利用一個扭矩監控裝置驅動一個內燃機的方法
2023-05-21 21:23:26
專利名稱：利用一個扭矩監控裝置驅動一個內燃機的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於驅動一個內燃機的方法，它具有下列步驟通過一個功率調節裝置根據一個司機願望傳感器的信號來調節內燃機的扭矩輸出；形成一個用於內燃機最大許用扭矩的數值；形成一個用於內燃機實際扭矩的測量值(Maβzahl)；並且將測量值與最大許用值進行比較；並且當實際扭矩超過最大許用扭矩時觸發一個故障反應(Fehlerreaktion)。
本發明還涉及一個用於利用這種方法來控制一個內燃機的控制器以及這樣一種控制器來控制一個內燃機的應用。
所述對於故障反應的觸發能夠防止內燃機偏離司機願望地輸出扭矩，這例如降低所期望的發動機制動效果，或者甚至可能導致內燃機和一個由該內燃機驅動的汽車的不期望的加速。
由本申請人的DE 199 00 740 A1已知一種這樣的方法、一個這樣的控制器和這樣一種應用。這個文獻參照一個已知的用於一個汽油發動機的扭矩監控裝置，其中內燃機的實際扭矩由轉速、燃燒室充滿度(空氣品質)和點火角調節來確定。這個文獻還使已知的扭矩監控進一步擴展到至少有時以稀的燃料/空氣混合物運行的內燃機。例如這種內燃機是在運行中以分層的燃燒室充滿度進行直噴的柴油發動機和汽油發動機。這些內燃機在基本上不節流地運行，因此其燃燒室通常以一個最大空氣品質充滿。所述扭矩通過噴入的燃料量進行調節(質量調節)，而在節流運行的汽油發動機中所述扭矩通過以燃料/空氣混合物填充燃燒室的質量進行調節(數量調節)。
為了與一個質量調節的內燃機相結合地監控扭矩，在這個文獻中建議，實際扭矩以噴入的燃料質量為基礎確定為由扭矩決定的參數。在此所述許用扭矩通過司機願望和/或轉速由一條特性曲線或通過一個簡化的函數模型獲得。在此在一個控制器中在一個第一程序等級(Programmebene)上形成用於控制一個功率調節裝置的、由扭矩決定的信號，而在一個監控方案的構思裡在一個第二程序等級上形成許用扭矩。
但是尤其是對於具有幹擾調節器的內燃機在過渡運行狀態中、尤其是在過渡到一種滑動運行(Schiebebetrieb)時許用扭矩從司機願望的獲得是不可靠的，因為幹擾調節器的(許可的)幹擾對於形成用於一個功率調節裝置的控制信號有影響。因此故障幹擾疊加到由控制信號引起的實際扭矩上。這種故障幹擾對於常見的許用扭矩值可能導致故障識別。
由本申請人的DE 195 37 787已知一個具有幹擾調節器的內燃機控制。已知的幹擾調節器具有一個D2T2裝置，它具有與工作點有關的差動和延遲時間常數作為參數。該D2T2裝置對內燃機轉速進行濾波。其輸出信號與根據司機願望產生的、用於功率調節裝置的控制信號相加地進行結合。作為衝擊可以感覺到的傳動鏈振動作為幹擾疊加到轉速上。通過使濾波的轉速信號耦入到用於功率調節裝置的控制信號中，使得傳動鏈的衝擊振動得到衰減。
由於已濾波的轉速信號耦入到控制信號的形成中，所以所述衝擊振動在用於功率調節裝置的控制信號中得到描繪，並且由此也最終在實際由內燃機產生的扭矩的時間過程中得到描繪。所述衝擊振動尤其由扭矩變化所激勵，這些扭矩變化例如在過渡到滑動運行時出現。下面關於一個內燃機滑動運行的概念可以理解為一種運行，其中內燃機不輸出扭矩，而是自動地通過外部的影響來驅動。例如，在司機不需要扭矩的時候，一種滑動運行在汽車制動或者下山的時候出現。至滑動運行的過渡，例如可以通過一個司機願望傳感器、例如一個行駛踏板傳感器檢測到。
