DE3829238C2 - Verfahren zur Steuerung der Drehzahl eines Motors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Drehzahl eines Motors für ein Kraftfahrzeug mit Automa­ tikgetriebe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein modernes System zur Ausführung der Drehzahlsteuerung der vorgenannten Art ist z. B. in JP 49-40 886 A gegeben. Dort wird die Ist-Motordrehzahl mit einer Referenz-Leer­ laufdrehzahl verglichen, und ein elektrisch bestätigtes Ventil, das in einer eine Drosselklappe umgehenden Leitung angeordnet ist, wird in geeigneter Weise entsprechend dem Vergleichsergebnis geöffnet bzw. geschlossen, um dadurch eine gleichbleibende Motordrehzahl aufrechtzuerhalten. Ein weiteres Verfahren zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl eines Motors ist in JP 57-124 042 A gegeben und verwendet Mittel zum Berechnen des oberen und des unteren Motor­ drehzahl-Grenzwerts, wenn bei einem Automatikgetriebe die Neutral- oder die Fahrstellung gewählt wird und diese oberen und unteren Motordrehzahl-Grenzwerte werden für die Steuerung der Leerlaufdrehzahl des Motors als Funktion der Kühlwassertemperatur genützt.

Eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine ist in DE-OS 30 19 608 beschrieben. Bei dieser Vorrichtung wird die Breite des Impulssignals für das Luftdurchsatzventil in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors ver­ ändert.

Bei diesen bekannten Systemen wird jedoch nicht der Einfluß eines Lastwechsels vom lastfreien Leerlaufbereich (N-Bereich) in den Fahrbereich (D- oder R-Bereich) bei einem Kraftfahrzeug mit Automatikgetriebe berücksichtigt. Die Betätigung eines Automatikgetriebes geht häufig mit dem Problem einher, daß die Motordrehzahl infolge eines sehr starken Lastwechsels, insbesondere beim Schalten aus dem N- in den D- oder R-Bereich verringert wird, was schlimmsten­ falls sogar im Abwürgen des Motors resultieren kann. Mit anderen Worten kann die Verstärkung des Regelkreises, der den Motor und das Automatikgetriebe miteinander verbindet, dem Lastwechsel nicht folgen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung der Motordrehzahl anzugeben, wobei eine Verbesserung dahingehend vorgesehen ist, daß jede wesentliche Änderung der Motordrehzahl beim Umschalten des Automatikgetriebes vom N- in den D- oder R-Bereich ausgeschlossen wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach dem Patentanspruch. Bei diesem Verfahren ist die Stellung eines Hilfsluftventils, das die Motordrehzahl bestimmt, in solcher Weise steuerbar, daß die Öffnungsdauer des Ventils aufgrund eines D-Bereichssignals, das beim Schalten des Automatikgetriebes aus dem N- in den D-Bereich erzeugt wird, verlängert wird.

Die Verlängerung der Öffnungsdauer des Hilfsluftventils wird nach Maßgabe einer Funktion der Kühlwassertemperatur des Motors bestimmt, da die vom Motor benötigte Luftdurch­ flußmenge sich entsprechend dem durch die Kühlwassertemperatur repräsentierten Zustand des Motors ändert.

Wenn das Automatikgetriebe in einen Kraftübertragungs­ zustand geschaltet wird, so daß der Motor mit einer starken Last beaufschlagt wird, verlangt der Motor eine Erhöhung der Luftdurchflußmenge. Die Luftmengenerhöhung ist je nach der Kühlwassertemperatur des Motors unterschiedlich. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind jedoch die Werte der Faktoren T_dly, T_ND und K_ND adäquat und automatisch nach Maßgabe der Kühlwassertemperatur des Motors bestimmt, so daß das Fahrzeug stoßfrei und sicher anfahren kann, ohne daß die Gefahr einer Motorüberlastung auftritt. Bei der erfin­ dungsgemäßen Motordrehzahlsteuerung wird eine Rückführungs­ regelung der Motordrehzahl in Abhängigkeit vom Motorzustand (der Kühlwassertemperatur) so durchgeführt, daß eine gleichbleibende Führungs-Drehzahl aufrechterhalten wird. Diese Steuerung wird in der Praxis ausgeführt, indem ein N-D-Schaltsignal, das praktisch ein dem EIN-AUS-Zustand des Neutralschalters entsprechendes Signal ist, einer als Mikrorechner dienenden Recheneinheit zugeführt wird, die die optimale Ventilöffnungsdauer nach Maßgabe der Kühl­ wassertemperatur des Motors errechnet und bestimmt.

