CN109723560B - 对于具有动态的预控制的内燃机的转速进行调节的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于借助于调节器（2）来调节内燃机的转速（N_M）的方法。此外设置了一种动态的预控制（1），在该动态的预控制中，额定转速（N_sp）首先经过动态的滤波器，并且然后被换算成一种被指示的扭矩（M_ind）。所述被指示的扭矩（M_ind）接着被限制（12）而限定到能够实现的值上。

Description

对于具有动态的预控制的内燃机的转速进行调节的方法

技术领域

本发明涉及一种用于借助于调节器对内燃机的转速进行调节的方法，所述调节器具有动态的预控制。此外，本发明涉及一种计算机程序以及一种机器可以读取的存储介质，当所述计算机程序在计算机上运行时，该计算机程序实施所述方法的每个步骤，所述存储介质存储该计算机程序。最后，本发明涉及一种电子的控制器，该控制器实施根据本发明的方法。

背景技术

当今在机动车中，对于内燃机的转速进行调节是普遍的。在这种被调节的运行中，借助于转速调节器（以下简称为“调节器”）将转速调整到能够预先规定的值上。为此例如在柴油机中，喷入到内燃机中的燃料量相应地进行匹配。正如在调节时普遍的那样，所述转速被不断地探测并且与额定转速进行比较。由此，自动地调整了所出现的干扰量。所述调节器大多被构造成改进过的PI（比例-积分）-调节器或者构造成PID（比例-积分-微分）-调节器。为了进行调节，使用了用于公称系统（Nominalsystem）的调节器参量，所述调节器参量根据行驶情况、环境条件以及挡位被分开地设计，并且经常保存在相应的综合特性曲线中。此外设置了附加的措施、例如理论值跟踪（Sollwertnachführung）。

如果机动车的驾驶员操作加速踏板——所述加速踏板当今大多实施成电子的油门，那么加速踏板的位置被解释成扭矩要求。在这种被控制的运行中，那么内燃机的相应的转速被调整，或者如果挡位被挂入并且离合器被闭合，那么相应的行驶速度被调整。当在开始时所描述的被调节的运行和上面所描述的被控制的运行之间进行过渡或者反过来时，可能出现转速的上摆或者下摆。

发明内容

建议了一种用于借助于调节器来调节内燃机转速的方法，在该调节器中设置了一种动态的预控制（Vorsteuerung）。在该动态的预控制时，额定转速被利用动态的模型来进行滤波并且被换算成被指示的扭矩（indiziertes Drehmoment）。接着，所述被指示的扭矩利用一种限制而被限定到所述被指示的扭矩的能够实现的值上，并且然后传递给调节段。在这种情况下，所述调节器的输出信号流入到所述动态的预控制中。

在被指示的扭矩的基础上，内燃机的转速那么可以特别是在考虑到动态的模型以及考虑到对于所述被指示的扭矩的限制的情况下发生变化，所述动态的模型描摹了调节段的静态的特性和/或调节段的动态的特性。

所述动态的模型是能够实现的倒转的动态的模型，利用该模型将额定转速换算成被指示的扭矩。在动态的模型中，按照输入信号的顺序得出了输出信号的时间上的变化曲线。换句话说，输出信号在一时间段上以时间上的延迟缓慢地形成。因此在这种时间上的变化曲线中，纯粹的倒转是不可能的。“能够实现的”在上下文中意味着：在额定转速中的跳跃式的变化曲线首先经过滤波器（例如低通滤波器），随后从该变化曲线计算出相应的指示力矩。能够实现的动态的模型数学地利用传递函数来描述。

通过对于所述被指示的扭矩的限制就保证了，在动态的预控制中没有以下的被指示的扭矩被传递到内燃机上：所述被指示的扭矩通过所述内燃机不能被实施、会损坏该内燃机或者以另外的方式是不合适的。

优选地，在所述动态的预控制中可以在动态的模型和对于被指示的扭矩的限制的基础上计算出预测的转速。所述预测的转速因此处于通过内燃机能够实现的极限之内，并且取决于调节段的静态的和动态的特性。所述动态的模型可以借助于所述预测的转速从调节段的动态的模型重新进行初始化。

