DE19722253A1 - Elektronische Ruckeldämpfungseinrichtung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Ruckeldämpfungsein­ richtung für Brennkraftmaschinen mit elektronischer Kraftstoff­ einspritzung in Kraftfahrzeugen, insbesondere Dieselmotoren, mit einem durch ein Fahrpedal vorgebbaren, einer Kraftstoffein­ richtung zugeführten Mengenwunschsignal und mit einem von der dem Drehzahlsignal der Brennkraftmaschine überlagerten Ruckel­ schwingung abgeleiteten gegengekoppelt der Kraftstoffeinspritz­ einrichtung zugeführten Mengenkomponentensignal.

Um bei Kraftfahrzeugen mit elektronischer Kraftstoffeinsprit­ zung Lastsprünge und ein damit verbundenes unkomfortables Fahr­ verhalten zu vermeiden, muß das über das Fahrpedal vorgebbare Mengenwunschsignal in geeigneter Weise gefiltert werden. Trotz der Filterung des Mengenwunschsignals sind jedoch schwingungs­ förmige Anregungen des Antriebsstranges möglich, die zu einem ruckelnden Fahrverhalten führen. Dieses Ruckeln kann man in be­ kannter Weise dämpfen, indem man die dem Drehzahlsignal überla­ gerte Ruckelschwingung über eine Filteranordnung dem Einspritz­ mengensignal gegenkoppelt.

Die bekannten Filteranordnungen für diesen Zweck sind relativ komplex und durch Verkopplungen und Rückkopplungen relativ un­ übersichtlich aufgebaut und daher schwierig zu applizieren.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine wirksame und komfortable Ruckeldämpfungseinrichtung zu schaffen, die sich leicht applizieren läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Men­ genwunschsignal über ein PDT1-Filter an einem mit dem Steuersi­ gnaleingang der Kraftstoffeinspritzeinrichtung verbundenen Sum­ menpunkt und daß über ein separates D2T2-Filter gefilterte Drehzahlsignal als zu subtrahierendes Mengenkomponentensignal an diesem Summenpunkt anliegt.

Erfindungsgemäß wurden durch die beiden separaten Filter die Funktionen Mengendämpfung und Ruckeldämpfung entkoppelt, so daß sie sich unabhängig voneinander einstellen und optimieren las­ sen, wodurch die angestrebte vereinfachte Applikation erreicht wird. Die Filterfunktionen sind einfacher und leichter zu ver­ stehen und zu optimieren. Für die Mengendämpfung hat sich ein PDT1-Filter und für die Ruckeldämpfung ein D2T2-Filter als am besten geeignet erwiesen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen dem im Anspruch 1 angegebenen Ruckeldämpfungseinrichtung möglich.

Die Amplitude und die Frequenz der Ruckelschwingungen sind bei einem Fahrzeug stark betriebspunktabhängig, wobei die wesentli­ chen Einflußgrößen die jeweils vorliegende Gangstufe und die Motordrehzahl sind. In vorteilhafterweise sind daher zur Vorga­ be wenigstens eines Teils der Filterparameter für die Filter­ kennfelder vorgesehen, wobei die Filterparameter über diese Kennfelder wenigstens in Abhängigkeit der Drehzahl der Brenn­ kraftmaschine und/oder der jeweils vorliegenden Gangstufe des Getriebes vorgebbar sind, um in allen Betriebszuständen eine jeweils optimale Ruckeldämpfung zu erreichen.

Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, wenigstens eine Um­ schalteinrichtung zur Umschaltung zwischen einer kennfeldabhän­ gigen Vorgabe von Filterparametern und einer Vorgabe von festen Filterparametern vorzusehen, wobei eine Umschaltung der Um­ schalteinrichtung auf die festen Filterparameter bei externen Mengeneingriffen vorgesehen sind, die eine schnelle Reaktion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung erfordern, und wobei die fe­ sten Filterparameter die Filterwirkung der Filter verringern oder beseitigen. Hierdurch ist beispielsweise sichergestellt, daß beim Einsetzen einer Antischlupfregeleinrichtung (ASR) die Brennkraftmaschine unverzögert reagiert.

