DE3729635A1

DE3729635A1 - Einstellsystem (steuerung- und/oder regelungssystem) fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3729635A1
Application number: DE19873729635
Authority: DE
Inventors: Guenther Dipl Ing Plapp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1987-09-04
Filing date: 1987-09-04
Publication date: 1989-03-16
Also published as: WO1989002030A1; KR890701883A; US5050560A; EP0375710B1; KR0121326B1; DE3868071D1; EP0375710A1; JPH03500563A; JP2735591B2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Einstellsystem für in Kraftfahr zeugen zu überwachende Größen. Der Begriff "Einstellsystem" wird hierbei als Sammelbegriff für "Steuerungssystem" (Open Loop Control) und für "Regelungssystem" (Closed Loop Con trol) verwendet. Entsprechend wird der Begriff "Einstellein heit" als Sammelbegriff für "Steuereinheit" und "Regelein heit" und der Begriff "Einstellstrecke" für "Steuerstrecke" und "Regelstrecke" verwendet. Der Begriff "Einheit" ist grundsätzlich im Sinne einer Funktionseinheit zu verstehen. Eine Steuereinheit und eine Regeleinheit brauchen also keine gesonderten Baugruppen zu sein, sondern sie können, wie heute in der Kraftfahrzeugtechnik allgemein üblich, durch Funktionen eines Mikroprozessors realisiert sein.

Die Erfindung betrifft insbesondere das Einstellen der einem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffmenge in solcher Wei se, daß ein gewünschter Lambda-Wert möglichst genau erreicht wird.

Der Stand der Technik wird nun ausgehend von Fig. 1 darge stellt, die ein Ausführungsbeispiel für eine Kraftstoffmen gen-Einstellanordnung ist, wie sie aus der DE-C2-24 57 436 bekannt ist.

Bei der bekannten Anordnung besteht das Einstellsystem aus einer einzigen Einstelleinheit, die als kombinierte Steuer/ Regel-Einheit ausgebildet ist. Dieser Steuer/Regel-Einheit werden von einer Sensoranordnung 11 Signale zugeleitet, und zwar das Signal eines Drehzahlsensors und das Signal eines Drosselklappensensors. Aus diesen Signalen läßt sich das vom zugehörigen Motor angesaugte Luftvolumen bestimmen. Aus die sem Luftvolumen berechnet die Steuer/Regel-Einheit eine zuge hörige Kraftstoffmenge und bestimmt den Wert einer Stell größe, die einer Kraftstoff-Einspritzpumpe 12 zugeleitet wird. Die Stellgröße wird aus einem Drosselklappen/Drehzahl kennlinienfeld vorbestimmt und durch einen multiplikativen Faktor modifiziert, der von der Differenz zwischen einem für die Regeleinheit festgelegten Lambda-Sollwert und einem Lambda-Istwert abhängt, wie er von einer als Ausgangssensor wirkenden Lambda-Sonde 13 an die regelnde Einstelleinheit 10 abgegeben wird.

Es liegt somit eine Steuerung mit anschließender Regelung vor, durch die der Wert der Stellgröße dem Wert der vom Dreh zahlsensor und vom Drosselklappensensor abgegebenen Signale folgt. Die Steuerung hat ein sehr schnelles Ansprechverhal ten, da eine Änderung der Signale vom Drehzahlsensor und/ oder Drosselklappensensor direkt in eine geänderte Stellgrö ße umgesetzt wird. Ob diese schnelle Umsetzung richtig war, zeigt sich jedoch erst dann, wenn die Lambda-Sonde 13 den neuen Lambda-Istwert rückmeldet. Dies geschieht mit einer Einschwingdauer von etwa einer halben Sekunde bis zu einigen Sekunden. Wird aufgrund der Messung der Lambda-Sonden-Anord nung eine Abweichung zwischen Lambda-Sollwert und Lambda-Ist wert festgestellt, wird der multiplikative Faktor zum Berech nen der Stellgröße vom regelnden Teil der Einstelleinheit 10 neu bestimmt.

