DE19836845A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, bei welchem wenigstens eine der Größen Drehmoment, Leistung oder Drosselklappenwinkel ermittelt wird, mit einem maximal zulässigen Wert verglichen und bei Überschreiten des maximal zulässigen Wertes durch die ermittelte Größe Fehlerreaktionsmaßnahmen eingeleitet werden. Der maximal zulässige Wert wird dabei abhängig von der zeitlichen Änderung der Drehzahl der Antriebseinheit gebildet.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs.

Aus der DE-A1 195 36 038 (US-Patent 5 692 472) ist bekannt, daß auf der Basis wenigstens einer Betriebsgröße, z. B. der Fahrpedalstellung ein maximal zulässiges Motordrehmoment bzw. eine maximal zulässige Motorleistung abgeleitet wird. Diese wird mit dem aktuellen Drehmoment bzw. der aktuellen Leistung der Antriebseinheit verglichen, wobei bei Über­ schreiten des maximal zulässigen Wertes durch den Istwert Fehlerreaktionsmaßnahmen eingeleitet werden. Diese können beispielsweise in einem Abschalten der Kraftstoffzufuhr be­ stehen, bis der Istwert den maximal zulässigen Wert wieder unterschreitet.

Bei den geschilderten Überwachungsmaßnahmen besteht ein Zielkonflikt hinsichtlich der Funktionalität der An­ triebseinheit und der Schärfe der beschriebenen Überwachung. Zumindest in einigen Betriebszuständen, beispielsweise wenn das Gaspedal sich in Leerlaufstellung befindet, muß ein re­ lativ großes Moment bzw. eine relative große Leistung zuge­ lassen werden, damit die Leerlaufregelung Störgrößen wie ei­ nen zu schaltenden Klimakompressor, eine Lenkhilfepumpe oder ein Schleifenlassen der Kupplung kompensieren kann. Die ma­ ximal zulässigen Werte müssen in solchen Betriebssituationen auf Werte festgelegt werden, die im Fehlerfall bereits zu einem unerwünschten Beschleunigen des Fahrzeugs führen kön­ nen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, diesen Zielkonflikt zu lösen.

Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängi­ gen Patentansprüche erreicht.

Vorteile der Erfindung

Der beschriebene Zielkonflikt zwischen der Funktionalität der Antriebseinheit und der Schärfe der Überwachung wird er­ folgreich gelöst. Besonders vorteilhaft ist, daß in Be­ triebssituationen, in denen ein relativ hoher zulässiger Wert vorgegeben werden muß, um eine unbeabsichtigtes Anspre­ chen der Überwachungsfunktion zu verhindern, ein gegenüber anderen Betriebssituationen erhöhter zulässiger Wert vorge­ geben wird, ohne das es im Fehlerfall zu einer unerwünschten Beschleunigung des Fahrzeugs kommen kann.

Besonders vorteilhaft ist die Einbeziehung der zeitlichen Änderung der Motordrehzahl bei der Bestimmung des zulässigen Werts, weil dadurch bei negativer zeitlicher Änderung einen Erhöhung des zulässigen Wert vorgenommen werden kann, wäh­ rend bei ansteigender oder konstanter Drehzahl ein verhält­ nismäßig niedriger zulässiger Wert vorgegeben wird. Im Feh­ lerfall sind damit unerwünschte Beschleunigungen weitgehend verhindert, da eine fallende Drehzahl in der Regel uner­ wünschte Beschleunigungen ausschließt. Wenn also Störgrößen wie Klimakompressor, Servolenkung, Kupplungsbetätigung, etc. zu einem Drehzahleinbruch führen, kann die Leerlaufregelung diese Einbruch wirksam kompensieren, ohne daß die Überwa­ chungsfunktion anspricht.

Vorteilhaft ist, die Erhöhung des zulässigen Werts nur in bestimmten Betriebssituationen zuzulassen, insbesondere nur dann, wenn das Gaspedal sich in Leerlaufstellung (losgelassen) befindet.