所述幹擾調節器尤其在過渡到滑動運行時幹擾控制信號的形成，因此所述已知的、以司機願望的一個評價為基礎的扭矩監控是不可靠的，除非幹擾調節器幹擾作用消除。與此相關已知，在過渡到滑動運行時例如需要等待一秒鐘，以便能夠消除幹擾調節器的幹擾作用。然後才開啟扭矩監控。所以這個扭矩監控不是連續的。與此相關的缺點是，對於一個有缺陷的扭矩的產生只能以一個對應於等待時間的延遲才被發現。但是出於安全的原因，總是期望儘可能沒有延遲地檢測到所不期望的扭矩的產生，以便能夠觸發故障反應。
通過對所描述的背景技術的回顧，本發明的目的是提供一種方法，它不僅能夠實現一種衝擊衰減而且能夠實現一種連續的扭矩監控。
這個目的在一個上述類型的方法中由此得以實現在功率調節裝置的一個控制信號上疊加一個幹擾調節器幹擾作用，並且所述用於最大許用扭矩的數值由一個第一接近值與一個用於幹擾調節器幹擾作用的扭矩貢獻的推測值的邏輯運算而構成，其中所述第一接近值根據司機願望傳感器的信號而構成。
此外這個目的通過一個控制器得以實現，它控制一個這樣的方法或者本方法的一個方案。此外這個目的通過使用一個這樣的、用於衰減衝擊和扭矩監控的控制器得以實現，其中作為功率調節裝置使用下列組件中的至少一個噴射閥裝置、節流閥裝置、可變化的進氣閥控制裝置、點火裝置。
在控制器中的計算一般根據扭矩單元(司機願望扭矩、扭矩限制…)或者流量單元或控制信號單元(廢氣限制、流量平衡調節)中的物理關係實現。所述關聯通過一個發動機效率特性曲線實現。因此在本申請中對於扭矩所公開的構思等效於對於流量(燃料量)的相應考慮。
本發明的優點通過所述特徵完全實現本發明的目的。其結果是，通過一個必要時快速實現的故障反應來提高內燃機控制的可靠性。
優選使所述幹擾調節器具有一個D2T2裝置，它具有與運行點有關的參數。
這樣一個D2T2裝置已經證實特別適用於一個衝擊衰減。本發明的一個優點是，它可以與這樣一個裝置、但是也可以與其它的相位修正的傳遞裝置和帶通濾波器共同起作用。
此外最好在形成最大許用扭矩值時，通過對於具有固定參數的D2T2裝置的模擬來形成用於幹擾調節器幹擾作用的扭矩貢獻的推測值。
通過該方案，使所述目的保護資源地得以實現。與整個幹擾調節器通過與運行點有關的時間常數功能一致地模擬的方案相反，這個方案在控制器中需要更少的存儲空間和計算時間(程序運行時間)。
也優選在形成用於實際扭矩的測量值時，考慮實際地由功率調節裝置輸出的調節參數。
通過這種方案可以使簡單的模擬在一定程度上規定極限，它由實際的幹擾調節器確定。
此外優選通過一個極值選擇與一個模擬的調節參數進行比較地來考慮所述實際由功率調節裝置輸出的調節參數。
這個方案的作用是，對於簡化的模擬可以排除在繼續處理時出現的極值。
還優選使所述極值選擇的結果在前面進行的項目以後與一個固定值通過另一個極值選擇進行比較。
這個方案具有另一優點，例如可以使繼續處理局限於一個正值，用於不太多地減小所述許用扭矩。由此防止故障識別的一個否則可能出現的過渡敏感性。
還優選使用於幹擾調節器幹擾作用的扭矩貢獻的推測值通過存取一個以內燃機轉速對時間的二階導數進行定址的特性曲線而構成。
這個方案表示一個對於上述方案的特別簡單和保護資源的選擇。
也優選在過渡到內燃機的滑動運行時無需等待時間地觸發一個故障反應。
由此使速度最小化，以該速度一個在內燃機運行時有效的扭矩監控可以觸發一個故障反應。
其它優點通過說明和附圖給出。
不言而喻，上述的和下面還要描述的特徵不僅在各給定的組合中、而且也在其它的組合或者單獨方案中使用，而不脫離本發明的構思。
在附圖中示出本發明的實施例並且在下面的描述中詳細解釋。附圖中圖1簡示出一個具有調節裝置、傳感器和一個控制器的內燃機；圖2以方框圖示出一個具有傳感器和一個調節裝置的控制器；圖3示出控制器中信號的時間過程；圖4以功能方框圖示出本發明的一個實施例；圖5示出另一實施例。
具體實施例方式
