专利名称：用于控制内燃机、尤其是调节内燃机转速的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制内燃机、尤其是调节内燃机转速的方法和装置。
背景技术：
已知用于控制内燃机、尤其是调节内燃机转速的方法和装置。对于这种系统通常是至少一个怠速调节器和一个调整参数共同起作用，该调整参数是司机期望并通过一个加速踏板位置获得。在此一个对应于由加速踏板位置给定的司机期望转矩的控制参数和一个对应于怠速调节器转矩的调节器调整参数共同起作用。在此控制参数、即，司机期望转矩应该超过怠速调节器、即，怠速调节器的转矩。超过意味着，当司机期望转矩大于怠速调节器转矩时，怠速调节器对于调整参数不起作用。由此当司机给气的时候，能够提高转速。另一方面，调节器应该防止低于怠速转速。在这种情况下，当司机不给气的时候，调节器超过控制参数。
这意味着，对于不同的功能应该借助于调节保持一个允许的转速区间，其中应该能够同时实现尤其是由司机给出的控制作用。
发明内容
特别有利的是，至少一个第一调整器，它根据第一理论值与一个实际值之间的比较给定第一调整参数，和至少一个第二调整器，它根据第二理论值与所述实际值之间的比较给定第二调整参数，第一调整参数限定在第一调整范围而第二调整参数限定在第二调整范围。
这意味着，规定第一调整器只在一个确定的调整范围内提供调整参数，第二调整器只在第二调整范围内提供调整参数。不仅第一调整器而且第二调整器都最好由比例调整器或由比例和积分调整器构成。
特别有利的是，这样限定第一调整参数，使它减小被调节的参数，这样限定第二调整参数，使它增加被调节的参数。这对于通过燃料量调整转速的转速调整器示例意味着，第一调整器只能减小燃料量而第二调整器只能增加燃料量。
根据对调节器的要求给定不同的理论值。理论值根据运行状态给定时这是特别有利的。在此第一理论值总是大于或等于第二理论值。
为了避免所不期望的调节回路特性，对于两个调节器提供一个调整参数的情况规定，具有量值上最大变化的调整参数用于控制。在这种情况下是特别有利的，另一调节器的调整参数被冻结，这意味着调节器具有量值上最小的变化。
此外，以具有程序编码机构的计算机程序形式和以具有程序编码机构的计算机程序产品形式实现，是特别有意义的。按照本发明的计算机程序具有程序编码机构，以便当程序在一个计算机、尤其是在汽车内燃机的一个控制器上运行的时候执行按照本发明方法的所有步骤。在这种情况下本发明通过一个存储在控制器中的程序实现，因此通过配有程序的控制器程序以相同的方法描述本发明，即程序如何适合于执行本方法。按照本发明的计算机程序产品具有程序编码机构，它们存储在一个计算机可读出的数据载体上，以便当程序产品在一个计算机、尤其是在汽车内燃机的一个控制器上运行的时候执行按照本发明的方法。在这种情况下本发明通过数据载体实现，因此当程序产品和数据载体组合在一个内燃机尤其是汽车的控制器里面的时候可以执行按照本发明的方法。作为数据载体或作为计算机程序产品尤其可以采用电子存储介质，例如只读存储器(ROM)，EPROM或者也可以是电子永久存储器，如CD-ROM或DVD。
下面借助于附图中所示的实施例描述本发明。附图中图1为按照本发明的工作方式方框图，图2为调节结构的细节图，和图3为使按照本发明的工作方式明确化的程序框图。
具体实施例方式
在图1中示出一个用于控制内燃机的装置。内燃机以100表示。在内燃机上设置不同的传感器，它们获得不同的信号。尤其是配有转速传感器110，它提供对应于所测得的内燃机转速的信号NI。
此外在内燃机100上设置不同的调整元件120，它们影响内燃机的功率输出并由此影响内燃机转速。尤其是配有调整元件120，它们尤其是通过喷进的燃料量控制由内燃机提供的转矩。
调整元件120最好由控制单元130施加控制信号。传感器110的输出信号NI同样到达控制单元130。此外控制单元130将信号传递到另一传感器140。在此尤其涉及一个信号FP，它表征司机期望。为此尤其使用一个加速踏板位置传感器。
