专利名称：用于确定内燃机的转动着的传动轴的平均转速的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定内燃机的转动着的传动轴的平均转速的方法。
背景技术：
由现有技术已知为发动机惯性运转的仅仅少量标识性的点预算出速度预测。由DE10 2008 041 037 Al已知，用于最近的上方死点(OT)和下方死点(UT)的速度(转速)和时间点的预算基于最后的点燃OT或者说UT的转速/时间对(Zeitpaaren)进行。由DE 10 2010 009 648 Al已知，从惯性运转的已知的部段中求出平均的惯性运转，然后借助已知的、与传动轴的角度位置相关的典型特性求出对于在将来实际转速的预测。在惯性运转的内燃机中，需要预算出关于每个任意时间点的时间的速度和曲轴位置。此外这里所介绍的根据本发明的方法能够实现提前预报进一步的惯性运转，其中要考虑到对于这种惯性运转起决定性作用的当前的发动机参数和当前的环境条件。在关闭内燃机(单气缸、多气缸、汽油、柴油)时，内燃机并不是立即停机，而是以一种特征性的方式惯性运转。尤其是可能给这种惯性运转带来一个平均斜率(转速关于时间)，该平均斜率表示惯性运转的线性部分。平均斜率主要通过内燃机上的瞬时有效的摩擦力矩和负载力矩确定。由于压缩循环和解压缩循环，特定震荡且与发动机类型相关的部分和所述线性部分相重叠。震荡的部分基本通过由动能向位能(压缩能)的能量转换以及反向的能量转换确定。对于每种发动机类型而言，均能够形成一种特定的能量转化特性曲线(ETF特性曲线)。其说明与曲轴位置相关的转速幅度(以一为标准)。这种方法的核心是，从实际所测得的转速中通过迭代的方法求出补偿幅度的转速。在确切的补偿中，所补偿的转速位于一条直线上。通过该线性的转速合适地取平均值并且确定平均的惯性运转斜率和预测的基点。该方法还考虑到了物理效应，即震荡部分的最大幅度是与转速相关的(幅度特性曲线)并且被用于迭代地从实际的转速中确定所补偿的转速，所谓的ETF特性曲线。为了预报进一步的惯性运转，将由此求得的斜率(坡度)向未来推进。所述震荡的部分借助ETF特性曲线与线性曲线叠合。所述方法在预测时还会考虑到这种物理效应，即震荡部分的最大幅度是与转速相关的。
发明内容
所述方法的优点是，并不是仅仅针对少量标识性的点计算出速度预测，而是能够为任意的时间或者说角度或者转速步骤预算出速度曲线。与现有方法相比，另外有利的是，对发动机惯性运转的分析是基于大量输入数据的(即所有可用的惯性运转数据)。因此，单个数据记录中的差异只给整个惯性运转的分析带来轻微的影响。
另外有利的是，并不是直到一个周期结束之后才提供预测数据，而是在每个事件时间点均提供预测。另一个优点是，所述方法是基于瞬时惯性运转的已经记录下来的数据构建的。这就是说，发动机和环境特定的作用于惯性运转斜率和压缩幅度的影响自动在各个预测得到
顾及。此外这些可以是:内燃机(电子使用装置、空调.......)上短期和长期变动的摩擦力
矩和负载力矩、短期和长期变动的吸管压力(与节流阀位置、气压、NN上的高度.......相
关)和密封循环内变动的泄漏(发动机老化......)。所述方法可被用在起停系统中，在该系统中，有意地使起动器或者说其小齿轮与仍然转动着的发动机或者说齿环啮合。在这里为了起动器的同步啮合必须提前知道内燃机在不同时间点上的转速。所述系统也可被用于这样的起停系统中，在该系统中，起动器或者说其小齿轮与正好到达停止的或者以较小的剩余转速转动的内燃机或者说齿环啮合。在这里必须要预算出发动机确定停下来或者转速处在转速阈值以下的时间点。所述方法也可被用于发动机控制。在此可预算出，发动机在何时确定停下来或者说转速何时在给定的转速阈值以下或者仍在该阈值以上。
下面示例性地借助附图来阐述本发明。其中:图1为以多边形示例性地示出内燃机的传动轴的转速特性的图示；图2为平均的惯性运转直线图示；图3为示例性地示出补偿不足的图示；图4为示例性地示出补偿过度的图示；图5为一种良好地、周期性地确定补偿直线的示例；图6示出一种并不是最佳地、周期性地确定补偿直线的示例；图1示例性地示出一些预测；图8为内燃机的示意性图示。