圖1中的附圖標記10表示一個非常簡化示出的內燃機整體視圖，該內燃機具有至少一個燃燒室12。該燃燒室12的充氣通過一個進氣閥14和一個排氣閥12交替地進行。對於燃燒室12的充氣通過一個噴射閥18配量燃料，其中配量時刻和配量量由一個控制器20控制。在此該噴射閥18作為功率調節裝置使用。所配量的量完全基本上確定由內燃機10產生的扭矩。對於該功率調節裝置的控制此外可以根據一個司機願望實現，該願望通過一個行駛踏板22由一個行駛踏板傳感裝置24獲得，並傳遞給控制器20。
這種類型的功率調節裝置典型地用於一個柴油發動機。一個可比較的關於配量的燃料量的功率控制也在一個直接噴射的汽油發動機中以層流燃燒室充氣的運行中實現。與柴油發動機不同的是，在柴油發動機中所述噴射觸發燃燒，而在汽油發動機中燃燒室充氣的外源點火例如通過一個火花塞實現。
在一種直接噴射的汽油發動機中，該發動機在均質運行中、即在燃燒室12中以均質的混合物分布運行，所期望的扭矩調節根據司機關於燃燒室12充氣量的願望實現(質量調節)。這一點類似地對於一個具有吸管噴射裝置的內燃機也是有效的。
在這種情況下燃燒室充氣量通過一個節流閥26進行調節，該節流閥由一個節流閥調節器28以可控的方式由控制器20進行操縱。具有節流閥調節器28的節流閥26也作為功率調節裝置。也可以選擇使燃燒室12的充氣量通過一個進氣閥14的可變控制通過一個進氣閥調節器30控制，該進氣閥調節器同樣由控制器20控制。所述內燃機10還具有一個轉速傳感裝置32，它例如可以由一個具有鐵磁標記36的傳感輪34和一個感應傳感器38組成。
如在圖2中所示，所述控制器20具有一個第一等級40和一個第二等級42，其中這些等級40，42在圖2的方框圖中對應於一個發動機程序的程序等級。在第一等級40中運行真正的控制程序，在該程序中由一個輸入端的傳感裝置24，32和56的信號形成用於調節裝置的、例如功率調節裝置18，28和30的輸出端控制的控制參數。第二等級42用於監控發動機控制。為此同樣得到輸入端傳感裝置24，32，56輸入的信號。由此且必要時由其它的、由第一等級得到的信號形成用於監控第一等級的第二等級信號。在故障情況下該信號會作用第一等級並在那裡產生一個故障反應。
在第一等級中首先由行駛踏板傳感裝置24和轉速傳感裝置32的信號產生一個用於將要由內燃機10產生的扭矩的理論值和/或一個相應的用於調節裝置控制的基礎值。接著將這個信號在一個導向成形器(Fuehrungsformer)46中濾波，用於在調節裝置控制之前使行駛踏板調節(司機願望)的例如衝擊式變化得到平滑。該導向成形器46可以由低通濾波器、例如由PT1裝置實現。這種平滑用於衰減由於動力系統振動可能產生的負載變化衝擊。為了衰減這種動力系統振動(衝擊衰減)，將轉速傳感裝置32的信號輸送到一個幹擾調節器52，該調節器由此形成一個修正信號，該信號與來自程序段46的經過平滑處理的基礎值在程序段50中進行邏輯運算。該幹擾調節器作為相位修正的/相位偏移的裝置進行工作，並且因此給出一個信號，該信號相對於導向成形器的信號發生移相。該邏輯運算不僅可以實現相乘而且可以實現相加。所述邏輯運算50的輸出信號在一個程序段48中變換成用於所述調節裝置18，28或30中的至少一個的最終的控制信號，並輸出到所述調節裝置。
所述幹擾調節器52最好由D2T2濾波器實現。該濾波器與全部的頻率變化s相關的傳遞函數為輸出信號(s)/轉速(s)＝k×s2/(1+t×s)2，其中k是放大係數(D分量的常數)，而T是延遲分量的時間常數。變量s是頻率。通過轉速信號的D2T2濾波(相位移動)得到一個使動力系統衝擊得到衰減的控制信號分量，它以上述方式在邏輯運算50中與經過濾波的、用於調節裝置控制的基礎值進行邏輯運算。