Wenn die vom Motor benötigte Luftdurchflußmenge aufgrund der Lastbeaufschlagung in der Übergangsperiode während des Schaltens aus dem N-Bereich in den D- oder R-Bereich erhöht wird, wird der Regelbetrieb des Hilfsluftventils vorüber­ gehend verlängert, um dadurch die Luftzufuhr zu erhöhen, so daß beim Schalten aus dem N- in den D- oder R-Bereich gutes Fahrverhalten ohne wesentlichen Abfall der Motordrehzahl bzw. ohne Abwürgen des Motors erzielbar ist.

Anhand der Figuren wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Einrichtung nach der Erfindung zur Motor­ drehzahlsteuerung

Fig. 2 das Blockschaltbild einer elektronischen Steuereinheit

Fig. 3 den Verlauf eines Einschaltdauerimpulses;

Fig. 4 die Betriebscharakteristik des Hilfsluftven­ tils;

Fig. 5 eine Logik der Ausführungsform von Fig. 1;

Fig. 6 ein Diagramm von Steuerkonstanten der Ausfüh­ rungsform von Fig. 1; und

Fig. 7 einen Ablaufplan des Steuerverfahrens nach der Erfindung.

Durch einen Luftfilter 1 angesaugte Luft wird in die Brenn­ kammer eines Motors 8 durch einen Ausgleichbehälter 5, einen Ansaugkrümmer 6 und ein Saugventil 7 eingeleitet. Die Luftdurchflußmenge wird von einer Drosselklappe 4 geregelt, die in einem Drosselklappengehäuse 2 angeordnet und be­ triebsmäßig mit einem Gaspedal 3 verbunden ist, das von einem Fahrer betätigbar ist. Durch die Verbrennung von mit Luft vermischtem Kraftstoff in der Brennkammer wird Ver­ brennungsgas erzeugt und zur Atmosphäre durch eine Abgas­ leitung 10 und einen Auspuffkrümmer 11 abgegeben. In jedem Zweig des Ansaugkrümmers 6 ist ein Einspritzventil 14 für jede Brennkammer 9 angeordnet. Die Anordnung kann so ge­ troffen sein, daß vor der Drosselklappe 4 ein einziges Einspritzventil 14 angeordnet ist. Das Drosselklappenge­ häuse 2 hat ferner ein daran befestigtes Hilfsluftventil 47 mit einer Luftleitung, die die Drosselklappe 4 umgeht. Das gezeigte Ausführungsbeispiel dient nur der Verdeutlichung und kann so abgewandelt sein, daß das Hilfsluftventil 47 getrennt vom Drosselklappengehäuse 2 angeordnet und über eine geeignete Leitung mit dem Saugluftkanal verbunden ist.

Ein Impulssignal einer Dauer T (Fig. 3) wird einem Magnet­ ventil 48 zugeführt, und die Periode T_ON wird so verändert, daß der Ventilkörper 49 des Hilfsluftventils 47 ver­ schoben wird, um dadurch die die Drosselklappe 4 umgehende Luftdurchflußmenge zu ändern. Gemäß Fig. 3 wird das Ver­ hältnis der Periode T_ON zur Periode T des Impulssignals, ausgedrückt in Prozent, nachstehend als Einschaltdauer "Tastver­ hältnis" bezeichnet. Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet also der Ausdruck Einschaltdauer "Tastverhältnis" den Zeitablauf, in dem die Energiezuführung unterhalten wird.

Eine elektronische Steuereinheit 15 umfaßt einen Mikrorech­ ner, der als Recheneinheit dient, einen ROM 42, einen RAM 43 und einen Ein-Ausgabebaustein etc. Die elektronische Steuereinheit 15 arbeitet mit verschiedenen Signalen, die von verschiedenen Motorfühlern abgeleitet sind, z. B. einer Sauerstoffsonde 19, die auf der Auspuffleitung 11 angeord­ net ist und die Sauerstoffkonzentration im Abgas erfaßt, einem Drosselklappenfühler 16, der den Rotationswinkel der Drosselklappe 4 erfaßt, einem Wassertemperaturfühler 18, der auf dem Kühlmantel 17 angeordnet ist, einem Saugluft­ temperaturfühler 20, der die Sauglufttemperatur erfaßt, einem Neutralschalter 50 (der noch in Verbindung mit Fig. 2 erläutert wird), der den Zustand des Getriebes erfaßt, sowie mit Signalen von verschiedenen Einheiten wie einem Zündschalter 24, einem Anlasserschalter 25 etc.