Besonders vorteilhaft ist, die Aufweitung des zulässigen Wertes bei negativer Drehzahländerung eine vorgegegene Zeit­ lang nach Ende des Drehzahlabfalls beizubehalten, weil da­ durch die Leerlaufregelung die Drehzahl nach dem Drehzah­ leinbruch schnell wieder auf den vorgegebenen Wert steuern kann.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine Steuervorrichtung für eine Antriebseinheit, bei welcher die nachfolgend beschriebene Vorgehensweise reali­ siert ist. Fig. 2 stellt ein Flußdiagramm dar, welches die Realisierung der beschriebenen Lösung als Rechnerprogramm darstellt. In Fig. 3 ist die Wirkungsweise dieser Lösung anhand von Zeitdiagrammen verdeutlicht.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In Fig. 1 ist eine Steuereinheit 10 für eine Antriebsein­ heit 12 dargestellt, welche im wesentlichen aus einer Ein­ gangsschaltung 14, einem Mikrocomputer 16, eine Ausgangs­ schaltung 18 und ein diese Elemente verbindendes Kommunika­ tionssystem 20 besteht. Über Eingangsleitungen werden der Steuereinheit 10 Betriebsgrößen der Antriebseinheit und/oder des Fahrzeugs zugeführt, die in der Steuereinheit 10 durch den Mikrocomputer in Ansteuersignale zur Steuerung der Antriebseinheit 12 umgesetzt werden. Ins­ besondere sind mit Blick auf die nachfolgend beschriebene Lösung folgende Eingangsgrößen vorgesehen. Über eine Ein­ gangsleitung 22 wird der Steuereinheit 10 von einer Meßein­ richtung 24 eine die Auslenkung eines Fahrpedals repräsen­ tierende Größe β zugeführt. Ferner wird über die Leitung 26 von einer entsprechenden Meßeinrichtung 28 eine die Motor­ drehzahl repräsentierende Größe NMOT übertragen. Ferner sind Eingangsleitungen 30 bis 34 vorgesehen, die von entsprechen­ den Meßeinrichtungen 36 bis 40 weitere Betriebsgrößen zufüh­ ren, die bei der Durchführung der nachfolgend beschriebenen Lösung sowie bei anderen Funktionen im Rahmen der Funktions­ weise der Steuereinheit 10 Verwendung finden. Derartige Grö­ ßen sind beispielsweise ein Luftmassensignal, ein Motortem­ peratursignal, ein Drosselklappenstellungssignal, etc. Die Steuereinheit 10 steuert im bevorzugten Ausführungsbeispiel die Leistung der Antriebseinheit 12 beispielsweise durch Einstellen der Luftzufuhr, der Kraftstoffeinspritzung und/oder des Zündwinkels abhängig von den zugeführten Ein­ gangsgrößen. Diese Eingriffe sind in Fig. 1 durch die Aus­ gangsleitung 42 symbolisiert.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel stellt die Steuer­ einheit 10 ein drehmomentenbasiertes Motorsteuersystem dar. Dies bedeutet, daß wenigstens auf der Basis der Fahrpedal­ stellung ein Solldrehmoment der Antriebseinheit ermittelt wird, welches durch Steuerung wenigstens eines der Lei­ stungsparameter der Antriebseinheit eingestellt wird. Bei einer Brennkraftmaschine wird zur Einstellung der Luftzufuhr dabei ein Solldrosselklappenwinkel auf der Basis des Sollmo­ ments abgeleitet und im Rahmen eines Lageregelkreises einge­ regelt.

In anderen Ausführungsbeispielen wird nicht das Drehmoment der Brennkraftmaschine, sondern deren Leistung oder der Drosselklappenwinkel vorgegeben.

Zur Überwachung der Motorsteuerung ist vorgesehen, daß we­ nigstens auf der Basis der Fahrpedalauslenkung je nach Aus­ führung ein maximal zulässiges Drehmoment, eine maximal zu­ lässige Leistung oder ein maximal zulässiger Drosselklappen­ winkel ermittelt wird. Die entsprechende Istgröße wird mit diesem maximal zulässigen Moment verglichen, wobei bei Über­ schreiten eine Fehlerreaktionsmaßnahme eingeleitet wird. Diese besteht beispielsweise in einer Abschaltung der Kraft­ stoffeinspritzung.