所述预测的转速可以有利地用于减少调节器的调整干扰。所述调节器能够以有利的方式改正在内燃机的所述预测的转速和所测得的转速之间的偏差。在这种情况下，可以优选地设置用于所述预测的转速的信号处理模型，在该信号处理模型中模仿了用于在软件功能中的转速探测的信号链。多个用于信号处理的元件、例如滤波器和/或算法被综合成名称“信号链”。信号处理模型用于改正在所测得的转速和预测的转速之间的相位偏移。相位改正过的预测的转速然后被用于计算在预测的转速和内燃机的转速之间的偏差。

在所述预控制中使用的动态的模型取决于所述调节段的、也就是说内燃机的和传动系的物理的模型参量。该模型参量可能在两个构造相同的车辆中由于制造公差以及由于不同的老化而互相不同。同样地，该模型参量也取决于行驶情况。只要所述模型参量匹配到单个内燃机或者各个车辆以及相应的行驶情况上，所述调节器的调整干扰就明显地降低，因为所述动态的预控制那么就接管了调节任务的基本的部分。

所述模型参量中的一个模型参量是所述内燃机的和与该内燃机相连接的在车辆的传动系中的构件的惯性力矩。该惯性力矩说明了所述内燃机的和与该内燃机相连接的构件相对于转速变化的惯性。优选地，调节器参量根据惯性力矩这样地变化，以至于在惯性力矩改变时——例如在换挡时或者操作离合器时——不改变用于调节的性能标准、例如上摆距离（Überschwingweite）等等。例如，所述调节器参量为此可以乘以惯性力矩，或者用于不同的惯性力矩的调节器参量可以被保存在综合特性曲线中。

另一模型参量是所述内燃机的和与该内燃机相连接的在车辆的传动系中的构件的负载力矩。所述负载力矩说明了这样的力矩：该力矩在旋转运动时抵抗内燃机。由此减少了对于内燃机的加速可供使用的有效的扭矩。只要所述负载力矩在软件功能中能够被估计或者由相应的实验顺序是已知的，那么该负载力矩在本实施方式中就被接入到调节器的输出信号，并且以这种方式一起流入到所述动态的预控制中。

根据一个方面，所述模型参量根据挡位、离合器信号和/或另外的参数被保存在综合特性曲线中。根据另一方面，所述模型参量可以利用一种算法进行计算。所述模型参量因此可以根据挡位、离合器信号和/或另外的参数以及事件——例如接通辅助机组——为了所述动态的模型而进行计算。

可选地也可以在所述动态的预控制中包含二阶的和/或更高阶的模型。由此，所使用的模型被详细化，并且可以描摹更复杂的构件结构——例如机动车的（复杂地构造的）传动系。在这种情况下，另外的模型参量、例如弹簧常数或者阻尼常数也可以一起流入到所述动态的预控制中。

所述调节器可以例如被设计成PI-调节器（比例-积分-调节器）。

计算机程序被设立用于特别是当该计算机程序在计算机或者控制器上执行时执行所述方法的各个步骤。该计算机程序使得所述方法在传统的电子的控制器中的执行成为可能，而不必在此处实行构造上的改变。为此，该计算机程序被存储在机器可以读取的存储介质上。

通过将所述计算机程序运行到传统的电子的控制器上，实现了所述电子的控制器，该控制器能够在调节内燃机的转速时实施所述动态的预控制。

附图说明

本发明的实施例在附图中被示出并且在以下的说明中进一步地被解释。

图1示出了用于内燃机的转速的调节回路的框图，所述内燃机具有根据本发明的实施方式的动态的预控制。

图2示出了根据本发明的实施方式的动态的预控制的框图。

图3a和3b对于一种引导行为（Führungsverhalten）的情况示出了在关于时间的图表中的分别根据本发明的实施方式以及根据现有技术的内燃机的转速的变化曲线（图3a）以及被指示的扭矩的变化曲线（图3b）。

图4a和4b对于转速下降的情况示出了在关于时间的图表中的分别根据本发明的实施方式以及根据现有技术的内燃机的转速的变化曲线（图4a）以及被指示的扭矩的变化曲线（图4b）。

