolgt das Anlegen der Stellgröße an den als nächstes zündenden Zylinder.In one step 840 the manipulated variable is applied to the next firing cylinder.

Bei einem 4-Zylinder 4-Takt Motor ergibt sich für die Drehzahl von 4000 U/min eine maximal ausnutzbare Rechenzeit zwischen zwei Zündungen von etwa:
60/(2·4000·4) Sekunden, entsprechend etwa 2 Millisekunden, um die Regelschleife komplett durchzulaufen. Der Prozessor für die Regelung muss eine entsprechende Leistung aufweisen.For a 4-cylinder 4-stroke engine results in the maximum speed of 4000 rev / min a maximum usable computing time between two ignitions of about:
60 / (2 x 4000 x 4) seconds, corresponding to about 2 milliseconds, to complete the control loop. The processor for the control must have a corresponding capacity.

Mit Bezug zu 9 wird im folgenden ein bevorzugt verwendeter Ringpuffer und seine Belegung zur Speicherung der momentanen Drehzahlwerte beschrieben.In reference to 9 In the following, a preferably used ring buffer and its assignment for storing the instantaneous speed values will be described.

In einem Ringpuffer (bei 4-Hubkolbenmotor) befinden sich gemäß 9 oberer Teil stets die zuletzt winkelsynchron abgetasteten 4·Z Drehzahlwerte. Der Abtastwinkel ist halb so groß wie der Zündwinkel, d.h. es wird mit zweifacher Zündfrequenz abgetastet, siehe bei 1 oben. Es sei nun angenommen, als nächster Zylinder zündet ein Zylinder Y, und der zuletzt vor dieser Zündung „Nummer y" abgetastete Drehzahlwert sei Nx. Dann beinhaltet der Ringpuffer die Abtastwerte wie oben in 9 gezeigt.In a ring buffer (with 4-reciprocating engine) are according to 9 upper part always the most recently synchronized sampled 4 · Z speed values. The scanning angle is half the ignition angle, ie it is scanned at twice the ignition frequency, see 1 above. Suppose now that the next cylinder fires a cylinder Y, and the most recently sampled speed value before that firing "number y" is Nx, then the ring buffer contains the samples as in FIG 9 shown.

Zu einem späteren Zeitpunkt beinhaltet der Ringpuffer vor der danach stattfindenden Zündung „Nummer y + 1" die Abtastwerte, wie sie in 9 unten gezeigt sind.At a later time before the subsequent firing "number y + 1", the ring buffer contains the samples as described in US Pat 9 shown below.

Wie oben erläutert findet die Berechnung der Stellgröße durch Auswertung des aktuellen Ringpufferinhalts statt. Der jeweils aktuellste Wert des Ringpuffers wird von Zündung zu Zündung im Ringpuffer um jeweils zwei Stellen nach links verschoben, ebenso wie alle anderen Werte nach links verschoben werden. Der älteste Wert „fällt rechts heraus", der neueste Wert „kommt rechts hinein". Der Ringpuffer wird im Abtasttakt aktualisiert. Jeder einzeln abgetastete Drehzahlwert befindet sich so für 2·Z Zündungen im Ringpuffer. Das Drehzahlsignal wird auf diese Weise im Rahmen der Wirkungsweise des Hubkolbenmotors kontinuierlich verarbeitet. Gut eignet sich hierfür ein Schieberegister.As explained above, the calculation of the manipulated variable takes place by evaluating the current ring buffer content. The most recent value of the ring buffer is shifted from ignition to ignition in the ring buffer by two places to the left, as well as all other values are shifted to the left. The oldest value "falls out right", the newest value "comes right in". The ring buffer is sampled updated. Each individually sampled speed value is thus in the ring buffer for 2 · Z ignitions. The speed signal is processed continuously in this way in the context of the operation of the reciprocating engine. Well suited for this is a shift register.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann nun für einen beliebigen, individuellen Motor angepasst werden: Die Struktur der Regelung ist dabei im wesentlichen durch die folgenden Merkmale charakterisiert:

1. Vorverarbeitung (Vorfilterung) des Drehzahlsignals (im wesentlichen Trendabzug);
2. Fourieranalyse;
3. Synthetisieren der Regelabweichung gemäß Gleichung (5) auf Basis der Fourieranalyse;
4. Berechnen der Stellgröße gemäß der Übertragungsfunktion des Reglers, der einen integrierenden Anteil besitzt.

The method according to the invention can now be adapted for any individual engine: the structure of the control is essentially characterized by the following features:

1. preprocessing (prefiltering) the speed signal (essentially trend deduction);
2. Fourier analysis;
3. synthesizing the control deviation according to equation (5) on the basis of the Fourier analysis;
4. Calculating the manipulated variable according to the transfer function of the controller, which has an integrating component.