这个控制单元根据司机期望FP和实际转速NI计算出一个控制信号用于对调整元件120加载。为了调节和/或控制转速，尤其是对于柴油内燃机配有一个怠速调节器、一个工作转速调节器、一个行驶速度调节器、一个极限调速器、一个最大速度下调调节器、一个一般转速调节器和/或一个转速调节器。尤其是极限调速器、工作转速调节器和/或行驶速度调节器用于保持转速上限。怠速调节器保证，内燃机的转速不下降到怠速以下。行驶速度调节器起到使转速保持在一个确定的对应于所期望的行驶速度的数值上的作用。工作转速调节器相应地保证转速不低于所期望的工作转速。
极限调速器和最大速度下调调节器保证保持一个转速上限。极限调速器尤其保证不达到一个最高许用转速。最大速度下调调节器保证转速不超过一个对应于所期望的最大速度或许用最大速度的转速。在转速上限等于转速下限的特殊情况下尤其给出，对于自动变速器通过一般转速调节器调节一个对于接通过程确定的转速。相应地，如果将司机期望的行驶预先规定作为理论转速时，对于转速调节器也有效。这一点对于载重汽车领域中的特殊应用尤其有效。
通常每个上述功能通过一个适当的调节器实现。这些调节器一般具有不同的作用点。如果同时多个调节器起作用，则出现问题。这将导致不稳定。此外在从一个功能转换到另一功能时出现问题。一个示例是通过一个工作转速调节释放怠速调节。在此出现问题，第一调节器的调整作用适合于在第二调节器中承担。即，各个调节器的赋值对于过渡过程是有问题的。
因此按照本发明建议一个转速区间调节器，它防止与调节器控制作用无关地离开转速区间。在区间宽度为0的特殊情况下调节器全部补偿控制作用用于保持理论转速。在无限区间宽度的一般情况下，如果转速由于控制作用或用于其它的干扰参数位于区间界限内部时，调节器尽可能保持中性。这种转速调节器对于适当的区间界限布置、即，对于理论值在位置上的适当预规定，实现所有的功能或只是上述功能的一部分。
在此有利的是，资源不仅在控制器上而且对于研究和应用都可以节省，因为只需要一个调节器。对于一种功能所进行的改善对其它功能也带来好处。在功能竞争时在理论值确定的平面上实现一个明确的优先。排除多个调节器的重叠作用。更简单地保证由另一功能引起的对一功能的替换。赋值只能对于一个调节器、而不能对于多个调节器实现。
按照本发明规定，转速区间调节器通过两个调节器的并联结构实现。两个并联的调节器最好具有PI特性。两个调节器中的一个调节到上区间界限作为上理论值NSO。另一调节器调节到下区间界限作为下理论值NSU。在每个线路信号上这样限制调整作用，使得不脱离许用的理论值区间。
在正的区间特性前提下，即，调整参数的增加导致调节参数的增加，意味着对于两个调节路径，调节路径只增加地作用于转速下限。因此其调整作用的下限是0。在实际运行点上许用的调整作用最好作为上限起作用。转速上限的调节路径只能起微小的作用。其调整作用的上限为0。例如用于调整作用的实际控制值可以作为下限。因此保证，在超过上区间界限时控制的调整作用可以通过调节作用加大。通过两个调节路径的共同作用不仅能够增加而且也能够减少作用。当上、下区间界限相等时，即，上理论值NSO与下理论值NSU相等时，这一点也是有效的。通过这些给定值通过同一结构可以实现纯转速调节。因此例如对于变速箱控制能够实现控制值的覆盖。
在图2中以方框图输出相应的调节器结构。已经在图1中描述过的部件以相同的标记符号表示。转速传感器110的输出信号NI通过第一连接点115到达第一P分量120和第一I分量122。此外这个信号通过第二连接点125到达第二P分量130和第二I分量132。
在第一连接点115的第二输入上具有理论值预规定135的第一输出信号NSO，并且在第二连接点125上具有理论值预规定135的输出信号NSU。
第一区间分量122的输出信号通过第一限制器140到达一个连接点142。在连接点142的第二输入上具有第一P分量120的输出信号。第二区间分量132的输出信号通过第二限制器144达到一个连接点146，在其第二输入上具有第二比例分量130的输出信号。
通过连接点142的输出信号加载第一调整参数限制器150，其输出信号MO到达一个接入160。通过连接点146的输出信号加载第二调整参数限制器155，其输出信号MU同样到达一个接入160。接入160的输出信号通过一个连接点162到达信号限制165，通过其输出M加载调整元件130或者根据它计算出对调整元件130加载的信号。
在连接点162的第二输入上具有连接点170的输出信号，它一方面通过重量预规定172的输出信号W加载另一方面通过微分分量174的信号加载。