Alternativ hierzu ist es prinzipiell auch möglich, ein Filter oder beide Filter durch eine Schalteinrichtung bei externen Mo­ toreingriffen überbrückbar zu machen, die eine schnelle Reakti­ on der Kraftstoffeinspritzeinrichtung erfordern. Auch hierdurch wird die Verzögerung des Mengenwunsches durch Filter verhin­ dert, wenn bestimmte schnelle Mengeneingriffe erforderlich sind.

Die erfindungsgemäße Ruckeldämpfungseinrichtung eignet sich vor allem für Dieselmotoren mit elektronisch geregelter Einspritz­ pumpe.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Ein Blockschaltbild einer elektronischen Ruckeldämp­ fungseinrichtung als Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung,

Fig. 2 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des PDT1-Filters, und

Fig. 3 ein Bodediagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des D2T2-Filters.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine elek­ tronische Ruckeldämpfungseinrichtung für Dieselmotoren mit ei­ ner elektronisch geregelten Einspritzpumpe 10. Die Erfindung ist jedoch auch für Dieselmotoren mit einer anderen elektroni­ schen Kraftstoffeinspritzeinrichtung geeignet, sowie allgemein für Brennkraftmaschinen, also auch zum Beispiel für Ottomoto­ ren, mit elektronischer Kraftstoffeinspritzung. Anstelle der Einspritzpumpe 10 tritt dann die jeweils vorgesehene Kraft­ stoffeinspritzvorrichtung.

Das von einem Fahrpedal 11 erzeugte Mengenwunschsignal Me_w wird über ein PDT1-Filter 12 und über einen hinter dem PDT1-Filter 12 angeordneten Summenpunkt 13 der Einspritzpumpe 10 als Steu­ ersignal zugeführt. Im Summenpunkt 13 wird noch ein über ein D2T2-Filter 14 gefiltertes Drehzahlsignal N, das von einem nicht dargestellten Drehzahlgeber an dem Dieselmotor abgenommen wird, gegengekoppelt. Dies bedeutet, daß das im D2T2-Filter 14 gefilterte Drehzahlsignal als durch die Ruckelschwingung er­ zeugte Mengenkomponente Me_R vom gefilterten Mengenwunschsignal Me_d am Ausgang des PDT1-Filters 12 abgezogen wird. Die Diffe­ renz ergibt das summierte Mengensignal Me_S das als effektives Mengensteuersignal der Einspritzpumpe 10 zugeführt wird.

Zur Vereinfachung wurde bei der Darstellung auf sonst übliche Komponenten der Einspritzmengenberechnung verzichtet, wie z. B. Leerlaufregler und Vorrichtungen zur Mengenbegrenzung.

Ein PDT1-Filter 12 hat die folgende Übertragungsfunktion:

Dabei ist gemäß Fig. 2 k_M die Sprungkonstante und T_M die Zeit­ konstante der Übertragungsfunktion bzw. des PDT1-Filters 12. p ist die bei Übertragungsfunktionen üblicherweise verwendete komplexe Frequenzvariable. Als Reaktion auf ein Mengenwunschsi­ gnal Me_W ergibt sich somit der in Fig. 2 dargestellte gedämpf­ te Mengenverlauf Me_D der sich aus zwei Teilkomponenten zusam­ mensetzt, nämlich aus einem sprungförmigen Anteil der durch die Sprungkonstante k_M bestimmt ist, und einer e-Funktion, die durch die Zeitkonstante T_M charakterisiert ist. Durch die Fil­ terung des Mengenwunschsignals können Lastsprünge und ein damit verbundenes unkomfortables Fahrverhalten vermieden werden.

Die Übertragungsfunktion des D2T2-Filters 14 ist in Fig. 3 in Form eines Bodediagramms dargestellt. Ein solches D2T2-Filter hat die folgende Übertragungsfunktion:

Dabei ist k_R der Verstärkungsfaktor und T_R die Zeitkonstante des als Ruckeldämpfers dienenden D2T2-Filters 14. Trotz der Filterung des Mengenwunschsignals Me_W sind schwingungsförmige Anregungen des Antriebsstranges des Dieselmotors oder einer an­ deren Brennkraftmaschine möglich, die zu einem ruckelnden Fahr­ verhalten führen. Durch die D2T2-Filterung des Drehzahlsignals N erhält man eine das Ruckeln dämpfende Mengenkomponente Me_R, die in der bereits beschriebenen Weise vom gefilterten Mengen­ wunschsignal Me_D abgezogen wird, um das summierte bzw. aktuelle Mengensignal Me_S zu erhalten.

