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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern
eines Fahrzeugs.
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Bei
Dieselbrennkraftmaschine werden üblicherweise
kraftstoffgeführte
Systeme verwendet. Dort wird ausgehend vom Fahrerwunsch eine einzuspritzende
Kraftstoffmenge vorgegeben. Ausgehend von dieser eingespritzten
Kraftstoffmenge bzw. der gewünschten
Kraftstoffmenge wird die notwendige Luftmenge berechnet und ein
entsprechender Steller angesteuert.
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Die
EP 0 894 960 A2 und
die
EP 0 893 592 A2 beschreiben
fremdgezündete
Brennkraftmaschinen. Bei diesen wird üblicher Weise ein luftgeführtes System
verwendet. Dort mittels des Fahrpedals eine Drosselklappe eingestellt
und damit die Luftmenge, die der Brennkraftmaschine zugeführt wird,
festgelegt. Diese Luftmenge wird gemessen und ausgehend von der
gemessenen Luftmenge wird dann die Kraftstoffmenge berechnet. Wird
bei einem solchen luftgeführten
System eine Zusatzlast zugeschaltet, so wird zuerst die Steuerung
der Luftmenge so beeinflusst, dass sich die Luftmenge erhöht. Erkennt
der Sensor, das eine erhöhte
Luftmenge vorliegt, wird entsprechend diesem Signal die Kraftstoffmenge
erhöht.
Bei einem solchen System ergibt sich zwangsweise eine verzögerte Erhöhung der
Kraftstoffmenge im Anschluss an die Erhöhung der Luftmenge.
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Ferner
sind Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Fahrzeugs bekannt.
Solche Vorrichtungen umfassen ein erstes System zur Steuerung der
Kraftstoffmenge, die der Brennkraftmaschine zugemessen wird, und
ein zweites System zur Steuerung der Luftmenge, die der Brennkraftmaschine
zugeführt
wird. Beim Zuschalten eines Nebenantriebs, wie beispielsweise einer
Klimaanlage, erfolgt ein das Drehmoment der Brennkraftmaschine erhöhender Eingriff.
Dieser kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die einzuspritzende
Kraftstoffmenge erhöht
wird, oder das das gewünschte
Moment vergrößert wird.
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Bei
solchen Systemen wird beim Erkennen des Einschaltwunsches des Klimakompressors
dem Fahrerwunschmenge eine zusätzlicher
Mengenwunsch überlagert.
Diese Kraftstoffmengenerhöhung erfolgt
nur, wenn dies mit Blick auf höchstzulässige Kraftstoffmengen
insbesondere mit Blick auf die Abgasemissionen zulässig ist.
Die anschließende
elektrische Freigabe des Klimakompressors erfolgt leicht verzögert, damit
die Brennkraftmaschine das geforderte zusätzliche Moment aufbauen kann.
Da der Verlauf des vom Motor zur Verfügung gestellten zusätzlichen
Moments und der Verlauf der tatsächlichen
Momentaufnahme des Kompressors zeitlich nicht genau übereinstimmen,
ergibt sich eine Schwankung im Vortriebsmoment. Dadurch ist beim Zuschalten
des Kompressors ein Ruck im Fahrzeug spürbar.
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Aufgabe der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer
Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugs, unerwünschte Schwankungen im Vortriebsmoment
zu minimieren. Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten
Merkmale gelöst.
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Vorteile der Erfindung
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Dadurch,
dass die Kraftstoffmenge verzögert gegenüber der
Luftmenge erhöht
wird können
bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
Schwankungen im Vortriebsmoment beim Zuschalten von Nebenantrieben
deutlich minimiert werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, dass beim Zuschalten eines Nebenantriebs die
Luftmenge erhöht und
die einzuspritzende Kraftstoffmenge nach Ablauf einer Wartezeit
nach der Erhöhung
der Luftmenge erhöht
wird. Eine einfache Realisierung ergibt sich dadurch, dass zur Steuerung
der Luftmenge eine erste Größe (MDR0)
verwendet wird, die ausgehend von einem Wunschmoment und einem Ausgangssignal eines
Leerlaufregler gebildet wird und/oder dass zur Steuerung der Kraftstoffmenge
eine zweite Größe (MDA)
verwendet wird, die ausgehend von einem Wunschmoment, dem Ausgangssignal
des Leerlaufreglers und einem ersten Begrenzungswert (Rauchkennfeld)
gebildet wird.