具体实施例方式对于处在惯性运转中的发动机或者说内燃机而言，可制定出一个标准的、发动机类型所特定的能量转化特性曲线(ETF特性曲线)。该特性曲线以合适的方式例如作为查询表被提供给CPU。这种特性曲线是现有技术所已知的。其等角地(winkeltreu)(曲轴角度)说明了，最大位能的哪个部分正好被转化为曲轴上的动能。这就是说，ETF特性曲线表征了周期性发生的由位能向动能以及由动能向位能的能量转换。ETF特性曲线的最小值典型地出现在内燃机的点燃OT(上死点)位置上。在这里，压缩中所保存的能量为最大并且因而作为对发动机动能的贡献是“缺席(fehlen) ”的。对于处于惯性运转中的内燃机而言，可制定出一个发动机类型所特定的“标准幅度特性曲线。该特性曲线以合适的方式例如同样作为查询表被提供给CPU。在幅度补偿法中，使用如DE 102010009648 Al所述的幅度特性曲线。在这里明确涵盖了 DE102010009648 Al的公开内容。
在喷射/燃烧结束之后，内燃机处于惯性运转中。在惯性运转的过程期间，提供与时间信息成对的转速数据和曲轴位置数据。优选为每个惯性运转首先采集所有或者说所选出的事件点上的数据，这些数据然后在CPU中经过处理。然后，基于实时采集的数据预算出后续的惯性运转。接下来，首先进行所补偿的或者说线性化的转速的迭代确定。在图1中以多边形10示例性地示出了内燃机5的传动轴13 (图8)的转速特性。此外，示出了平均的惯性运转直线20。其中示出了对于t = 0.8s情况下的点的实际转速值ni = 275/min以及其他值。其中包括迭代求出的、以三角标示的值。该值在这里以“n_Iin i,p+l”= n_linl, 2 = 212/min标示(p = I,第一迭代步；i =当前时间点)并且具有上述大小。用另一个迭代步骤，P = 2,计算出“n_lin i,p+l” = n_lin i, 3 = 204/min的值(用位于尖部上的方形体来标示)。用另一个、在这里也是最后一个迭代步骤P = 3，计算出“n_lin i,p+l” = n_lin i,4 = 200/min的值。该值覆盖实际的平均值n_lin。其中，按如下方式来进行迭代求出的值的求取:从当前实际的转速ni出发，由当前实际的转速ni减去加权的幅度ampl_weightp(n_lini, p)和取决于角度的幅度系数ampl_ETFi (phi (i))的乘积的差得出n_lin i，p+l作为所补偿的(线性化)转速的第一逼近值(AnnSherung)(I)n_lin i, p+1 = n_actuali_ampl_weightp (n_lini, p) *ampl_ETFi (phi (i)),其中p = I并且n_lini, I = n_actuali = ni。p是一个迭代分子,例如p为I至
4,ampl_weight是取决于转速的、加权的幅度,ampl_ETF为ETF特性曲线中与角度相关的幅度系数，角度Phii为时间点i上的传动轴角度。对于下面的迭代步骤，为n_actuali使用相应在迭代步骤中事先求出的n_lini,
p+1 O那么，n_lini, p+1 = n_lin i，2 从(2)n_lin i,2 = ni_ampl_weightp(n_lin i,2)*ampl_ETFi(phi(i)) = 212/min中得出。n_lin i, p+1 = n_lin i,3 从(3)n_lin i,3 = n_lin i, 2-ampl_weightp (n_lin i, 3)*ampl_ETFi (phi (i))=204/min中得出；n_lin i, p+1 = n_lin i，4 从(4)n_lin i,4 = n_lin i, 3-ampl_weightp (n_lin i, 4)*ampl_ETFi (phi (i))=200/min中得出。因此，对于所有迭代步骤来说幅度系数均相等。“加权的幅度”则反之与相应事先求出的、近似的平均转速n_lini，p+1相关。因此，这是一种用于确定内燃机10的转动着的传动轴13在转动位置phii上的平均转速n_lini，p+1的方法，其中，转动着的传动轴13占据不同的转动位置phii并且在时间点ti上在转动位置phii下具有实际的瞬时转速ni，在第一步骤p = I中，在第一近似值(N沿ienrng)中确定近似的平均转速11_11111，p+1,所述平均转速作为在时间点ti以及在转动位置phii下的实际转速ni和加权的幅度ampl_weightp (n_lini, p)与取决于角度的幅度系数ampl_ETFi (phi (i))乘积的差来确定。