Der Rotationswinkelfühler 23 hat einen Lagedetektor 26, der nach jeweils zwei Umdrehungen der Kurbelwelle (nicht ge­ zeigt) einen Impuls erzeugt, sowie einen Winkeldetektor 27, der für jeden vorbestimmten Kurbelwinkel, z. B. 1°, einen Impuls liefern kann.

Eine Kraftstoffpumpe 31 fördert Kraftstoff aus einem Kraft­ stoffbehälter 30 unter Druck durch eine Kraftstoffzufuhr­ leitung 29 zum Einspritzventil 14.

Die elektronische Steuereinheit 15 errechnet die Einspritz­ menge und den Einspritzzeitpunkt aufgrund von verschiedenen Eingangssignalen und liefert einen Einspritzimpuls an das Einspritzventil 14. Gleichzeitig errechnet die elektroni­ sche Steuereinheit 15 die Öffnungszeit des Hilfsluftventils 47 und liefert die Einschaltdauer "Tastverhältnis" an das Magnetven­ til 48. Ferner errechnet die elektronische Steuereinheit 15 den Zündzeitpunkt und liefert einen Strom an die Zündspule 32. Der Sekundärstrom der Zündspule 32 wird dem Verteiler 33 zugeführt und auf die Zündkerzen (nicht gezeigt) ver­ teilt.

Das Blockschaltbild von Fig. 2 zeigt den Aufbau der elek­ tronischen Steuereinheit 15. Diese umfaßt eine Mehrzahl Fühler: die Sauerstoffsonde 19, den Wassertemperaturfühler 18, den Saugluftfühler 20 und den Drosselklappenfühler 16, deren Ausgangssignale einem Analog-Digital-Umsetzer bzw. ADU 34 zugeführt und in ein Digitalsignal umgesetzt werden.

Ein Drehzahldetektor 35 zählt die Anzahl Impulse, die vom Winkelfühler 27 innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer geliefert werden, und erzeugt ein der Motordrehzahl propor­ tionales Ausgangssignal.

Ein Haltekreis 37 speichert vorübergehend die Ausgangssi­ gnale vom Neutralschalter 50, vom Zündschalter 24, vom Anlasserschalter 25 und vom Lagedetektor 26 des Rotations­ winkelfühlers 23 (Fig. 1).

Ein Mikrorechner 40 ist über einen Bus 41 mit einem ROM 42, einem RAM 43 und weiteren Bausteinen 34, 35, 37 verbunden und errechnet die dem Hilfsluftventil 47 (Fig. 1) zuzufüh­ rende Einschaltdauer "Tastverhältnis", die Einspritzmenge etc. nach Maßgabe eines vorgegebenen Programms.

Die Luftdurchflußmenge durch das Ansaugsystem wird be­ stimmt, indem die Luftdurchflußmenge entweder entsprechend dem Saugluftdruck in der Saugleitung arithmetisch verar­ beitet oder nach Maßgabe eines Klappen- oder Hitzdraht- Durchflußmengenmessers, der im Saugluftkanal angeordnet ist, errechnet wird.

Die dem Magnetventil 48 zugeführte Einschaltdauer "Tastverhältnis" des Hilfsluftventils 47 ist durch die folgende Gleichung (1) gegeben:

Tastverhältnis = D_BG×K+D_FB (1).

In dieser Gleichung bedeutet D_BG eine Grund-Einschaltdauer, die entsprechend der Kühlwassertemperatur des Motors be­ stimmt und zur Festlegung der Führungs-Drehzahl des Motors genützt wird. Der Wert von D_BG ist entsprechend Fig. 4 ein­ gestellt und im ROM in Form einer Wassertemperaturtabelle gespeichert. K bezeichnet einen Korrekturkoeffizienten, der Änderungen von Faktoren wie der Sauglufttemperatur, der Batteriespannung etc. entspricht. D_FB bezeichnet die Rück­ führungskomponente, die je nach der Abweichung der Ist- Drehzahl von der Führungs-Drehzahl erhöht oder verringert wird.