具体实施方式

图1示出了用于内燃机转速N_M的调节回路的框图。所述调节回路包括根据本发明的动态的预控制1、调节器2以及调节段4，所述调节段描摹了：内燃机连同与所述内燃机相连接的在车辆的传动系中的构件。关于机动车辆，所述传动系包括例如离合器、变速箱等等。所述动态的预控制1将额定转速N_sp换算成被指示的扭矩M_ind。为此，使用了能够实现的倒转的动态的模型10，该模型包括调节段4的静态的特性和动态的特性。动态的预控制1的精确的作用方式参照图2详细地进行解释。所述内燃机的和与内燃机相连接的在车辆的传动系中的构件的估计的惯性力矩

以及额定转速N_sp作为所述能够实现的倒转的动态的模型10的输入参数。在本发明的实施例中也可以包含更高阶的模型，并且另外的模型参量P——例如弹簧常数或者阻尼常数也一起流入到动态的预控制1中。

在该实施例中，除了所述被指示的扭矩M_ind，动态的预控制1还输出了预测的转速N_pred来作为输出参量，所述预测的转速被传递给调节器2。此外，被指示的扭矩M_ind被从动态的预控制1传递给调节段4。从所述被指示的扭矩M_ind最终计算出被喷入到内燃机中的燃料量。因此，在调节段4处取决于该调节段的静态的和动态的特性地调整所述内燃机的转速N_M，其中，内燃机的和与该内燃机相连接的构件的负载力矩M_L抵抗旋转运动。为了得到所述调节回路，内燃机的转速N_M被测量，经过一种信号处理5，并且返回到调节器2处。

在这里示出的实施方式中，调节器2改正了在内燃机的所测得的转速N_M和预测的转速N_pred之间的偏差，所述预测的转速从所述动态的预控制1获得。在所测得的转速N_M中，关于预测的转速N_pred可能出现相位偏移。因此，所预测的转速N_pred经过信号处理模型6，所述信号处理模型模仿所述信号处理5。

正如已经说明的那样，调节器-扭矩M_R作为调节器2的输出信号被传递到动态的预控制1上。在这种情况下，所述内燃机的和与该内燃机相连接的构件的估计的负载力矩

被加到所述调节器2的输出信号上。根据挡位、离合器信号和/或另外的参数，所述估计的负载力矩

例如保存在一种综合特性曲线中或者借助于一种算法被计算。因此，所估计的负载力矩

也作为模型参量一起流入到所述动态的预控制中。所述负载力矩

同样也可以由所测得的转速N_M以及被指示的扭矩M_ind实时地计算。

在本实施例中，所述动态的预控制1、调节器2以及内燃机的转速N_M的信号处理5和预测的转速N_pred的信号处理6在电子的控制器中被执行。

图2示出了根据本发明的一种实施方式的动态的预控制1的框图。开始时在能够实现的倒转的动态的模型10中将额定转速换算成一种预控制-扭矩M_V，其中，所述内燃机的和与该内燃机相连接的构件的所估计的惯性力矩

作为模型参量流入。能够实现的倒转的动态的模型10例如通过传递函数

来实施。所述能够实现的倒转的动态的模型10因此展示了一种用于调节段4的动态的模型16的逆转的模型，所述调节段例如可以简化地利用传递函数

进行描述。在这种情况下，参数

或者J相应于所估计的或者真实的惯性力矩，并且

是滤波时间常数，利用该滤波时间常数对额定转速的变化曲线进行进行滤波。s表示拉普拉斯变量。

根据挡位、离合器信号和/或另外的参数，所述被估计的惯性力矩

例如被保存在一种综合特性曲线中或者借助于一种算法被计算。接着，调节器-扭矩M_R在加法环节11中与预控制-扭矩M_V合计成总和扭矩M_∑。在这种情况下，可能出现的是：所述总和扭矩M_∑位于能够通过内燃机实施的最大的扭矩M_max之上。为了抵抗所述总和扭矩，实行了对于被指示的扭矩M_ind的限制12。如果所述总和扭矩M_∑位于最小的扭矩M_min和最大的被指示的扭矩M_max之间，所述总和扭矩M_∑直接作为被指示的扭矩M_ind被输出。在所述限制12中，所述最大的被指示的扭矩M_max直接取决于各个内燃机的特性，最小的被指示的扭矩M_min通常为零。如果所述总和扭矩M_∑位于最大的被指示的扭矩M_max之上，那么代替地，能够通过内燃机所实施的最大的被指示的扭矩M_max作为被指示的扭矩M_ind被输出。如果所述总和扭矩M_∑位于最小的被指示的扭矩M_min之下，那么通常作为被指示的扭矩M_ind会输出零。被指示的扭矩M_ind也是这样的扭矩，利用该扭矩将内燃机的希望的转速N_M根据模型参量——惯性力矩