Bei der bekannten Anordnung besteht z. B. das Problem, daß mit Hilfe des Drehzahlsensors und des Drosselklappensensors das Luftvolumen, jedoch nicht die Luftmasse bestimmt wird, auf die es eigentlich für das Zumessen der Kraftstoffmenge ankommt. Als Sensoranordnungen werden im Stand der Technik daher auch Luftmassensensoren in Form von Hitzdrahtluftmas sensensoren oder Heißfilmluftmassensensoren verwendet. Diese erlauben ein recht genaues Bestimmen der Luftmasse.

Dem Vorteil von Luftmassensensoren in bezug auf die Meßge nauigkeit der eigentlich zu überwachenden Größe, stehen je doch auch Nachteile gegenüber. Heißfilmluftmassensensoren können zwar billig und robust hergestellt werden, jedoch arbeiten sie dann verhältnismäßig langsam.

Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einstellsystem anzugeben, das schneller und genauer einstellt als das ein gangs genannte.

Ein erfindungsgemäßes Einstellsystem verfügt nicht nur über eine einzige Einstelleinheit, wie beim Stand der Technik vor handen, sondern über zwei Einstelleinheiten. Dabei gibt die erste Einstelleinheit das Stellsignal an die Einstellstrecke ab, während die zweite Einstelleinheit dazu dient, die erste Einstelleinheit zu kalibrieren. Die zweite Einstelleinheit ist zum Zusammenschalten mit einer zweiten Sensoranordnung vorgesehen, die zwar langsamer, aber genauer mißt als eine erste Sensoranordnung, die mit der ersten Einstelleinheit zusammengeschaltet ist. Die erste Einstelleinheit kann da durch auf Änderungen, wie sie von der ersten Sensoranordnung gemeldet werden, sehr schnell reagieren. Die auf diese Weise schnell ermittelte erste Stellgröße wird mit einer von der zweiten Steuereinheit langsamer, jedoch genauer ermittelten zweiten Stellgröße verglichen. Wird eine Abweichung festge stellt, wird die erste Stellgröße so verändert, daß sich die Abweichung in Richtung Null bewegt. Dadurch kann das Gesamt system schnell und dennoch genau auf Änderungen in den Ein gangsgrößen reagieren. Soll die erste Stellgröße auch noch in Abhängigkeit einer Ausgangsgröße festgelegt werden, wird einer der beiden Einstelleinheiten das Signal von einem Aus gangssensor zugeleitet.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die erste Einstelleinheit eine Steuereinheit, die Signale von einem Drehzahlsensor und einem Drosselklappensensor erhält, um dar aus ein Luftvolumen, daraus eine Luftmasse und daraus wieder um eine erst Stellgröße zu bestimmen, die die Menge an Kraft stoff festlegt, die der Luftmasse zuzusetzen ist, um einen gewünschten Lambda-Wert zu erhalten. Die zweite Einstellein heit ist ebenfalls eine Steuereinheit, der jedoch das Signal von einem Heißfilmluftmassensensor zugeführt wird, der ein genaueres Bestimmen der Luftmasse ermöglicht, als es aus Drehzahl und Drosselklappenstellung möglich ist. Das Zeitver halten dieser zweiten Sensoranordnung ist jedoch langsamer als das der ersten Sensoranordnung, wie oben beschrieben. Aus dem Signal vom Heißfilmluftmassensensor bestimmt die zweite Steuereinheit eine zweite Stellgröße, die eine Bemes sung für die Kraftstoffmenge darstellt. Diese Stellgröße wird jedoch der Kraftstoff-Einspritzpumpe nicht zugeführt, sondern sie wird, wie oben für den allgemeinen Fall beschrie ben, zum Kalibrieren der ersten Einstelleinheit verwendet.

Die Kalibrierungswerte können z. B. in einem Kennfeld für unterschiedliche Betriebspunkte unterschiedlich abgespei chert werden. Auf diese Weise werden dann betriebspunktab hängige Abweichungen separat kompensiert.