Zur Inbetriebnahme der Regelung am individuellen Motor sollten die freien Parameter der Regelungsstruktur für ein optimales Regelungsverhalten bestimmte Zahlenwerte annehmen, die von Motortyp zu Motortyp verschieden sind. Diese initialen Zahlenwerte, die weiter oben als zu einem Nockenwellenwinkel von 30° führend eingeführt wurden, können empirisch ermittelt werden. Sie werden erfindungsgemäß mittels des geschilderten, erfindungsgemäßen Verfahrens, also am realen Motor automatisiert optimiert, wodurch die Winkel von beispielsweise 31° oder 32° mit den optimierten k-Werten erhalten werden.to Commissioning of the control on the individual engine should be the free Parameters of the control structure for optimum control behavior take certain numerical values that vary from engine type to engine type are. These initial numerical values are higher up than to a Camshaft angles of 30 ° were introduced leader, can be determined empirically. They are inventively means the described method according to the invention, thus automatically optimized on the real engine, reducing the angle of for example, 31 ° or 32 ° with the optimized k values are obtained.

Optional können zur Berechnung der Regelabweichung die einzelnen Frequenzanteile (2, 3, ...Z) unterschiedlich gewichtet werden, so dass es zusätzlich Z – 1 Parameter gibt.optional can to calculate the deviation, the individual frequency components (2, 3, ... Z) are weighted differently, so that there are additional Z - 1 parameters gives.

Die Anzahl der Parameter ist also verhältnismäßig gering, so dass sich die Auslegung der Regelung am individuellen Motor mit geringem Aufwand automatisiert realisieren lässt.The Number of parameters is so relatively small, so that the Design of the control on the individual engine with little effort automated realization.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Even though the present invention based on a preferred embodiment As described above, it is not limited thereto on diverse Modifiable way.

Die Regelung lässt sich in Motorsteuerungssoftware aktueller Motorsteuerungssysteme vom Stand der Technik als zusätzliche Funktion einbetten.The Regulation leaves in engine control software of current engine control systems from the prior art as additional Embed function.

Die Randinformationen (wie z.B. Nummer des als nächstes zündenden Zylinders) sind in aktuellen Motorsteuerungseinrichtungen standardmäßig gegeben, das heißt, sie sind in der Motorsteuerungssoftware bereits als Variablen vorhan den. Moderne Motorsteuerungen liefern standardmäßig alle Informationen (Drehzahlwerte, ...), die vom Regelungsverfahren benötigt werden.The Edge information (such as number of the next firing cylinder) is in current engine control devices are given by default, that is, they are already present in the engine control software as variables. Modern engine controls provide all information by default (speed values, ...), which are required by the regulatory procedure.

Weiter kann der Gegenstand der vorliegenden Erfindung in Hardware, Software oder einer Kombination aus beiden realisiert werden. Eine beliebige Art von Computersystem oder Computergeräten, besonders aber eine Motorsteuerungshardware/Softwarekombination aus dem Stand der Technik ist dafür geeignet, das erfindungsgemäße Verfahren ganz oder in Teilen durchzuführen, wenn sie erfindungsgemäß programmiert und ausgelegt ist und die entsprechenden, erfindungsspezifischen Input-Schnittstellen der Istwerterfassung der Regelung, bzw. die Outputschnittstellen zum Stellen der Stellglieder des Systems aufweist. Eine typische Hardware-Software-Kombination für die vorliegende Erfindung wäre ein leistungsangepasster Computer eines Motorsteuerungssystems und ein Computerprogramm, das, wenn es geladen und ausgeführt wird, den Computer derart steuert, dass es das erfindungsgemäße Verfahren ganz oder in Teilen ausführt.Further The subject matter of the present invention may be embodied in hardware, software or a combination of both. Any Type of computer system or computer devices, but especially a motor control hardware / software combination from the prior art is suitable for this, the inventive method to carry out in whole or in part, if they are programmed according to the invention and is designed and the corresponding, fiction-specific input interfaces the actual value of the control, or the output interfaces to provide the actuators of the system. A typical hardware-software combination for the present invention would be a power-matched computer of an engine control system and a computer program that, when loaded and executed, controls the computer so that it is the inventive method in whole or in part.

Die vorliegende Erfindung kann auch in ein Computerprogramm-Erzeugnis eingebettet sein, das sämtliche Merkmale enthält, die eine Implementierung der hierin beschriebenen Verfahren ermöglichen, und die, wenn sie in ein Computersystem geladen wird, dazu imstande ist, diese Verfahren auszuführen, wenn es mit den aktuellen Daten versorgt wird.The The present invention may also be embodied in a computer program product be embedded, that all Contains features, that enable an implementation of the methods described herein and which, when loaded into a computer system, is capable of doing so is to carry out these procedures if it is supplied with the current data.

Computerprogrammeinrichtungen oder Computerprogramme bedeuten im vorliegenden Kontext beliebige Ausdrücke in einer beliebigen Sprache oder Notation, oder einem beliebigen Code eines Satzes von Anweisungen, die ein System mit einer Informationsverarbeitungsmöglichkeit dazu veranlassen sollen, von den folgenden Funktionen
Umsetzung in eine andere Sprache oder Notation oder einen anderen Code,
Reproduktion in eine unterschiedliche materielle Form, eine bestimmte entweder direkt oder nacheinander oder beide durchzuführen.Computer program devices or computer programs in the present context mean any expressions in any language or notation, or any code of a set of instructions intended to cause a system with information processing capability, of the following functions
Translation into another language or notation or another code,
Reproduction into a different material form, to perform a particular one either directly or sequentially or both.