因為衝擊振動的振幅和頻率在汽車中與運行點強烈相關，所以利用固定的濾波常數K，T不能期望對於所有的運行點都得到滿意的結果。按照本方法，所述衝擊振動強烈地受到在減速器中所存在的減速級的影響以及發動機轉速的影響。因此所述幹擾調節器52藉助於一個參數選擇將與運行點有關的參數K，T饋入到程序段54。為了選擇與運行點有關的參數，將轉速傳感裝置32的至少一個信號輸送到程序段54並將它的其它信號輸送到一個傳感裝置56，由該傳感裝置能夠確定直接插入的減速級。所述傳感裝置56的信號例如可以是一個汽車速度信號v，因此由v和轉速n能夠確定減速比，並由此確定減速級。
為了檢驗和監控在第一等級中構成的用於調節裝置18，28和30的控制信號，在第二等級42中、即在監控程序段58中構成一個用於最大許用控制信號的數值。在監控程序段58中構成的、用於一個許用控制信號的數值對應於一個最大許用扭矩。這個數值在程序段58中由司機願望傳感裝置24、轉速傳感裝置32的信號和必要時由第一等級的控制信號、例如用於幹擾調節器52的確定的參數K，T的數值提供，它們由參數選擇54提供。在第一等級40中構成的、邏輯運算50的輸出信號對應於一個用於內燃機實際扭矩的測量值。將這個數值輸送給監控程序段58，因此在程序段58中存在用於最大許用扭矩的和用於實際扭矩的數值。如果將實際的控制持續時間(或者實際的扭矩)與一個用於一個最大許用控制信號的數值(或者一個最大許用扭矩)進行比較得知所述的實際控制信號(扭矩)變得太大，則所述監控58如此觸發一個故障反應該反應例如防止、阻礙或改變在程序段48中最終的控制信號形成。
圖3示出信號在控制器20中的時間過程，用於表明本發明的背景技術。在此對於時刻t_0由行駛踏板傳感裝置24觸發一個到滑動運行的過渡。由此使在圖1中理論值控制44的輸出信號或多或少地衝擊式地變化。這種衝擊式的變化由導向成形器46進行平滑，它給出在圖3中所示的單調下降的輸出信號60。所述負載變化激勵動力系統振動，該振動映像到轉速傳感裝置32的信號中。通過幹擾調節器52使形成控制信號的已濾波的轉速信號通過邏輯運算50在一定程度上受到負反饋。最後由此使衝擊振動映像到用於調節裝置18，28和30的控制信號的形成。在此在控制信號中的振蕩與真實的衝擊振動之間的相位關係通過D2T2濾波器在幹擾調節器52中使衝擊振動衰減。在圖3中振蕩的曲線62在一定程度上示出邏輯運算50的輸出信號，即導向成形器46的與幹擾調節器52的幹擾作用疊加的輸出信號。
通過在曲線62中的振蕩可能使監控閾值被超出，該閾值與信號60具有一個固定的偏移。由此原因按照背景技術在出現振蕩時在信號62中不發生扭矩監控。如圖3所示，所述在信號62中的振蕩隨著時間的增加而衰減，因此基本從時刻t_1又呈現一個控制信號曲線，該曲線接近已知的監控。在已知的監控中這種關係由此考慮使得扭矩監控、尤其是可靠性臨界的滑行監控(在滑動運行中的扭矩監控)在t_0與t_1之間的時間間隔中無效。所述振蕩在控制信號中衰減的這個時間間隔具有一個一秒數量級的長度。
下面參照圖4的描述，在本發明的一個實施例的構思裡如何可以避免這種不期望的等待時間。圖4以多個細節基本示出控制器20的第二等級42的功能原理或其程序結構。此外圖4示出，第一等級40與第二等級42相互間如何處於交替作用。所述轉速傳感裝置32的感應傳感器38的信號被輸送到一個控制器20中的一個由兩個DT1裝置68和70構成的串聯電路。從圖1中的參數選擇54使來自第一等級的D2T2裝置的放大常數K和時間常數T的極限值輸送到等級2中所述的兩個DT1裝置68，70。在此所述極限值分別是這樣一些數值，它們導致極限的控制信號和與此相關的扭矩。換言之，在等級2中來自等級1的D2T2裝置以簡單的形式進行模擬，其中所述簡化涉及到使用固定的、導致扭矩極限值的參數K，T。