Jede der beiden Steuereinheiten gemäß dem soeben beschriebe nen Ausführungsbeispiel kann als Steuer/Regeleinheit ausge bildet sein, der das Signal von einem Lambda-Sensor zuge führt wird. Welche der beiden Steuereinheiten als Steuer/ Regeleinheit ausgebildet wird, hängt maßgeblich vom Zeitver halten des zugehörigen Steuer/Regelkreises im jeweiligen Fall ab. Die Anordnung wird so getroffen, daß die Gefahr von Regelschwingungen möglichst klein ist.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu tert. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer bekannten Ein stellanordnung zum Einstellen der einem Kraftfahrzeugmotor zugeführten Kraftstoffmenge. Fig. 2 zeigt ein Blockschalt bild einer Einstellanordnung mit einem erfindungsgemäßen Einstellsystem mit zwei Einstelleinheiten. Fig. 3 und 4 zeigen jeweils ein Blockschaltbild von Einstellanordnungen mit einem Einstellsystem mit jeweils einer Regeleinheit und einer Steuereinheit.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Einstellanordnung gemäß Fig. 2 verfügt über ein Einstell system 14, dem von einer ersten Sensoranordnung 11.1 und einer zweiten Sensoranordnung 11.2 Signale zugeführt werden, und das eine erste Stellgröße an eine Einstellstrecke 12.1 abgibt. Das Einstellsystem 14 ist als Mikroprozessorensystem ausgeführt, mit folgenden Funktionseinheiten: einer ersten Einstelleinheit, die als erste Steuereinheit 10.1.1 ausgebil det ist, einer zweiten Einstelleinheit, die als zweite Steuereinheit 10.2.1 ausgebildet ist, und einer Kalibrier einheit 15.

Die erste Steuereinheit 10.1.1 erhält von der ersten Sensor anordnung 11.1 mindestens eine Führungsgröße. Gemäß einer be vorzugten Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispieles ge mäß Fig. 2 gibt die erste Sensoranordnung 11.1 Signale von einem Drehzahlsensor und von einem Drosselklappensensor ab. Aus diesen Signalen berechnet die erste Steuereinheit 10.1.1 die erste Stellgröße, die bei der angesprochenen Ausgestal tung das Signal ist, das an eine Kraftstoffeinspritzpumpe als Einstellstrecke 12.1 geliefert wird. Das Berechnen der ersten Stellgröße erfolgt entweder über ein Drehzahlsensor/ Drosselklappensensor/Stellgrößen-Kennlinienfeld oder da durch, daß aus den Signalen vom Drehzahlsensor und vom Dros selklappensensor ein Luftvolumen, daraus eine Luftmasse, daraus eine Kraftstoffmenge und daraus die erste Stellgröße bestimmt wird.

Die zweite Steuereinheit 10.2.1 erhält ein Eingangssignal von der zweiten Sensoranordnung 11.2, die bei der angespro chenen Ausgestaltung als Luftmassensensor ausgebildet ist. Dieser Luftmassensensor bestimmt wesentlich genauer die von einem Verbrennungsmotor angesaugte Luftmasse, als ein Bestim men der Luftmasse aus der Messung von Drehzahl und Drossel klappenstellung mit Hilfe der ersten Sensoranordnung 11.1 möglich ist. Jedoch mißt der Luftmassensensor gemäß der zwei ten Sensoranordnung 11.2 langsamer als die erste Sensoranord nung 11.1. Dieses genaue, jedoch bei einer Änderung der ange saugten Luftmasse nur langsam auf den neuen Wert einschwin gende Sensorsignal wird von der zweiten Steuereinheit 10.2.1 in eine zweite Stellgröße umgerechnet, die identisch wie die erste Stellgröße ein Signal ist, das geeignet ist, eine Kraftstoff-Einspritzpumpe so einzustellen, daß diese genau die Kraftstoffmenge abgibt, die der ermittelten Luftmasse zuzusetzen ist, um bei der Verbrennung einen gewünschten Lambda-Wert zu erhalten. Diese zweite Stellgröße wird jedoch nicht an die als Kraftstoff-Einspritzpumpe ausgeführte Ein stellstrecke 12.1 geliefert, sondern an die Kalibriereinheit 15. Diese realisiert (in der Regel rechnermäßig) die Funktio nen eines Vergleichers, eines Signalwandlers und einer Sample/Hold-Schaltung. Die Kalibriereinheit 15 stellt näm lich fest, ob die erste Stellgröße, die aufgrund von Signa len von der ungenaueren ersten Sensoranordnung ermittelt wur de, von der genaueren zweiten Stellgröße abweicht. Die Kali briereinheit 15 ermittelt außerdem, ob die erste Stellgröße in einem Zeitraum, der mindestens der Einschwingdauer der zweiten Sensoranordnung 11.2 entspricht, innerhalb einer vor gegebenen Spanne blieb. Ist dies der Fall, steht fest, daß ein für die zweite Sensoranordnung 11.2 quasi stationärer Zustand bestand, innerhalb dem die langsame zweite Sensoran ordnung nach einer sprunghaften Änderung der angesaugten Luftmenge auf einen genauen Anzeigewert einschwingen konnte.