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Eine
wesentliche Reduzierung der Schwankungen im Vortriebsmoment ergibt
sich dadurch daß die
Wartezeit derart vorgebbar ist, daß sie die Totzeit des zweiten
Systems zur Steuerung der Luftmenge berücksichtigt.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen erläutert. Es
zeigen die 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung, 2 und 3 verschiedene über Zeit
aufgetragene Signale und die 4 ein Flußdiagramm
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In
der 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung
eines Fahrzeuges anhand eines Blockdiagrammes dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise
wird im folgenden am Beispiel einer Dieselbrennkraftmaschine, die
als Nebenantrieb einen Klimakompressor umfaßt, beschrieben. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise
ist aber auch bei anderen Brennkraftmaschinen, insbesondere bei
selbstzündenden
und direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen einsetzbar. Desweiteren
ist sie auch bei anderen Nebenantrieben bzw. beim Erhöhen des
Momentenwunsches aufgrund anderer Eingriffe einsetzbare. Solche
zusätzlichen
Nebenantriebe sind beispielsweise ein steuerbarer Generator oder
ein Mengenwunsch einer anderen Steuereinheit wie beispielsweise
einer Getriebesteuerung.
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In
der 1 ist mit 100 ein erstes System zur Steuerung
der Kraftstoffmenge, die einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine
zugemessen wird. Mit 110 ist ein zweites System zur Steuerung
der Luftmenge, die der Brennkraftmaschine zugemessen wird, bezeichnet.
Die beiden Systeme bilden Ansteuersignale für verschiedene nicht dargestellte
Stellglieder. Das erste System zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung 100 steuert
beispielsweise ein Magnetventil oder einen Piezosteller, der die
Einspritzung steuert, an. Insbesondere steuert das erste System den
Einspritzbeginn, die Einspritzdauer und/oder den Einspritzverlauf
durch entsprechende Vorgabe eines entsprechenden Ansteuersignals
für die
Steller an. Das zweite System zur Steuerung der Luftmenge steuert
insbesondere eine Drosselklappe, eine Abgasrückführklappe und/oder einen Lader
an.
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Sowohl
das erste Steuersystem 100 als auch das zweite Steuersystem 110 werden
von einer Umrechnung mit Signalen beaufschlagt. Die Umrechnung 120 beaufschlagt
das erste Steuersystem 100 und das zweite Steuersystem 110 mit
einem Signal MEA, das der aktuellen Menge an einzuspritzendem Kraftstoff
entspricht. Ferner beaufschlagt die Umrechnung 120 das
erste Steuersystem 100 mit einer Sollmenge MES für die einzuspritzende
Kraftstoffmenge. Die Umrechnung 120 beaufschlagt das zweite
Steuersystem 110 ferner mit einer Rohmenge MERO für die einzuspritzende
Kraftstoffmenge.
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Der
Umrechnung 120 werden Signale bezüglich des Momentes zugeleitet,
die zum eine Größe bezüglich des
Sollmoments MDS, ein Signal bezüglich
des aktuellen Moments MDA und ein Signal MDRO, daß dem Rohmoment
entspricht, umfassen. Diese Signale werden von verschiedenen Komponenten
bereitgestellt.
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Eine
Momentenvorgabe FP 130 liefert ein Signal MDW bezüglich des
gewünschten
Vortriebsmoment an den ersten Eingang eines ersten Verknüpfungspunkt 140.
An diesem Verknüpfungspunkt 140 liegt
ferner das Ausgangssignal MDL, das dem von einem Leerlaufregler 131 gewünschten
Moment entspricht. Desweiteren liegt an dem Verknüpfungspunkt 140 das
Ausgangssignal MDK einer Nebenantriebssteuerung 132 an.
Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 140 gelangt
zum einen zu einer ersten Minimalauswahl 150 und zu einem
zweiten Verknüpfungspunkt 142.
An dem zweiten Verknüpfungspunkt 142 liegt
ferner das Ausgangssignal MDKV der Nebenantriebssteuerung 132.
Das Ausgangssignal 142 das dem Signal MDRO bezüglich des
Rohmoments entspricht, gelangt zur Umrechnung 120.
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Am
zweiten Eingang der ersten Minimalauswahl 150 liegt das
Ausgangssignal MDR eines Rauchkennfeldes 133. Das Ausgangssignal
MDR des Rauchkennfeldes gelangt ferner zu einem dritten Verknüpfungspunkt 164,
an dessen zweitem Eingang ein Ausgangssignal eines Blockes 160 anliegt.
Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunkts 164 gelangt
zu einer zweiten Minimalauswahl 155.