和负载力矩

——进行匹配，所述模型参量涉及：带有与内燃机相连接的在车辆传动系中的构件的单个内燃机。

此外在该实施例中，调节器-扭矩Ｍ_Ｒ在所述限制12之后被减去15所述被指示的扭矩Ｍ_ind，以便得到一种受限制的预控制-扭矩Ｍ_Vb。利用调节段４的向前计算的动态的模型16，所述受限的预控制-扭矩Ｍ_Vb被换算成预测的转速Ｎ_pred。所述预测的转速Ｎ_pred因此是这样的转速：内燃机在考虑到所估计的模型参量——惯性力矩

和负载力矩

——的情况下在工作点变换期间能够实现该转速，所述模型参量涉及：带有与内燃机相连接的在车辆的传动系中的构件的单个内燃机。能够实现的倒转的动态的模型10可以利用该预测的转速Ｎ_pred从调节段的动态的模型16重新初始化。

在图3a和3b中，对于以下引导行为的情况示出了相比于现有技术的本发明的实施例，在所述引导行为中，内燃机的转速Ｎ_M被调整到预先规定的额定值上。图3a在示图中示出了内燃机关于时间ｔ的转速Ｎ_M。示出了以从第一转速值Ｎ_１到第二转速值Ｎ_２的阶跃响应的形式的理论-变化曲线80，该理论-变化曲线示出了转速N_M的预先规定的变化曲线。在该理论-变化曲线旁边示出了在具有根据本发明的一种实施例的动态的预控制１来进行调节时的转速Ｎ_Ｍ的变化曲线81（以下简称“具有预控制的转速-变化曲线81”）以及在根据现有技术的没有动态的预控制１进行调节时的转速Ｎ_Ｍ的变化曲线82（以下简称“没有预控制的转速-变化曲线82”）。示出了：在具有预控制的转速-变化曲线81时比在没有预控制的转速-变化曲线82时更快速地达到了理论-变化曲线80的第二转速值Ｎ₂。

在图3b中对于这种情况描绘了所述被指示的扭矩Ｍ_ind关于时间的图表。示出了被指示的扭矩Ｍ_mid的预先规定的变化曲线的理论-变化曲线85在第一扭矩值Ｍ₁上保持恒定，因为该扭矩在要求之前和在要求之后不应该发生变化。被指示的扭矩Ｍ_ind的具有预控制的扭矩-变化曲线86在要求期间跳跃式地上升，并且然后下降到第一扭矩值Ｍ₁上，而在没有预控制的扭矩-变化曲线87时，所述被指示的扭矩Ｍ_ind首先缓慢地上升，随后该被指示的扭矩接着又下降。

在图4a和4b中对于以下情况示出了相比于现有技术的本发明的实施例，在该情况中，转速Ｎ_Ｍ从更高的第三转速值Ｎ₃下降到更低的第四转速值Ｎ₄。图4a在图表中示出了内燃机关于时间ｔ的转速Ｎ_M。这里示出了转速Ｎ_Ｍ的理论-变化曲线90，该理论-变化曲线示出了转速Ｎ_Ｍ的预先规定的变化曲线并且因此恒定地位于第四转速值Ｎ₄上。具有预控制的转速-变化曲线９１和没有预控制的转速-变化曲线92两个起初都以恒定的斜率下降。一旦达到第四转速值Ｎ₄，具有预控制的转速-变化曲线91快速地摆入（einschwingen）到所述预先规定的第四转速值Ｎ₄上。而没有预控制的转速-变化曲线92首先下降到第四转速值Ｎ₄以下，并且在下摆（Unterschwinger）之后返回到第四转速值Ｎ₄上。