Liegt ein solcher quasi stationärer Zustand vor, wird das Differenzsignal von erster Stellgröße und zweiter Stellgröße oder ein dem Differenzsignal gewandeltes Signal über die Sample/Hold-Funktion an die erste Steuereinheit 10.1.1 abge geben. Schwingt danach die erste Stellgröße innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne um mehr als es dem vorgegebenen pro zentualen Rahmen entspricht, hält die Sample/Hold-Funktion denjenigen Wert, der zuletzt ausgegeben wurde, als noch quasi stationäre Zustände herrschten.

Der von der Kalibriereinheit 15 ausgegebene Wert beeinflußt die erste Steuereinheit 10.1.1 so, daß diese die erste Stell größe in einer Richtung verändert, daß der Wert der ersten Stellgröße an den Wert der zweiten Stellgröße angepaßt wird. Wird z.B. von der Kalibriereinheit 15 eine Abweichung des Wertes der ersten Stellgröße vom Wert der zweiten Stellgröße um zwei Prozent festgestellt, multipliziert die erste Steuer einheit 10.1.1 den zuvor abgegebenen Wert der ersten Stell größe mit dem Faktor 1,02.

Durch das derartig funktionierende Einstellsystem 14 wird die erste Stellgröße fast in der gesamten Betriebszeit der Anordnung gemäß Fig. 2 mit einer Genauigkeit festgelegt, die der hohen Meßgenauigkeit der zweiten Sensoranordnung ent spricht, jedoch bei Veränderungen der Eingangsgrößen mit der hohen Folgegeschwindigkeit verändert, die der Einstellge schwindigkeit der ersten Sensoranordnung entspricht.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen und Ausgestal tungen derselben verfügte das Einstellsystem über eine erste Steuereinheit 10.1.1 und eine zweite Steuereinheit 10.2.1. Statt bloßen Steuereinheiten können jedoch auch Steuer/Regel einheiten verwendet werden, z.B. eine Steuer/Regeleinheit 10.1.2 zum Abgeben der ersten Stellgröße, wie in der Ein stellanordnung gemäß Fig. 3 dargestellt, oder eine Steuer/ Regeleinheit 10.2.2 zum Abgeben der zweiten Stellgröße, wie in der Anordnung gemäß Fig. 4 dargestellt. Das Verwenden von Steuer/Regeleinheiten statt Steuereinheiten hat den Vorteil, daß überwacht wird, ob die durch die Stellgröße beeinflußte Ausgangsgröße tatsächlich den gewünschten Sollwert einnahm, oder ob Abweichungen bestehen, die ausgeregelt werden sollen.

Die Anordnung gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 2 dadurch, daß zusätzlich ein Ausgangssensor 13.1 vor handen ist, der die Ausgangsgröße der Einstellstrecke 12.1 oder eine davon abhängige Größe mißt und sein Ausgangssignal an die bereits erwähnte Steuer/Regeleinheit 10.1.2 abgibt, die die Steuereinheit 10.1.1 ersetzt. Die Steuer/Regelein heit 10.1.2 führt eine Regelung an einen vom Ausgangssignal der ersten Sensoranordnung 11.1 abhängigen Wert durch. Bei dieser Regelung wird das Ausgangssignal vom Ausgangssensor 13.1 mit einem Sollwert verglichen, der der Steuer/Regelein heit 10.1.2 zugeführt wird. Falls die Einstellanordnung ge mäß Fig. 4 mit der eben beschriebenen Ausführungsform eines Einstellsystems 14 eine Ausgestaltung aufweist, die der Aus gestaltung der Anordnung gemäß Fig. 2 entspricht, ist es von Vorteil, den Ausgangssensor als Lambda-Sonde auszubilden. Die gesamte Anordnung funktioniert dann wie die Anordnung ge mäß Fig. 2, jedoch unter Berücksichtigung der oben beschrie benen Regelfunktion.