Der Konflikt zwischen den Bedürfnissen der Leerlaufregelung und der Überwachungsschärfe wird gelöst, indem der maximal zulässige Wert von der zeitlichen Änderung der Motordrehzahl abhängig ist. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel findet dies dann statt, wenn das Pedal sich in Leerlaufstellung befin­ det. Bei negativer Drehzahländerung wird dann ein größerer maximaler Wert zugelassen als bei konstanter oder gar bei positiver Drehzahländerung. In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, nach einem negativen Drehzahlgradienten für eine vorgegebene Zeitdauer (z. B. 200 bis 500 Millisekunden) noch den höheren maximal zulässigen Wert vorzugeben, selbst dann, wenn die Drehzahl schon wieder ansteigt.

Der maximal zulässige Wert ist je nach Ausführung ein maxi­ mal zulässiges Drehmoment, eine maximal zulässige Leistung oder ein maximal zulässiger Drosselklappenwinkel. Mit diesem wird ein entsprechender, berechneter oder gemessener Ist­ wert, d. h. ein Drehmomentenistwert, ein Leistungsistwert oder ein Drosselklappenwinkelistwert verglichen.

Bevorzugte Ausführungs- und Realisierungsbeispiele dieser Lösung als Rechnerprogramm auf Drehmomentenbasis sind anhand des Flußdiagramms in Fig. 2 skizziert. Das beschriebene Programm, dessen vorteilhafte Ergänzungen gestrichelt darge­ stellt sind, wird in vorgegebenen Zeitintervallen gestartet.

Im ersten Schritt 100 werden die auszuwertenden Betriebsgrö­ ßen eingelesen. Diese sind Motordrehzahl NMOT, Fahrpedalaus­ lenkung β sowie gegebenenfalls weitere, zur Berechnung des maximal zulässigen Drehmoments und/oder zur Berechnung des Istmoments verwendeten Betriebsgrößen, wie z. B. der aktuelle Luftmassenstrom, die aktuelle Zündwinkeleinstellung etc. Im darauffolgenden Schritt 102 wird durch Auswertung des aktu­ ellen Motordrehzahlwertes NMOT und wenigstens eines vorheri­ gen Motordrehzahlwertes der Gradient der Motordrehzahl, das heißt die zeitliche Änderung der Motordrehzahl dNMOT/dt ge­ bildet. Im nächsten Schritt 104 wird auf der Basis der Be­ triebsgrößen wie aus dem Stand der Technik bekannt das Moto­ ristmoment Mist bestimmt. Danach wird im Schritt 106 die Be­ rechnung des maximal zulässigen Moments wenigstens auf der Basis der der Fahrpedalauslenkung β und der zeitlichen Ände­ rung der Motordrehzahl dNmot/dt durchgeführt. In einem Aus­ führungsbeispiel erfolgt ist dadurch daß aufgrund einer Kennlinie oder eines motordrehzahlabhängigen Kennfeldes das maximal zulässige Drehmoment ermittelt wird, zu dem bei ne­ gativer zeitlicher Drehzahländerung ein Erhöhungswert aufge­ schaltet wird. Dieser Erhöhungswert kann fest oder abhängig von der Größe der zeitlichen Änderung der Motordrehzahl sein. Ist die Motordrehzahl konstant oder ändert sich die Motordrehzahl im positiven Sinne, das heißt im Sinne einer Erhöhung der Motordrehzahl, ist der Erhöhungswert Null. Nach Bestimmung des maximal zulässigen Moments wird im Schritt 108 das berechnete Istmoment mit dem maximal zulässigen Mo­ ment verglichen. Überschreitet das Istmoment das maximal zu­ lässige Moment, wird gemäß Schritt 110 eine Fehlerreaktion eingeleitet, ansonsten wird wie nach Schritt 110 wird der Programmteil beendet und zum nächsten Zeitpunkt erneut durchlaufen. Die Fehlerreaktion besteht in einer Leistungs­ beschränkung durch Verstellung der Drosselklappe, in zumin­ dest teilweisem Abschalten der Einspritzung und/oder in ei­ ner Rücknahme des Zündwinkels.