接著使通過程序段68和70模擬的、來自等級1的D2T2裝置的輸出信號通過四個相互銜接的極限值選擇進行繼續處理。在這種情況下，程序段70的輸出信號在程序段72的一個第一極限值選擇中限制到一個在數值上合理的上限數值，它由程序段74提供。接著在程序段76的第二極限值選擇中實現一個數值的、到一個合理的下限數值的限制。在所述到一個下限數值的限制之後，串聯在程序段80中的另一極限值選擇。在第一等級中通過幹擾調節器52構成的幹擾和程序段76的輸出信號被輸送到程序段80。該程序段80從這兩個數值中選擇出數值上較小的數值。接著在一個程序段82中進行另一極限值選擇，在該程序段中將程序段80的輸出值與一個固定值進行比較，該固定值由程序段84提供。這個固定值最好是0。通過這個固定值0能夠區別幹擾調節器52的提高扭矩的和降低扭矩的幹擾。因為在監控範圍裡只對查明提高扭矩的影響感興趣，因此可以通過在程序段82中的極限值選擇在一定程度上限制幹擾調節器52的對於監控沒有意義的貢獻。
接著將所述由這四個極限值選擇72，76，80和82所構成的數值在邏輯運算86中作為用於幹擾調節器52的幹擾作用的扭矩貢獻的推測值與用於最大許用扭矩的一個第一接近值進行邏輯運算，該接近值由程序段88提供。在等級2中的程序段88接收行駛踏板傳感裝置24的和感應傳感器38的信號，並通過這些輸入信號模擬來自等級1的理論值控制44的和導向成形器46的特性。換言之在這個第一接近值上在程序段86中疊加一個用於所述幹擾調節器52的幹擾作用的扭矩貢獻的推測值。所述疊加的結果在程序段90中與一個來自等級1的用於內燃機實際扭矩的一個測量值進行比較。這個測量值例如可以是一個數值，它在等級1中由邏輯運算50提供。當在程序段90中用於實際扭矩的測量值超過用於一個最大許用扭矩的數值時，程序段90通過一個與控制信號形成裝置48的連接來觸發一個故障反應，例如限制或截止控制信號形成。
為了進一步的明晰，下面由此開始所述邏輯運算86是一個減法器，在其中程序段82的輸出信號從由程序段88給出的第一接近值中減去。在隨機單元中程序段70的輸出信號被測量例如為-2。在等級1中所述幹擾調節器52的一個這樣的負的輸出值會導致一個用於功率調節裝置18，28或30的控制信號的縮小。對於相關的符號約定，所述極限值選擇在程序段72中對應於一個最大值選擇。作為合理的上限，例如-3也輸送到這個最大值選擇。相應地，程序段72從兩個參數-3和-2中選擇數值-2，並將它傳遞到程序段76。程序段76對於所選擇的符號約定對應於一個最小值選擇。程序段78為程序段76提供例如數值-1作為用於幹擾調節器的一個下限的合理數值。程序段76從所存在的數值-2和-1中選擇最小值-1，並且將它傳遞給程序段80，它對於這個符號約定實現作為最大值選擇。
由圖1的幹擾調節器52應該將例如數值-1提供給程序段80。該程序段80從所存在的數值-1和-2中選擇最大值-1。通過這種方法使用於幹擾調節器52的幹擾作用的推測值如同它在等級2中由推測值構成的那樣限制到實際的數值，如同它在等級1中構成的那樣。由此提高監控的靈敏性。接著在程序段82中實現另一最小值選擇。為此程序段82由一個程序段84提供一個固定值、優選為數值0。因此程序段82從所存在的數值-1和0中選擇數值-1。這個數值-1在邏輯運算86中被減去並因此在數值上被加上。因此所述在數值上相加的數值是一個補償，它疊加來自程序段88的接近值，用於提供一個用於程序段90的閾值。
圖5示出另一個用於推測幹擾調節器52的幹擾扭矩的簡單變型方案。為此將轉速傳感裝置32的感應傳感器38的輸出信號在程序段92中兩次對時間進行微分。由此構成的轉速的二階時間導數用於對程序段94中的一個特徵曲線93進行定址，它提供最大的幹擾調節器幹擾扭矩，用於提高等級2的許用扭矩。相應地從程序段94輸出的最大幹擾調節器幹擾扭矩在邏輯運算86中與一個第一接近值相加，如上所述，它在等級2中構成轉速傳感裝置32的和司機願望的信號的基礎。接著將和數傳遞到一個程序段90，它與圖4中的程序段90具有相同的功能。