另外设定的是，在另一个迭代的步骤口 = 2中，进一步近似的平均转速11_111^，2+1作为在该步骤中事先近似确定的在时间点ti上的平均转速n_lini，1+1和取决于转速的、加权的幅度ampl_weightp(ti)与取决于角度的幅度系数ampl_ETFi (phi (ti))的乘积的差
来确定。每个时间点ti应执行多个、优选为三个或四个迭代步骤，以便求出进一步近似的平均转速11_11111，3+1 ;n_lini，4+l ；n_lini, p+1，其中，p 为一个正的整数。如果所说明的计算方法被应用到相邻的点上，那么，例如就得到图2中所示的相互关联性并由此能够辨认出一个平均的惯性运转直线20。然后，从借助幅度补偿所确定的线性化转速中确定惯性运转斜率。这可以不同的方式发生。优选使用线性回归的公知方法(最小二乘法)。借助线性回归计算，从时间和转速坐标中确定平均补偿直线的斜率和端点。只要存在多于一个的斜率值，那么就可以已知的平均值构成法确定一个最佳的平均惯性运转斜率。可使用3重导出的平均值作为最好的结果。从平均转速n_lini，p+1的至少两个数值中求出一个惯性运转斜率m(ti)。在这里所述的方法的范畴内，不仅可能带来补偿不足(Unterkompensation)(图3),而且也可能带来补偿过度(tJberkompensation)(图4)。在补偿过度或者补偿不足的情况下，所补偿的转速并不足够靠近补偿直线。而是所补偿的转速以系统地上升和降低的间距围绕补偿直线波动。在这里，优选不是所有可用的数值对、而是仅得到挑选的区域被用来构成补偿直线。例如周期性地确定补偿直线被证明为很有效。该周期始于E TF特性曲线对于其而言位于最大值的曲轴角度，并且结束于具有最近的或者是其后的下一个最大值的角度。同样可始于ETF特性曲线对于其而言位于最小值的曲轴角度，那么在此，该区域就是由该最小值直到位于其后的下一个最小值。图5示出了良好地、周期性地确定补偿直线的一个示例。平均的补偿直线示出了准确的斜率和适合的端点A。平均的补偿直线的斜率确定在这里是借助所选出的、被补偿的转速来进行的，在这里即由一个最小值MOTl至另一个最小值M0T2，也就是说，要借助于所补偿的、在上方死点时所出现的转速。图6示出了并不是最佳地、周期性地确定补偿直线的一个示例。在这里，区域选择
得较差。为了使斜率与补偿直线的端点之间的误差维持得小，可采取额外的措施。例如可使用适合的迭代法来平衡补偿直线上方和下方的点的数量。那么，就此而言区域就会-取决于ETF特性曲线的形状-围绕着最大值对称地扩大或者变小。另外，为了提高准确度，对于不等距的事件点(Ereignispunkt),也可通过适合的密度函数进行单个点的额外加权。为了求出最大幅度和幅度修正系数，推荐并且使用如DE 102010009648 Al所述的方法。基点是平均的补偿直线的各个端点。优选使用最近斜率值的3重导出的平均值作为斜率值。斜率值位于在早些时候的方向上的端点上，并且在标识性的曲轴位置值(ETF最大值)上分析出最大幅度。在补偿过度或者补偿不足的情况下，优选使用上述优化组合(所选取的区域中的基本数据、上/下方所平衡的数量、分别根据数据密度的加权)来进行补偿直线的确定。为了合成进一步的转速曲线，推荐如DE 102010009648 Al所公开的或者是类似的方法。基点是平均的补偿直线的各个端点。优选使用最近斜率值的3重导出的平均值作为斜率值。在补偿过度或者补偿不足的情况下，优选使用上述优化组合(所选取的区域中的基本数据、上/下方所平衡的数量、分别根据数据密度的加权)来进行补偿直线的确定。在求出第一惯性运转斜率之后并且对于每个另外所计算的平均惯性运转斜率，计算出预测(Prognose)。使用从计算平均的补偿直线中所得出的各个最终转速作为预测计算的转速基点。趋前的预测步骤可基于固定的角度步骤、固定的时间步骤或者甚至是其他步骤和步幅。可如DE 102010009648 Al中所述使用更多的用于创建预测的做法。主要特点是，基于平均的补偿直线与波动的转速部分(ETF特性曲线)和取决于转速的幅度(幅度特性曲线)的乘积之间的相加来合成惯性运转。在图7中示例性地示出了一些预测。连续的直线即平均的补偿直线，包括点的曲线即实际的转速曲线。图8示出了具有传动轴13的内燃机10。所述用于预报发动机惯性运转特性的方法可通过测量在实际情况中得到验证。