Da die Amplitude und die Frequenz der Ruckelschwingungen bei Kraftfahrzeugen stark betriebspunktabhängig sind, sind mit fe­ sten Filterkonstanten zumindest in Teilbereichen nur unbefrie­ digende Ergebnisse zu erwarten. Wesentliche Einflußgrößen auf die Ruckelschwingungen sind die jeweils vorliegende Gangstufe G des Fahrzeuggetriebes und die Motordrehzahl N. Die vier Filter­ konstanten für die beiden Filter 12, 14 werden daher in Abhän­ gigkeit der Gangstufe G und der Motordrehzahl N über Kennfelder 15 bis 18 vorgegeben. Die Ermittlung der Kennfeldwerte erfolgt im wesentlichen über Rechnersimulation, wobei anschließend dann noch empirische Korrekturen bei Fahrversuchen durchgeführt wer­ den. Im folgenden werden im Zusammenhang mit Fig. 3 die Fil­ terkonstanten T_M, k_M, T_R und k_R im folgenden auch als TM, KM, TR, und KR bezeichnet.

Die vier durch die Kennfelder 15 bis 18 festlegbaren Filterpa­ rameter werden über Umschaltstufen 19 bis 22 an Eingänge der Filter 12 und 13 gelegt, über die die Filterparameter vorgegeben werden können. Die dargestellten Schaltstellungen der Um­ schaltstufen 19 bis 22 sind die Schaltstellungen für den norma­ len Fahrbetrieb, in denen die von den Einflußgrößen G und N ab­ hängigen Filterparameter TM_NG, KM_NG, TR_NG und KR_NG der Kennfel­ der 15 bis 18 an dem die Filterparameter festlegenden Fil­ tereingängen der Filter 12 und 14 anliegen. Bei externen Men­ geneingriffen, die eine sehr schnelle Lastreaktion des Diesel­ motors oder einer anderen Brennkraftmaschine erfordern, wie zum Beispiel beim Eingriff einer Antischlupfregeleinrichtung (ASR) oder bestimmten Getriebesteuerungseingriffen, wird beispiels­ weise von einer zentralen Motorsteuerung oder von den einzelnen Steuerkomponenten aus ein Signal CANME den Umschaltstufen 19, 22 zugeführt, das jeweils eine Umschaltung in den anderen Schaltzustand bewirkt. In diesem anderen Schaltzustand liegen feste Filterparameterwerte TM_CAN, KM_CAN, TR_CAN und KR_CAN über diese Umschaltstufen 19 bis 22 an den Filtern 12 bis 14 an. Diese Einflußgrößen unabhängigen Filterkonstanten bewirken eine Verringerung der Filterwirkung dieser Filter 12, 14, so daß schnelle Mengensignalwechsel realisierbar sind. Dabei können diese Filterkonstanten auch so gewählt werden, daß die Filter völlig unwirksam sind. Beispielsweise erhält man generell sinn­ volle Filtereigenschaften des PDT1-Filters 12 bei Werten der Sprungkonstanten KM zwischen 0 und 1. Wird nun KM auf 1 ge­ setzt, so ergibt sich keine Filterwirkung mehr.

Selbstverständlich ist es auch möglich, bei einfacheren Ausfüh­ rungsformen die Filterkonstanten auch nur zum Teil über Kenn­ felder vorzugeben. Weiterhin können durch Kennfelder 15 bis 18 vorgegebene Einflußgrößen abhängige Filterkonstanten auch nur zum Teil über Umschaltstufen 19 bis 22 geführt werden. Bei­ spielsweise kann im Falle des PDT1-Filters 12 auch die Um­ schaltstufe 19 entfallen, so daß nur eine Umschaltung der Sprungkonstanten KM möglich ist, was jedoch im Einzelfall aus­ reicht.

In Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels können die Filter 12 und 14 auch abgewandelte Filtereigenschaften aufwei­ sen, sofern diese im Einzelfall sich als ausreichend oder vor­ teilhaft erweisen. Die einflußgrößenabhängige Vorgabe von Fil­ terkonstanten über Kennfelder ist auch im Zusammenhang mit an­ deren Filtern bzw. Filtern mit anderen Filtereigenschaften von Vorteil und Bedeutung.

Anstelle der Umschaltstufe 19 bis 22 können auch Überbrückungs­ schalter für die Filter 12 und 14 treten, die von einem ent­ sprechenden Steuersignal CANME betätigbar sind, d. h., bei Auf­ treten eines solchen Signals werden die Filter 12 und/oder 14 überbrückt.

Die Schalt- und Umschaltfunktionen werden bei heute üblicher Ausführung durch rechnergesteuerte Funktionen realisiert, was auch für die übrigen Komponenten wenigstens teilweise zutrifft.

Claims (8)

1. Elektronische Ruckeldämpfungseinrichtung für Brennkraftma­ schinen mit elektronischer Kraftstoffeinspritzung in Kraftfahr­ zeugen, insbesondere Dieselmotoren mit durch ein Fahrpedal vor­ gebbarem, einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung zugeführten Men­ genwunschsignal, und mit einem von der dem Drehzahlsignal der Brennkraftmaschine überlagerten Ruckelschwingung abgeleiteten gegengekoppelt der Kraftstoffeinspritzeinrichtung zugeführten Mengenkomponentensignal, dadurch gekennzeichnet, daß das Men­ genwunschsignal (Me_W) über ein PDT1-Filter (12) an einem mit dem Steuersignaleingang der Kraftstoffeinspritzeinrichtung (10) verbundenen Summenpunkt (13) und das über ein separates D2T2- Filter (14) gefilterte Drehzahlsignal (N) als zu subtrahieren­ des Mengenkomponentensignal (Me_R) an diesem Summenpunkt (13) anliegt.

2. Ruckeldämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Vorgabe wenigstens eines Teils der Filterpa­ rameter (TM, KM, TR, KR) für die Filter (12, 14) Kennfelder (15 bis 18) vorgesehen sind.

3. Ruckeldämpfungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Filterparameter über die Kennfelder (15 bis 18) wenigstens in Abhängigkeit der Drehzahl (N) der Brennkraft­ maschine und/oder der jeweils vorliegenden Gangstufe (G) eines Getriebes vorgebbar sind.

4. Ruckeldämpfungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Umschalteinrichtung (19 bis 22) zur Umschaltung zwischen einer kennfeldabhängigen Vorgabe von Filterparametern (TM_NG, KM_NG, TR_NG, KR_NG) und einer Vor­ gabe von festen Filterparametern (TM_CAN, KM_CAN, TR_CAN, KR_CAN) vorgesehen sind, wobei eine Umschaltung der wenigstens einen Umschalteinrichtung (19 bis 22) auf die festen Filterparameter bei externen Mengeneingriffen vorgesehen ist, die eine schnelle Reaktion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung (10) erfordern, und wobei die festen Filterparameter die Filterwirkung der Filter (12, 14) verringern oder beseitigen.

5. Ruckeldämpfungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter oder beide Filter (12, 14) durch eine Schalteinrichtung bei externen Mengeneingriffen überbrück­ bar ist oder sind, die eine schnelle Reaktion der Kraftstoff­ einspritzeinrichtung (10) erfordern.

6. Ruckeldämpfungseinrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das PDT1-Filter (12) die folgende Übertragungsfunktion aufweist:
wobei k_M die Sprungkonstante, T_M die Zeitkonstante und p die komplexe Frequenzvariable ist.

7. Ruckeldämpfungseinrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das D2T2-Filter (14) die folgende Übertragungsfunktion aufweist:
wobei k_R der Verstärkungsfaktor, T_R die Zeitkonstante und p die komplexe Frequenzvariable ist.

8. Ruckeldämpfungseinrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritz­ einrichtung (10) eine elektronisch geregelte Einspritzpumpe ist.