Eine erste vorteilhafte Ergänzung stellen die Schritte 112 und 114 dar. Nach Berechnung des Istmoments im Schritt 104 wird im Schritt 112 überprüft, ob das Fahrpedal sich im Leerlaufstellung befindet, das heißt ob es vollständig zu­ rückgenommen ist. Ist dies der Fall wird die Berechnung des maximal zulässigen Moments gemäß Schritt 106, ansonsten ge­ mäß Schritt 114 durchgeführt. Bei letzterem ist das maximal zulässige Moment allein abhängig von der Auslenkung des Fahrpedals und wird aus einer Kennlinie bzw. einem dreh­ zahlabhängigen Kennfeld bestimmt. Nach Schritt 114 wird mit dem Vergleich gemäß Schritt 108 fortgefahren. Diese Lösung hat den Vorteil, daß die zeitliche Änderung der Motordreh­ zahl bei der Bestimmung des maximal zulässigen Moments nur dann berücksichtigt wird, wenn der oben dargestellte Ziel­ konflikt tatsächlich auftritt, nämlich im Zusammenspiel der Überwachung mit der Leerlaufregelung.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich durch die Schritte 116, 118, 120 und 122. Nach Berechnung des ma­ ximal zulässigen Moments unter Berücksichtigung der zeitli­ chen Änderung der Motordrehzahl im Schritt 106 wird im Schritt 116 abgefragt, ob die negative Änderung der Motor­ drehzahl beendet ist. Ist dies der Fall, wird das in Schritt 106 berechnete erhöhte maximale zulässige Moment gemäß Schritt 118 für eine vorbestimmte Zeit Tmax gehalten. Danach wird mit Schritt 108 fortgefahren. Im Schritt 120 wird über­ prüft, ob der bei einer Ja-Antwort im Schritt 116 gemäß Schritt 118 gestartete Zähler seinen Maximalwert Tmax er­ reicht hat. Ist dies nicht der Fall, wird das Programm mit Schritt 108 wiederholt, wobei eine aktuelle Istmomentenbe­ rechnung (Schritt 122) stattfindet. Ist der Maximalwert er­ reicht, wird das Programm beendet und zum nächsten Zeitin­ tervall erneut gestartet.

Die Wirkungsweise dieser Vorgehensweise ist anhand der Fig. 3a und 3b dargestellt. Dabei ist in Fig. 3a die Motor­ drehzahl NMOT über der Zeit in Fig. 3b das Istmoment Mist und das maximal zulässige Moment Mzul über der Zeit aufge­ tragen. Es wird eine Situation bei losgelassenen Fahrpedal dargestellt, bei welchen in Folge einer Störgröße ein Dreh­ zahlabfall stattfindet, den der Leerlauf-drehzahlregler durch Momentenerhöhung kompensiert. Bis zum Zeitpunkt T1 (siehe Fig. 3a) läuft die Antriebseinheit mit einer vorbe­ stimmten Motordrehzahl, es wird ein bestimmtes Drehmoment (siehe Fig. 3b) erzeugt, das maximal zulässige Drehmoment (vgl. Fig. 3b, gestrichelte Linie) ist wenigstens abhängig von der Fahrpedalstellung auf einen bestimmten Wert festge­ legt. Zum Zeitpunkt T1 fällt die Motordrehzahl ab. Der Leer­ laufregler erhöht zur Kompensation das Moment. Infolge der erfindungsgemäßen Lösung wird das zulässige Moment um einen bestimmten Betrag, der fest vorgegeben oder abhängig von der Größe der zeitlichen Änderung der Motordrehzahl ist, erhöht. Der Leerlaufregler erhöht das Moment der Antriebseinheit zur Kompensation des Drehzahlabfalls. Der Drehzahlabfall wird aufgehalten (Zeitpunkt T2). In diesem Zeitpunkt beginnt eine vorbestimmte Zeit zu laufen, während der die Erhöhung des zulässigen Drehmoments beigehalten wird. Die Drehzahl steigt an, das Drehmoment verringert sich wieder. Zum Zeitpunkt T3 ist die vorbestimmte Zeit abgelaufen, so daß das zulässige Moment wieder auf den ursprünglichen Wert gesetzt wird. Zum Zeitpunkt T4 ist der Drehzahlabfall ausgeregelt, so daß Drehzahl und Moment wieder stationäre Werte annehmen. Wie aus Fig. 3b erkennbar, wird durch die Erhöhung des maximal zulässigen Moments während des negativen Drehzahlabfalls und gegebenenfalls für eine vorbestimmte Zeit danach der Ziel­ konflikt zwischen Motorfunktionalität und Überwachungsschär­ fe gelöst. Außerhalb dieses Betriebsbereichs liegt eine re­ lativ scharfe Überwachung vor, so daß ungewollte Beschleuni­ gungen weitgehend vermieden sind. Der Leerlaufdrehzahlregler kann zur Kompensation des Drehzahlabfalls das Drehmoment er­ höhen, das ursprünglich zulässige Moment überschreiten, ohne das in diesem Betriebsbereich die Überwachung anspricht.