权利要求
1.用于确定内燃机(5)的转动着的传动轴(13)在转动位置(phii)上的平均转速(n_lini, p+1)的方法，其中转动着的传动轴(13)占据不同的转动位置(phii)并且在时间点(ti)上在转动位置(phii)中具有实际的瞬时转速(ni)，其中在第一步骤(p = I)中，在第一近似值中确定一个近似的平均转速(n_lini，p+1)，所述平均转速作为在时间点(ti)以及在转动位置(phii)中的实际转速(ni)和加权的幅度(ampl_weightp (n_lini, p))与有关于角度的幅度系数(ampl_ETFi (phi (i)))乘积的差来确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在另一个迭代的步骤中(P= 2)，进一步近似的平均转速(n_lini，2+l)作为在该步骤中事先近似确定的、在时间点(ti)上的平均转速(n_lini,l+l)和有关于转速的、被加权的幅度(ampl_weightp (ti))与有关于角度的幅度系数(ampl_ETFi (phi (ti)))的乘积的差来确定。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，每个时间点(ti)均执行多个、优选为三个或四个迭代步骤，以便求出进一步近似的平均转速(n_lini，3+l ；n_lini,4+l ；n_lini,P+1)，其中P为一个正的整数。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，从平均转速(n_lini，p+l)的至少两个值中求出惯性运转斜率((m(ti))。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，借助线性回归法求出惯性运转斜率((m(ti))。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，用多个时间点(ti，ti+1，ti+2)的多个已知的惯性运转斜率m(ti+l)，m(ti+2))来计算平均的惯性运转斜率(m_mittel (ti))。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在平均的转速值(n_lini，i+l)补偿不足或者补偿过度的情况下选取特定的平均转速值(n_lini，i+l)，以便以所选出的数值在另一个方法步骤中计算平均的惯性运转斜率(m_mittel (ti))。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，为了计算平均的惯性运转斜率而使用在所述内燃机(5)的上方死点上所出现的转速值。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定内燃机的转动着的传动轴的平均转速的方法。在用于确定内燃机(5)的转动着的传动轴(13)在转动位置(phii)上的平均转速(n_lin i，p+1)的方法中，转动着的传动轴(13)占据不同的转动位置(phii)并且在时间点(ti)上在转动位置(phii)中具有实际的瞬时转速(ni)，在第一步骤(p＝1)中，在第一近似值中确定一个近似的平均转速(n_lin i，p+1)，所述平均转速作为在时间点(ti)以及在转动位置(phii)中的实际转速(ni)和加权的幅度(ampl_weightp(n_lin i，p))与有关于角度的幅度系数(ampl_ETFi(phi(i)))的乘积的差来确定。
文档编号G01P11/00GK103197097SQ20121059923
公开日2013年7月10日 申请日期2012年12月28日 优先权日2011年12月29日
发明者M·克维克, M·勒斯勒, E·毛里茨, S·图姆巴克 申请人:罗伯特·博世有限公司