Das Verfahren ist bei Hubkolbenmotoren mit beliebiger Zylinderzahl anwendbar. Es gibt auch keine Einschränkung bezüglich des Motortyps (Diesel, Otto, Gas, ...).The method is applicable to reciprocating engines with any number of cylinders. There are none Restriction regarding the engine type (diesel, petrol, gas, ...).

Die Motordrehzahl kann aus der Nockenwellendrehzahl oder aus der Kurbelwellendrehzahl berechnet werden.The Engine speed may be from the camshaft speed or crankshaft speed be calculated.

So ist der Trendabzug bei jeder Variante realisierbar. Dadurch, dass nur Sinusschwingungen ausgeregelt werden, ist der Stellgrößenverlauf der Laufruheregelung stationär mittelwertfrei, das heißt, es wird dem System stationär im Mittel keine Energie zu- oder abgeführt (wenn ein Zylinder mehr Stellgröße bekommt, wird sie den anderen Zylindern abgezogen, so dass die Summe Null ist). Diesen Effekt kann man – wie im Stand der Technik bekannt – durch entsprechende Initialisierung der I-Anteile beschleunigen. Dies ist in dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch nicht erforderlich, da die betrachteten Schwingungen ohnehin mittelwertfrei sind. Insbesondere der Trendabzug macht diese Initialisierung verzichtbar.So is the trend deduction feasible for each variant. As a result of that only sinusoidal oscillations are corrected, is the manipulated variable course the restraint system stationary mean free, that is, it becomes stationary to the system no energy added or removed on average (if one more cylinder Correcting variable gets, it is subtracted from the other cylinders, so the sum is zero is). This effect can be - like known in the art - by accelerate the corresponding initialization of the I-shares. This is in the process of the invention but not necessary, since the considered vibrations anyway are mean free. In particular, the trend deduction makes this initialization dispensable.

Claims

Method for regulating the smoothness of reciprocating engines, characterized in that it contains an algorithm comprising the following steps: a) using ( 810 ) of a Fourier series with Z - 1 summands a _n , b _n , ..., where n = 2, 3, ... Z, (where Z is the number of cylinders of the engine) as a series representation of mean engine speed values, the Order n is chosen so that at least an odd multiple of half the camshaft frequency is taken into account in the series representation, for generating a control deviation e _n , b) calculating an individual contribution to the control deviation for each summand of the series representation by means of a predetermined value k = k (n) where k (n) is from a preliminary study and is the value at which the maximum expression of the effect of the last ignition of the cylinder which will next ignite is measured, and c) forming ( 820 ) of a total deviation e _Z from the individual contributions.

The method of claim 1, wherein n is selected that at least three times the half camshaft frequency with considered in the series representation is.

The method of claim 1, further comprising the steps of: d) acquiring current values of engine speed from a time interval of at least 2 camshaft revolutions, e) calculating mean engine speed ( 30 f) storing the mean speed values in a memory, g) reading the average speed values from a time interval of 2 camshaft revolutions from the memory, h) evaluating the average speed values according to the algorithm of claim 1, resulting in a control deviation, i) reading edge information which cylinder will ignite next, j) calculating ( 830 ) of the control variable from the control deviation and the controller transfer function for the next firing cylinder, k) loading ( 840 l) reading new measurements into the memory, corresponding to the swept crankshaft rotation angle between two consecutive ignitions, m) repeating the previous steps with the respective updated average speed values.

The method of claim 1, wherein a set of optimized k-values determined by automatic program-controlled optimization becomes.

A method for controlling the smoothness of reciprocating engines according to claim 1, the further steps comprising: a) detecting the trend ( 32 ) the engine speed ( 30 ), b) Subtracting this trend ( 32 ) of the currently recorded values of the engine speed ( 30 ), whereby a correction of the average speed values takes place, and c) calculating the control deviation ( 820 ) with the trend-cleaned speed average values ( 34 ).

System for controlling the smoothness of reciprocating engines, characterized by a programmed unit ( 40 ) With a) a functional unit ( 42 ) to use ( 810 ) of a Fourier series with Z - 1 summands a _n , b _n , ..., where n = 2, 3, ... Z, (where Z is the number of cylinders of the engine) as a series representation of mean engine speed values, the Order n is chosen so that at least an odd multiple of half the camshaft frequency is taken into account in the series representation, to generate a control deviation e _n , b) a functional unit ( 42 ) for calculating an individual contribution to the control deviation for each summand of the series representation by means of a predetermined value k = k (n), k (n) originating from a preliminary investigation and being the value at which the maximum value of the effect of the last ignition of the cylinder will next ignite, is measured, and c) a functional unit ( 42 ) to make ( 820 ) of a total deviation e _Z from the individual contributions.

System according to the preceding claim, wherein n is so chosen is that at least three times the half camshaft frequency taken into account in the series representation is.