此外调整参数限制165的输出信号到达一个启动值预规定180，它又加载一个第一启动值预规定182和一个第二启动值预规定184。此外第一调整参数限制的输出信号MO输入到第一启动值预规定182。相应地第二调整参数限制155的输出信号MU输入到第二启动值预规定184。
积分分量122、第一限制器140和比例分量120构成一个第一调节器，它将转速调节到上区间界限NSO。在此调整参数限制器150将这个调节器的输出信号限定到一个相对值，即，这个调节器仅具有一个使转矩减小的作用。即，这个限制器的上界限值为数值0。
比例分量(P分量)130和积分分量(I分量)132以及第二限制器144构成第二调节器，它将转速调节到下区间界限NSU。在此这样构成限制器155，使这个限制器只能执行转矩增加的作用，即，这个调节器分支的输出信号MO这样限定，使最小可能数值为0。
接入160根据这两个调整参数MU和MO选择相应的调整参数。这个参数在连接点162通过D分量174的加权输出信号进行修正。通过使用D分量174得到改善的调节品质。专门在理论值阶跃或区间边界振荡状态时这个D分量对调节特性具有积极影响。这个修正仅仅在所选择的运行状态产生。
当下区间界限NSU与上区间界限NSO之间距离很小时，即，在下理论值NSU与上理论值NSO之间距离很小时，尤其是当两个理论值相等时，必需在一个确定的运行状态防止两个调节路径同时动态有效，即，两个调节路径给出一个转矩期望。这一点通过接入160保证。两个调节路径的调整作用、尤其是在相同方向上、即，通过同向的调整作用变化被防止，因为由此导致两个调节器放大值的相加。对于相应的各调节路径设计，两个调节路径的同向叠加由于太大的回路放大值将导致不稳定的特性。
为了接入并联调节回路的调整作用采用下面的工作方式。在调整作用同向变化时动态地接入那个路径，即，使用具有较大变化的调整单元的控制。另一路径的积分器通过相应的启动值预规定182或184这样设置，使得对于实际调节偏差最后有效的作用再显示出来。因此犹如冻结无效路径。
在图3中示出相应的工作方式。
在第一步骤300中通过程序段120，122，140和142确定第一路径的调整参数MO并通过程序段130，132，144和146确定第二路径的调整参数Mu。接着在步骤310中分别确定新调整参数MO与在上一次计算时计算的调整参数MOA之间的差值DMO。相应地根据实际值MU和先前的MUA确定第二调节回路的差值DMO。紧接着的询问320检验第一调节回路差值DMO是否大于0，即，调整参数MO是否提高。如果不是这种情况，即，调整参数下降，则询问330检验差值DMU是否大于0。即，要检验第二调节回路的调节参数是否同样提高。如果是这种情况，即，第一调整参数下降而第二调整参数提高，则进行步骤340。如果询问330识别出第二调整参数DMO同样下降，即小于0，则进行步骤350。如果询问320识别出第一调整参数提高，即，差值DMO大于0，则接着进行询问335检验第二调整参数的差值DMU是否大于0。如果是，即，第二调整参数DMO提高，则同样进行步骤350。如果第二调整参数小于0，即，第一调整参数提高而第二调整参数下降，同样进行步骤340。
这意味着，调整作用的变化是反向的，即，一个提高而另一个下降，则进行步骤340。即，两个调整参数相加到输出参数M。如果调整参数不是反向的，即，两个调整参数提高或两个调整参数下降，则在步骤350分别确定调整参数的变化量。最好确定对应于参数DMO量的参数BMO和对应于参数DMU量的参数BMU。询问360检验参数BMO是否大于参数BMU。如果是，即，第一调节回路的调整参数变化量大于第二调节回路的变化量，则第一调节回路的调整参数MO在步骤370中用于控制。同时将第二调节回路的I分量冻结在其先前的数值，即，通过数值MUA给定I分量。
相应地，如果参数BMO不大于参数BMU，即，第二调整参数的变化量大于第一调整参数的变化量，则第二调节回路的调整参数在步骤380中用于控制并通过数值MOA给定第一调节回路的I分量122。
这意味着，如果两个调节器提供一个调整参数时，对于这种有利的结构调整参数以量值上最大的变化用于控制。
D分量174只在一定的运行状态中激活。在断开D分量174时其作用通过I分量122和/或132承担，以保证调整参数无阶跃变化。