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Das
Ausgangssignal der ersten Minimalauswahl 150, das mit MDA
bezeichnet wird und das dem aktuellen Moment entspricht, gelangt
zur Umrechnung 120. Ferner gelangt das Signal MDA zu einem zweiten
Verknüpfungspunkt 144,
an dessen Eingang das Ausgangssignal MDADR eines Laufruhereglers 134 anliegt.
Das Ausgangssignal des zweiten Verknüpfungspunktes 144 gelangt
ebenfalls zu der zweiten Minimalauswahl 155. Zu der Minimalauswahl 155 gelangt
ferner das Ausgangssignal MDG einem Motorschutz 135, die
auch als Endabregelung bezeichnet werden kann.
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Der
Block 160 ist stellt eine nur eine applizierbare Größe bereit.
Der technischer Hintergrund liegt darin, daß die über den Verknüpfungspunkt 146 die
Rauchgrenze angehoben wird, um dem Laufruheregler 134 einen
positiven Regelbereich oberhalb der Rauchgrenze MDR zu gestatten.
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Diese
Einrichtung arbeitet wie folgt. Das gewünschte Vortriebsmoment MDW
von der Momentenvorgabe 130 vorgegeben. Diese Momentenvorgabe 130 gibt
das gewünschte
Vortriebsmoment beispielsweise abhängig vom Fahrerwunsch vor.
Der Fahrerwunsch wird vorzugsweise mit einem Fahrpedal FP oder mit
einem Bedienteil eines Fahrgeschwindigkeitsreglers vorgegeben.
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Zu
dem gewünschten
Vortriebsmoment MDW wird im Verknüpfungspunkt 140 das
Moment MDL, das der Leerlaufregler 131 vorgibt, verlagert. Hierbei
handelt es sich um das Moment MDL, das notwendig ist, um die Leerlaufdrehzahl
einzustellen. Ferner wird in dem Verknüpfungspunkt 140 ein
Korrekturmoment MDK hinzuaddiert, das erforderlich ist, um das von
zusätzlichen
Nebenantrieben abgenommene Moment bereitzustellen. Bei solchen zusätzlichen
Nebenantrieben handelt es sich beispielsweise um eine Klimaanlage.
Ferner kann im Verknüpfungspunkt 140 ein
Korrekturmoment MDV hinzuaddiert werden, das erforderlich ist, um
die Verluste der Brennkraftmaschine auszugleichen. Dies sind insbesondere
Verluste, die durch Reibung verursacht werden. Dieser Korrekturwert
MDV wird von einem Block 136 bereitgestellt.
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Das
so gebildete Moment gelangt zu der ersten Minimalauswahl 150,
in der es mit dem Ausgangssignal MDR des Rauchkennfeldes 133 verknüpft wird.
Dabei wird das kleinere der beiden Signale ausgewählt. Dies
bedeutet, das Moment, das am Ausgang des Verknüpfungspunkt 140 anliegt, wird
auf das höchstzulässige Moment
MDR, das von dem Rauchkennfeld 133 bereitgestellt wird,
begrenzt. Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 140 entspricht
dem Rohmoment MDRO, das dem gewünschten
Vortriebsmoment MDW entspricht, wobei das Vortriebsmoment MDW mit
dem Ausgangssignal des Leerlaufreglers 131 und dem Ausgangssignal
MDK der Nebenantriebssteuerung 132 korrigiert wird.
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Das
Ausgangssignal der ersten Minimalauswahl 150 wird als aktuelles
Moment MDA der Umrechnung 120 zugeleitet. Bei diesem aktuellen
Moment MDA handelt es sich um eine Größe, die erforderlich ist, um
den Fahrerwunsch und die Leerlaufdrehzahl zu realisieren, wobei
zusätzliche
Nebenantriebe berücksichtigt
werden und wobei das Moment auf einen ersten Begrenzungswert begrenzt
ist. Der erste Begrenzungswert entspricht in der dargestellten Ausführungsform
dem höchstzulässigen Moment MDR
des Rauchkennfeldes 133.
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Ausgehend
von diesem aktuellen Moment MDA berechnet die Umrechnung 120 die
aktuelle einzuspritzende Kraftstoffmenge MEA. Dieses aktuelle Moment
MDA wird nicht durch den Laufruheregler 134 und den Motorschutz 135 verändert. Dieser Wert
wird zur Berechnung des Einspritzbeginns verwendet, da die Regelung
des Einspritzbeginns den raschen Sollwertänderungen durch den Laufruheregler 134 nicht
folgen kann.