Bei einem Kraftfahrzeug mit Automatikgetriebe wird das Gegendrehmoment von den Antriebsrädern auf den Motor durch das Automatikgetriebe übertragen, wenn das Getriebe vom N-in den D-Bereich betätigt wird. Infolgedessen erhöht sich die vom Motor benötigte Luftmenge gegenüber derjenigen im N-Bereich. Die vom Motor benötigte Saugluftmengen-Diffe­ renz zwischen diesen Fällen äußert sich in der Praxis als Verringerung der Motordrehzahl, wenn das Getriebe vom N- in den D-Bereich geschaltet wird. Die Verminderung der Motor­ drehzahl wird durch D_FB als die Abweichung zwischen der Führungs- und der Ist-Motordrehzahl korrigiert. Es ist jedoch schwierig, die Führungs-Motordrehzahl zu unterhal­ ten, und zwar wegen einer unzureichenden Auflösung der Motordrehzahlsteuerung.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher die Steuerung in der unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläuterten Weise durch­ geführt. Wenn dabei das Getriebe, das sich im N-Bereich befindet, in den D-Bereich geschaltet wird, wird die Ein­ schaltdauer "Tastverhältnis" aufgrund des Signals vom Neutralschalter 50 um einen Betrag D_ND stufenweise verlängert, und zwar in einem Moment, der um T_dly nach der Zuführung des Signals liegt, und der somit erhöhte Pegel des Signals "Tastverhältnis" wird für eine Dauer T_ND aufrechterhalten. Die Einschaltdauer "Tastver­ hältnis" wird dann mit einer Rate K_ND verringert. Die Ver­ zögerung T_dly ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Motortemperatur noch niedrig ist. Wenn dies der Fall ist, tritt zu Beginn der Kraftübertragung unvermeidlich eine gewisse Zeitverzögerung aufgrund der hydraulischen Charak­ teristik des Getriebes auch dann auf, wenn der Neutral­ schalter 50 aufgrund des Schaltens aus dem N- in den D-Bereich eingeschaltet wird. Diese Verzögerungszeit T_dly ist so eingestellt, daß eine übermäßige Korrektur dieser Zeitverzögerung verhindert wird. Durch diese Steuerung wird es möglich, die momentane Änderung der vom Motor in der Übergangszeit des Schaltens aus dem N- in den D-Bereich benötigte Saugluftmenge in adäquater Weise aufzufangen, so daß das Schalten aus dem N-in den D- oder aus dem N- in den R-Bereich ruhig und stoßfrei ohne irgendeine Verminderung der Motordrehzahl abläuft.

Die Werte der Konstanten wie T_dly, D_ND, T_ND und K_ND sind je nach dem Zustand des Motors veränderlich, so daß eine höhere Präzision der Drehzahlsteuerung erzielbar ist, indem diese Faktoren als Funktion der Motorkühlwassertemperatur festgelegt werden (Fig. 6).

Die Motordrehzahlsteuerung kann in einem Prozeß realisiert werden, der unter Bezugnahme auf Fig. 7 erläutert wird. Das Programm von Fig. 7 ist ein Administrationsprogramm, das mit einer vorbestimmten gleichbleibenden Periode von z. B. 10 ms angesteuert wird.

In Schritt 100 von Fig. 7 werden die Kühlwassertemperatur und die Motordrehzahl ausgelesen. In Schritt 110 wird die der Kühlwassertemperatur entsprechende Führungs-Drehzahl aus der Tabelle gesucht, und in Schritt 120 wird die Grund- Einschaltdauer D_BG zum Erreichen der Führungs-Drehzahl aus der Tabelle gesucht. In Schritt 130 wird die Abweichung ΔN der Ist-Motordrehzahl von der Führungs-Motordrehzahl durch einen Rechenvorgang bestimmt, und die Rückführungskompo­ nente D_FB entsprechend der Abweichung ΔN wird berechnet. Unter Nutzung des Rechenwerts wird in Schritt 140 ein Rechenvorgang durchgeführt, der die Einschaltdauer "Tastverhältnis" für das Magnetventil 48 des Hilfsluftventils 47 (Fig. 1) bestimmt.