通过启动值预规定180实现D分量174的调整参数在并联路径上的分布。为此如下进行首先检验D分量的调整参数MD、尤其是加权调整参数是否大于0或小于0。如果调整参数MD大于0，则对积分分量122赋值这样多的MD，就如同其根据上限0所能够实现的那样。保留的余数赋值给积分分量132。
所述的调节方案通常用于对调节器调整参数具有一个控制作用的系统。在此工作方式不局限于转速调节。其也可以用于其它调节。对于按照程序段160的接入也可以设想其它的策略。例如，两个路径的转换不取决于调整参数量，而是取决于调节偏差，尤其是调节偏差量。
对于两个并联路径同时作用时的不稳定也可以通过参变量、例如较小的放大系数或者通过动态去耦联来防止。
尤其是在采用计算机时通过以不同的参变量和/或极限值多次计算一个路径的功能可以代替两个并联的路径。
为了在程序段180中赋值也可以设想其它策略。可以规定，增量的作用在第二路径、即，尤其在积分器132上承担。相应地对于减量的作用在第一路径、尤其在积分分量122上承担。最好这样进行赋值，即尽可能没有路径到达限制范围。
也可以采用其它的调节结构、尤其是具有附加分量或可选分量的结构代替PI调节器。
在所述实施例中涉及调整参数和转矩。也可以使用其它代表转矩的参数代替这些参数。尤其是用于调节拉杆位置或滑阀行程位置的边缘控制系统工作方式也可以针对喷油量、节气门调整、点火角实现。
权利要求
1.一种用于控制内燃机、尤其是调节内燃机转速的方法，具有至少一个第一调节器，它根据第一理论值与一个实际值之间的比较给定第一调整参数，具有至少一个第二调节器，它根据第二理论值与所述实际值之间的比较给定第二调整参数，第一调整参数限定在第一调整范围而第二调整参数限定在第二调整范围。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，这样限定所述第一调整参数，使它减小被调节的参数，这样限定所述第二调整参数，使它增加被调节的参数。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一理论值大于或等于第二理论值。
4.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于两个调节器提供一个调整参数的情况，具有量值上最大变化的调整参数用于控制。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，具有量值上最小变化的调整参数被冻结。
6.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在一定的运行状态该调整参数附加地受到至少具有微分特性的调节器的影响。
7.一种用于控制内燃机、尤其是调节内燃机转速的装置，具有至少一个第一调节器，它根据第一理论值与一个实际值之间的比较给定第一调整参数，具有至少一个第二调节器，它根据第二理论值与所述实际值之间的比较给定第二调整参数，具有将第一调整参数限定在第一调整范围而将第二调整参数限定在第二调整范围的机构。
8.计算机程序，其具有程序编码机构，以便当程序在一个计算机、尤其是在内燃机的一个控制器上运行的时候执行权利要求1至7中任一项的所有步骤。
9.计算机程序产品，其具有程序编码机构，它存储在一个计算机可读出的数据载体上，以便当程序产品在一个计算机、尤其是在内燃机的一个控制器上运行的时候执行如权利要求1至7中任一项的方法。
10.数字式存储介质、尤其是硬盘，具有可电子读出的控制信号，这些信号可以与可编程的计算机系统共同起作用，以执行如权利要求1至7中任一项所述的方法。
全文摘要
本发明提出了一种用于控制内燃机、尤其是调节内燃机转速的装置和方法。至少一个第一调节器根据第一理论值与一个实际值之间的比较给定第一调整参数。至少一个第二调节器根据第二理论值与所述实际值之间的比较给定第二调整参数。第一调整参数限定在第一调整范围而第二调整参数限定在第二调整范围。
文档编号F02D31/00GK1514961SQ02811614
公开日2004年7月21日 申请日期2002年11月25日 优先权日2002年2月9日
发明者H·瓦纳, R·费尔曼, B·比肖夫, S·海恩策, H 瓦纳, し, 鞑 申请人:罗伯特-博希股份公司