在图4b中，对于这种情况描绘了所述被指示的扭矩M_ind关于时间的图表。示出了被指示的扭矩M_ind的预先规定的变化曲线的理论-变化曲线95同样地在第二扭矩值M₂上保持恒定。当具有预控制的相应的转速-变化曲线91达到第四转速值N₄时，具有预控制的扭矩-变化曲线96在时间上已经远远地在相应的具有预控制的转速-变化曲线91达到第四转速值N₄之前持续地上升并且达到所述第二扭矩值M₂。没有预控制的扭矩-变化曲线97在时间上晚于具有预控制的扭矩-变化曲线96地上升，然后超过第二扭矩值M₂，并且在上摆（Überschwingung）之后降回到第二扭矩值M₂上。转速N_M的下摆（Unterschwingung）以及与之相联系的扭矩M_ind的上摆（Überschwingen）对于内燃机的运行特性产生不利的影响并且此外影响了行驶舒适性。

Claims (14)

1.用于借助于调节器（2）来调节内燃机的转速（N_M）的方法，其特征在于一种动态的预控制（1），在该动态的预控制中，额定转速（N_sp）被动态的模型（10）进行滤波并且被换算成一种被指示的扭矩（M_ind），该被指示的扭矩接着被限制（12）而限定到了能够实现的被指示的扭矩上，

其中在能够实现的倒转的动态的模型（10）中将额定转速换算成一种预控制-扭矩（M_V），

其中调节器-扭矩（M_R）在加法环节（11）中与预控制-扭矩（M_V）合计成总和扭矩（M_∑），

其中如果所述总和扭矩（M_∑）位于最小的扭矩（M_min）和最大的被指示的扭矩（M_max）之间，所述总和扭矩（M_∑）直接作为被指示的扭矩（M_ind）被输出，

其中如果所述总和扭矩（M_∑）位于最大的被指示的扭矩（M_max）之上，那么能够通过内燃机所实施的最大的被指示的扭矩（M_max）作为被指示的扭矩（M_ind）被输出，

其中如果所述总和扭矩（M_∑）位于最小的被指示的扭矩（M_min）之下，那么零作为被指示的扭矩（M_ind）被输出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，内燃机的转速（N_M）在考虑到动态的模型（10）以及对于所述被指示的扭矩的限制（12）的情况下在该被指示的扭矩（M_ind）的基础上发生变化，所述动态的模型描摹了调节段（4）的静态的特性和/或动态的特性。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述动态的预控制（1）中在动态的模型和对于被指示的扭矩（M_ind）的限制（12）的基础上计算一种预测的转速（N_pred）。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述动态的模型（10）借助于所述预测的转速（N_pred）从调节段（4）的动态的模型（16）重新初始化。

5.根据权利要求3或4中任一项所述的方法，其特征在于，调节器（2）改正了在所述预测的转速（N_pred）和内燃机的转速（N_M）之间的偏差。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，预测的转速（N_pred）利用一种信号处理模型（6）被进行了相位改正，以便使得在信号处理（5）中在所测得的和所预测的转速之间存在的相位偏移被消除，并且相位改正了的预测的转速被用于计算在所述预测的转速（N_pred）和内燃机的转速（N_M）之间的偏差。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述内燃机和与该内燃机相连接的构件的惯性力矩（

）也在所述动态的预控制（1）时一起流入。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述内燃机和与该内燃机相连接的构件的负载力矩（

）也在所述动态的预控制（1）时一起流入。

9.根据权利要求7或8中任一项所述的方法，其特征在于，所述惯性力矩（

）和/或所述负载力矩（

）被保存在综合特性曲线中。

10.根据权利要求7或8中任一项所述的方法，其特征在于，所述惯性力矩（

）和/或所述负载力矩（

）借助于一种算法被计算。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述动态的预控制（1）时也包含了二阶的和/或更高阶的模型。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述调节器（2）是PI-调节器。

13.机器能够读取的存储介质，在该存储介质上存储了计算机程序，该计算机程序被设立用于执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法的每个步骤。

14.电子的控制器，该控制器在调节内燃机的转速（N_M）时根据按照权利要求1至12中任一项所述的方法来实施一种动态的预控制（1）。

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