權利要求
1.用於驅動一個內燃機(10)的方法，該方法具有下列步驟通過一個功率調節裝置(18，；28；30)根據一個司機願望傳感裝置(24)的信號來調節內燃機(10)的扭矩輸出；形成一個用於內燃機(10)最大許用扭矩的數值；形成一個用於內燃機(10)實際扭矩的測量值，並且將該測量值與所述最大許用扭矩值進行比較；並且當實際扭矩超過最大許用扭矩時，觸發一個故障反應，其特徵在於，在所述功率調節裝置(18；28；30)的一個控制信號上疊加一個幹擾調節器(52)的幹擾作用；所述用於最大許用扭矩的數值由一個第一接近值與一個用於幹擾調節器(52)的幹擾作用的扭矩貢獻的推測值的邏輯運算構成，其中第一接近值根據司機願望傳感裝置(24)的信號構成。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述幹擾調節器(52)具有一個D2T2裝置，該裝置具有與運行點有關的參數。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，在形成用於最大許用扭矩的數值時，用於幹擾調節器(52)的幹擾作用的扭矩貢獻的推測值包括一個對於所述D2T2裝置的模擬，該裝置具有固定參數。
4.如權利要求1至3中任一項所述的方法，其特徵在於，在形成用於所述許用扭矩的數值時考慮實際由功率調節裝置(18；28；30)輸出的調節參數。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，通過一個極限值選擇裝置(80)而與一個模擬的調節參數進行比較地考慮所述實際由功率調節裝置(18；28；30)輸出的調節參數。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述極限值選擇裝置(80)按照權利要求5得到的結果與一個固定值通過一個極限值選擇(82)進行比較。
7.如權利要求所述的方法，其特徵在於，所述用於幹擾調節器(52)的幹擾作用的扭矩貢獻的推測值通過存取一個以內燃機(10)轉速對時間的二階導數進行定址的特性曲線而構成。
8.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，在過渡到內燃機(10)的一個滑動運行時可以沒有等待時間地觸發一個故障反應。
9.用於控制一個內燃機(10)的控制器(20)，其特徵在於，它控制如權利要求1至8中所述的方法的至少一個。
10.對於一個用於控制一個內燃機(10)的控制器(20)的應用，其特徵在於，該控制器控制如權利要求1至8中所述的方法的至少一個，其中作為功率調節裝置(18；28；30)使用下列部件中的至少一個噴射閥(18)的系統、與節流閥(26)相結合的節流閥調節器(28)、可變化的進氣閥控制(14，30)、點火裝置。
全文摘要
本發明涉及一種對於一個內燃機(10)的驅動，它具有下列步驟形成一個用於一個最大許用扭矩的數值；形成一個用於實際扭矩的測量值；並且將測量值與最大許用扭矩值進行比較；並且當實際扭矩超過最大許用扭矩時觸發一個故障反應。本方法的特徵在於，所述用於最大許用扭矩的數值由一個第一接近值和一個用於幹擾調節器(52)的幹擾作用的扭矩貢獻的推測值構成。本發明還涉及一個控制器(20)以及其應用。
文檔編號F02D41/10GK1771386SQ200480009412
公開日2006年5月10日 申請日期2004年3月11日 優先權日2003年4月4日
發明者G·馮施韋特福伊雷爾 申請人:羅伯特·博世有限公司