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Das
Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 140,
in dem lediglich das gewünschte
Vortriebsmoment MDW und das Ausgangssignal MDL des Leerlaufreglers 131 verknüpft werden,
gelangt ferner zu einem Verknüpfungspunkt 142,
wo es mit dem Vorhaltemoment MDKV verknüpft wird. Dieses so gebildete
Signal MDRO, das am Ausgang des Verknüpfungspunktes 142 ansteht,
ergibt sich im wesentlichen durch die Addition der Beiträge aus dem gewünschte Vortriebsmoment
MDW, das zum Vortrieb der Brennkraftmaschine benutzt wird, und dem Moment
MDL, das zur Aufrechterhaltung der Leerlaufdrehzahl erforderlich
ist. Ausgehend von diesem, durch keinen Grenzwert oder schnellen
Regler beeinträchtigten
Wert, berechnet die Umrechnung 120 eine Rohmenge MERO.
Diese Rohmenge und damit das Rohmoment MDRO werden zur Steuerung
der Komponenten im System 110 zur Steuerung der Luftmenge
verwendet. Die Komponenten des nicht dargestellten Systems zur Steuerung
der Luftmenge sind die Regelung des Ladedrucks und/oder der Abgasrückführung.
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Erfindungsgemäß wird auf
dieses Rohmoment MDRO das Vorhaltemoment MDKV addiert. Durch diese
Korrektur des Rohmoments MDRO wird keine Veränderung der eingespritzten
Kraftstoffmenge und damit des von der Brennkraftmaschine abgegebenen
Moments vorgenommen. Lediglich die Stellglieder des Systems zur
Steuerung der Luftmenge werden stärker angesteuert. Mit dieser
Maßnahme
wird das System unmittelbar vor dem Eintreten eines Sprungs im aktuellen
Moment aufgrund des Wertes MDK beim Zuschalten eines Nebenantriebs
aus dem emissionsoptimalen Betriebspunkt genommen, so daß der geforderte
Sprung durch den bereits vorherrschenden Sauerstoffüberschuß optimal
schnell realisiert werden kann.
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Das
Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 144 wird
zusammen mit dem Ausgangssignal des Motorschutzes 135 und
dem Ausgangssignal des Rauchkennfeldes 133 einer zweiten
Minimalauswahl 155 zugeführt, die den Sollwert für das Sollmoment
MDS bereitstellt. Dieser Sollwert wird in der Umrechnung 120 in
die Sollmenge MES, die die einzuspritzende Kraftstoffmenge angibt,
umgerechnet.
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In
der 2 sind verschiedene Signale über der Zeit t aufgetragen.
In der Teilfigur 2a ist das Motorausgangsmoment
AMD mit einer durchgezogenen Linie und das Vortriebsmoment MD mit
einer gestrichelten Linie aufgetragen. In Teilfigur 2b ist
der Momentenbedarf des Klimakompressors, der dem Signal MDK entspricht,
aufgetragen. In der Teilfigur 2c ist das
Signal K aufgetragen, das mit seinem großen Pegel anzeigt, daß der Klimaanlagenkompressor
einzuschalten ist.
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Zum
Zeitpunkt t1 steigt das Signal K auf seinen großen Wert an, d. h. der Klimaanlagenkompressor
soll eingeschaltet werden. Bei den üblichen Erhöhungen des Momentenwunsches
bei Zuschaltung einer Klimaanlage steigt ab dem Zeitpunkt t1 das
Motorausgangsmoment AMD langsam an. Gleichzeitig steigt das Signal
MDK sprungförmig
an und fällt
auf einen gegenüber
dem Zeitraum vor dem Zeitpunkt t1 erhöhten Wert ab. Dies hat zur
Folge, daß zu
einem Zeitpunkt der deutlich nach dem Zeitpunkt t1 liegt, das Motorausgangsmoment
AMD erhöht
hat und das sich das Vortriebsmoment MD auf seinem alten Wert befindet.
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Beim
Erkennen des Einschaltwunsches des Klimakompressors zum Zeitpunkt
t1 wird nach erfolgter Prüfung
auf eine mögliche
Freigabe der Fahrerwunschmenge, die dem gewünschten Vortriebsmoment MDW
entspricht, ein zusätzlicher
Mengenwunsch überlagert,
der dem Signal MDK entspricht. Der zeitliche Verlauf dieses zusätzlichen
Momentes MDK orientiert sich an der meßbaren Drehmomentenaufnahme
des Kompressors. Vorzugsweise ist dieses Signal abhängig vom
im Kompressor herrschenden Druck. Die absoluten Mengenbeiträge werden
dabei empirisch ermittelt.