In den Schritten 150 und 160 wird entschieden, ob das Fahr­ zeug bzw. Kraftfahrzeug fährt, d. h. ob ein bestimmter Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit vorliegt, und es wird entschie­ den, ob der Neutralschalter SW die EIN- oder die AUS-Stel­ lung hat, um dadurch zu entscheiden, ob das Automatikge­ triebe sich in der N-Stellung oder in einer anderen Stel­ lung wie dem D- oder dem R-Bereich befindet. Wenn der Neu­ tralschalter SW im EIN-Zustand ist, während kein die Fahr­ zeuggeschwindigkeit darstellender Wert vorliegt, wird ent­ schieden, daß ein Schalten vom N- in den D- oder den R-Bereich erfolgt ist, und der Prozeß geht zu Schritt 170. In Schritt 170 sucht der Mikrorechner in der Wassertempera­ turtabelle von Fig. 6 nach der Verzögerungszeit T_dly, der stufenweisen Verlängerung der Einschaltdauer "Tastverhältnis" D_ND und der Verlängerungsdauer T_ND, die in Fig. 5 gezeigt sind, und addiert in Schritt 180 diese Werte zu der vorher in Schritt 140 errechneten Einschaltdauer "Tastverhältnis", wodurch eine korri­ gierte Einschaltdauer "Tastverhältnis" erhalten wird. Diese Einschalt­ dauer "Tastverhältnis" wird in Schritt - 190 dem Magnetventil 48 durch einen Ausgangsverarbeitungskreis zugeführt. Ferner wird in Schritt 200 vom Zähler der Ablauf der Verlänge­ rungsdauer T_ND entschieden, und dann geht der Prozeß zu Schritt 210, in dem die Verminderungsrate K_ND für die Ein­ schaltdauer "Tastverhältnis" gesucht und in Schritt 220 die Subtraktion von "Tastverhältnis" durchgeführt wird. In Schritt 230 wird entschieden, ob die Abweichung der Ist- von der Führungs- Drehzahl der rückzuführende Wert ist, und dann geht der Prozeß zur Hauptroutine zurück, wodurch das Programm von Fig. 7 beendet ist.

Wenn gemäß der Erfindung die vom Motor benötigte Saugluft­ menge aufgrund eines momentanen Lastwechsels in der Über­ gangsperiode des Schaltens aus dem N-Bereich in den D- oder den R-Bereich sich ändert, wird die Steuer-Einschaltdauer des Hilfsluftventils vorübergehend aufgrund des Schaltsi­ gnals verlängert, so daß ein stoßfreies und weiches Fahr­ verhalten ohne jede Verminderung der Motordrehzahl bzw. ohne Abwürgen des Motors erhalten wird, wenn das Automatik­ getriebe vom N- in den D- oder den R-Bereich geschaltet wird.

Claims (3)

1. Verfahren zur Steuerung der Drehzahl eines Motors (8) zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Automatikgetriebe, bei dem die Drehzahl von den Betriebszuständen des Kraft­ fahrzeugs abhängig gesteuert wird, mit

   • - einem Fühler (27) zur Ermittlung der Drehzahl des Motors;
   • - einem Fühler (18) für die Ermittlung der Temperatur des Kühlwassers;
   • - einem Schaltvorgangs-Detektor (50), der die Schalt­ stellung des Automatikgetriebes feststellt;
   • - einem Hilfsluftventil (47, 48) zur Steuerung des Luft­ durchsatzes durch einen Bypasskanal, und
   • - einer Steuereinheit (15), die in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs das Tastverhältnis eines Impulssignals (T_ON/T) mit der Impulsdauer T zur Ansteuerung des Hilfsluftventils (47, 48) bestimmt,
2. wobei das Tastverhältnis (T_ON/T) des Impulssignals zur Steuerung des Hilfsluftventils (47, 48) um einen von der Temperatur des Motorkühlwassers abhängigen Wert D_ND nach Empfang eines Signals vom Schaltvorgangsdetektor (50), das anzeigt, daß sich der Zustand des Automatikgetriebes von der Neutralstellung in eine Kraftübertragungsstellung (N-< D; N-<R) geändert hat, vergrößert wird;
   dadurch gekennzeichnet, daß

   • a) das Tastverhältnis (T_ON/T) nach einer Verzögerungszeit T_dly vergrößert wird;
   • b) das vergrößerte Tastverhältnis während einer vorbestimm­ ten Dauer T_ND beibehalten wird;
   • c) das Tastverhältnis mit einer vorbestimmten Rate K_ND verringert wird, bis der Wert einer vorgegebenen Drehzahl erreicht ist;
3. wobei die Werte T_dly, T_ND und K_ND Funktionen der Temperatur des Motorkühlwassers sind.