Bei der Einstellanordnung gemäß Fig. 4 gibt der anhand der Anordnung gemäß Fig. 3 beschriebene Ausgangssensor 13.1 sein Ausgangssignal an die bereits oben erwähnte Steuer/Regelein heit 10.2.2, die ausgehend von der Ausführungsform gemäß Fig. 2 die zweite Steuereinheit 10.2.1 ersetzt. Der zweiten Steuer/Regeleinheit 10.2.2 wird zugleich ein Sollwert zuge führt. Durch diese Anordnung erhält die Steuereinheit 10.1.1 zum Ausgeben der ersten Stellgröße keinen gesteuerten Kali brierwert mehr, sondern einen geregelten. Dadurch hat auch die erste Stellgröße Regelungscharakter, obwohl sie durch die Steuereinheit 10.1.1 lediglich in Abhängigkeit von Wer ten, wie sie von der ersten Sensoranordnung 11.1 gemessen werden, gesteuert wird.

Die Frage, wann es vorteilhafter ist, die erste Einstellein heit zu regeln, und wann es vorteilhafter ist, die zweite Einstelleinheit zu regeln, hängt maßgeblich vom Zeitverhal ten der in der Gesamtanordnung verwendeten Sensoren ab. Man wählt die Regelung in demjenigen Zweig, der aufgrund seines Zeitverhaltens weniger zu Regelschwingungen neigt.

Claims

1. Einstellsystem für in Kraftfahrzeugen zu überwachende Größen, dadurch gekennzeichnet, daß es die Funktion folgen der Funktionseinheiten ausübt:

- einer ersten Einstelleinheit (10.1.1; 10.1.2) zum Verarbei ten mindestens eines Signales von mindestens einer ersten Sensoranordnung zum Ausgeben einer ersten Stellgröße an eine Steuerstrecke,
- einer zweiten Einstelleinheit (11.2.1; 11.2.2) zum Verar beiten mindestens eines Signales von einer zweiten Sensoran ordnung, die mit größerer Genauigkeit, jedoch mit längerer Einschwingdauer mißt als die erste Sensoranordnung, zum Aus geben einer zweite Stellgröße, die gleicher Art ist wie die erste Stellgröße, jedoch wegen der höheren Meßgenauigkeit der zweiten Sensoranordnung einen genaueren Wert aufweist, und
- einer Kalibriereinheit (15), die beide Stellgrößen mitein ander vergleicht und im Falle einer Abweichung ein Kalibrier signal zum Herstellen von Gleichheit an die erste Steuerein heit dann abgibt, wenn die erste Stellgröße über eine vorbe stimmte Verzögerungszeitspanne innerhalb einer vorbestimmten Stellgrößenspanne geschwankt hat.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Kalibriereinheit (15) ausgeübte Verzögerungszeit spanne mindestens der Einschwingdauer der zweiten Sensoran ordnung entspricht.

3. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß

- die erste Einstelleinheit (10.1.1; 10.1.2) zum Auswerten der Signale von einem Drehzahlsensor und einem Drosselklap pensensor ausgebildet ist und sie aus den von diesen Senso ren abgegebenen Signalen die erste Stellgröße berechnet, zum Einstellen einer Kraftstoff-Einspritzmenge, und
- die zweite Einstelleinheit (10.2.1; 10.2.2) zum Auswerten der Signale von einem Heißfilmluftmassensensor ausgebildet ist und aus den von diesem Sensor abgegebenen Signalen die zweite Stellgröße berechnet, die ebenfalls eine Einstell größe für die zuzuführende Kraftstoff-Einspritzmenge dar stellt, jedoch der Kalibriereinheit (15) zum Kalibrieren der ersten Einstelleinheit zugeführt wird.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Einstelleinheit (10.1.2) zusätzlich durch das Signal von einem Ausgangssensor (13.1) kalibriert wird, der eine Größe mißt, deren Wert von einer durch die erste Stellgröße beeinflußten Größe der Einstellstrecke (12.1) abhängt.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die zweite Steuereinheit (10.2.2) zusätzlich durch das Signal von einem Ausgangssensor (13.1) kalibriert wird, der eine Größe mißt, deren Wert von einer durch die erste Stellgröße beeinflußten Größe der Einstellstrecke (12.1) abhängt.