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Die
elektrische Freigabe des Klimakompressors erfolgt leicht verzögert, damit
der Motor das geforderte zusätzliche
Moment aufbauen kann.
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Weil
das durch den Mengenverlauf vom Motor zur Verfügung gestellte Moment und die
tatsächliche
Aufnahme des Kompressors zeitlich nicht genau übereinstimmen, ergibt sich
aus dem resultierenden Moment, bei sonst statischen Verhältnissen,
eine Schwankung im Vortriebsmoment MD.
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Dadurch
ist beim Zuschalten des Kompressors ein Ruck im Fahrzeug spürbar.
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Erfindungsgemäß wurde
erkannt, daß zu
der sprunghaft ansteigenden Einspritzmenge auch eine entsprechende
Erhöhung
der Sauerstoffmenge für den
Verbrennungsvorgang gehört.
Im statischen Betrieb befinden sich moderne Motoren vorwiegend in einem
emissionsoptimalen Betriebspunkt, so daß bei Sauerstoffüberschuß eine Abgasrückführung durchgeführt wird,
um den resultierenden Lambdawert in einem optimalen Wertebereich
zu halten.
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Die
mechanischen Bauteile für
die Regelung der Luftmenge unterliegen einer Trägheit, die schlagartige Änderungen
in der Sauerstoff- bzw. Frischluftmenge nicht zulassen. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen,
daß auf
den Rohwert MDRO des Moments ein Vorhaltewert MDKV hinzuaddiert
wird. Durch diese Korrektur wird keine Veränderung am abgegebenen Moment
MD des Motors vorgenommen, lediglich die trägen Stellglieder des Luftsystems werden
stärker
angesteuert.
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Dies
ist in 3 dargestellt. In 3 sind die entsprechenden
Signale wie in 2 mit entsprechenden Linien
aufgetragen. Zusätzlich
ist in Teilfigur 2b das Vorhaltemoment
MDKV als strichpunktierte Linie eingezeichnet. Die Nebenantriebssteuerung 132 bestimmt
bei Aktivierung des Klimaanlagenkompressors den zu erwartenden Momentenverlauf
auf Basis der aktuellen Betriebszustände, insbesondere des Druckes
im Kompressor. Die zeitlich korrekte Nachbildung des Verlaufs des
Moments kann dabei während
der Applikation durch Messung ermittelt werden. Die elektrische
Freigabe des Kompressors und die Aufschaltung des Momentenwunsches
MDK werden durch die Nebenantriebssteuerung 132 um die
Zeit TS verzögert,
die das Luftsystem zum Einstellen der neuen optimalen Verhältnisse benötigt. Unmittelbar
mit Auftreten des Signals K wird das Vorhaltemoment MDKV auf den
Rohwert MDR0 aufaddiert, so daß die
Motorsteuerung das Luftsystem entsprechend vorbereiten kann.
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In 4 ist
ein entsprechendes Flußdiagramm
des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt. Eine erste Abfrage 400 überprüft, ob das Signal K vorliegt,
das eine Betätigung
des Klimakompressors anzeigt. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt
erneut Schritt 400. Liegt ein entsprechendes Signal vor,
dies ist beim Zeitpunkt t1 der Fall, so wird in Schritt 410 der
Vorgabewert MDKV ausgegeben. Dieser Wert entspricht dem maximalen
Wert des Momentenbedarfs MDK des Klimakompressors.
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Im
anschließenden
Schritt 420 wird ein Zeitzähler T auf 0 gesetzt. Anschließend wird
der Zeitzähler
in Schritt 430 erhöht.
Die Abfrage 440 überprüft, ob der
Inhalt des Zeitzählers
größer als
ein Wert TS ist. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt erneut Schritt 430,
ist dies der Fall, so wird in Schritt 450 das Signal MDK
ausgegeben. Der Schwellwert TS entspricht der Wartezeit, um den
die Größe MDK gegenüber dem
Auftreten des Signals K verzögert
wird.
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Dies
bedeutet, soll der Klimaanlagenkompressor oder ein anderer Nebenantrieb
eingeschaltet werden, so wird zuerst die Luftmenge und nach einer Wartezeit
TS die einzuspritzende Kraftstoffmenge erhöht. Die Wartezeit, bis das
Moment bzw. die einzuspritzende Kraftstoffmenge erhöht wird,
ist so vorgegeben, daß die
Wartezeit die Totzeit des Systems zur Steuerung der Luftmenge berücksichtigt.