Die erfindungsgemäße Lösung findet in vorteilhafter Weise sowohl Anwendung bei Otto- als auch bei Dieselmotoren oder bei Elektrofahrzeugen.

Neben der Berechnung der Überwachung auf Momentenebene fin­ det in anderen Ausführungsbeispielen die entsprechende Vor­ gehensweise auf der Basis der Leistung oder des Drosselklap­ penwinkels statt.

Unter Drehmoment wird im Rahmen des gezeigten Ausführungs­ beispiels das in einer Brennkraftmaschine erzeugte innere Moment, das heißt das durch Verbrennung erzeugte Drehmoment verstanden. In anderen Ausführungsbeispielen kann auch das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment (Verbrennungsmoment minus innere Reibungsverluste) die Basis der Momentenüberwachung bilden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs, wobei wenigstens eine der Größen Drehmoment, Leistung oder Drosselklappenwinkel ermit­ telt wird, wobei ein maximal zulässiger Wert dieser we­ nigstens einen Größe vorgegeben wird, und wobei Fehler­ reaktionsmaßnahmen eingeleitet werden, wenn die die we­ nigstens eine Größe den maximal zulässigen Wert über­ schreitet, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestim­ mung des maximal zulässigen Wertes die zeitliche Ände­ rung der Motordrehzahl der Antriebseinheit berücksich­ tigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zulässige Wert wenigstens abhängig von der Stellung eines vom Fahrer betätigbaren Bedienelements ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der maximal zulässige Wert erhöht wird, wenn eine negative Änderung der Motordreh­ zahl erkannt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Berücksichtigung der zeitlichen Änderung der Motordrehzahl nur dann statt­ findet, wenn das Bedienelement sich in seiner Leerlauf­ stellung befindet.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß nach Beendigung einer negati­ ven zeitlichen Änderung der Motordrehzahl der erhöhte zulässige Wert für eine bestimmte Zeitdauer aufrechter­ halten wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei negativer zeitlicher Änderung der Motordrehzahl der maximal zulässige Wert um einen fest vorgegebenen oder einen von der Größe der zeitlichen Änderung der Motordrehzahl abhängigen Wert erhöht wird.

7. Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs, mit einer Steuereinheit (10), die we­ nigstens eine der Größen Drehmoment, Leistung oder Drosselklappenwinkel ermittelt, die einen maximal zu­ lässigen Wert für diese Größe vorgibt und die Fehler­ raktionmaßnahmen einleitet, wenn die ermittelte Größe den maximal zulässigen Wert überschreitet, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuereinheit (10) Mittel umfaßt, welche den maximal zulässigen Wert abhängig von der zeitlichen Änderung der Drehzahl der Antriebseinheit bestimmen.