专利名称：使内燃机运转的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机运转的方法，其中内燃机的转速根据给定的额定转速调节，并且其中根据转速和额定转速之间的调差借助于调节环节决定用于控制内燃机的额定力矩。
本发明还涉及一种按权利要求9前序部分所述的用于使内燃机运转的装置。
背景技术：
这种类型的方法和装置是已知的，并且一般基于用PI(比例积分)控制器构造的调节环节。由于传统系统中使用的PI调节环节的积分环节，在参考变量剧烈变化并由此引起调差较大的情况下，在积分环节的积分器中会建立对于后面进行的静态调节不利的初始值，从而会引起显著的超调。
没有这种积分环节的调节环节虽然具有较小的超调，但是其在稳定状态下具有不会衰减的调差，这同样也是不希望看到的。
发明内容
相反本发明的任务是改进开头所述类型的方法和装置，使得在参考变量变化时减小超调，并同时在稳定状态实现衰减的调差。
对于按权利要求1前序部分所述的方法，该任务按本发明如下解决，估算特别是表征不可测量的干扰量的干扰力矩，并且根据额定力矩和干扰力矩获得用于控制内燃机使用的调整力矩。
通过按本发明估算干扰力矩，可以在内燃机的转速调节器中考虑否则不能测量的但还是会影响内燃机转速并在传统的方法中例如会导致稳定状态下不能衰减的调差的干扰量。由此在使用按本发明的运行方法时可避免稳定状态下残留的调差。
作为不可测量的干扰量在本发明中考虑所有可能影响内燃机转速的并且至少不能直接从内燃机的其它运行参量导出的影响因素。特别是道路坡度和/或迎面风等作为干扰量会影响转速调节。
总的来说通过按本发明的运行方法实现了转速调节相对于传统系统改进的引导性能。
作为本发明的任务的另一解决方案给出了按权利要求9所述的装置。
本发明优选的改进方案是从属权利要求的主题。
本发明的其它优点、特征以及细节由下面的说明获得，其中参考附图示出了本发明的不同实施例。在此在权利要求和说明书中提及的特征可以分别单独或者以任意组合的方式对本发明来说是重要的。
附图示出图1示出了方框图，该方框图给出了按本发明方法的第一种实施方式的信号流；图2示出了方框图，该方框图表示按本发明的方法的另一种实施方式；图3示出了按本发明的装置的一种实施方式；图4示出了按本发明的模块的一种实施方式。
具体实施例方式
图1示出了方框图，该方框图给出了按本发明的转速调节器100的第一种实施方式的信号流。可以从图1中看到，向转速调节器100在输入侧输入调差e，其中该调差是作为参考变量的给定的额定转速n_额定和内燃机10(图3)的用测量技术测定的实际转速n_BKM之间的差。
转速调节器100具有由比例环节构成的调节环节R，该调节环节将调差e转换成用于控制内燃机10的额定力矩M_额定，该内燃机在图3的方框图中以方框10的形式示出。与传统的具有由PI控制器构成的调节环节的转速调节器不同的是，按本发明的转速调节器100即使在参考变量n_额定剧烈变化时也只有比较小的超调特性，因为瞬时输入调节环节R的较大的调差e并没有保存在积分环节中，而其在现有技术中是保存在积分环节中的。也就是说，按本发明通过在转速调节器100中省去积分环节特别即使在瞬时过程时也实现了较好的引导性能。
在具有积分性能的调节对象(汽车)通过PI控制器进行调节时，在闭合回路中会产生I2结构。由此该系统是结构不稳定的。具有力矩估算的控制器结构没有结构稳定性，并由此避免了低频震荡的趋势。
按本发明的转速调节器100优选在控制仪20中实施，该控制仪向内燃机10输入图3中通过箭头20a符号性表示的控制信号，并且向控制仪输入-如通过箭头20b符号性表示的那样-输入参量20b。特别优选的是转速调节器100以保存在控制仪20的存储器中的程序代码的形式实现。
对应控制信号20a例如可以是所述额定力矩M_额定(图1)或者最好是由此导出的参量如调整力矩M_调整。输入参量20b(图3)例如可以是转速n_BKM以及内燃机10的其它运行参量。
下面详细说明图1中按本发明的转速调节器100的工作原理。
如从图1可以看到，在加法器30a中向借助于调节环节R获得的额定力矩M_额定叠加已知的损失力矩M_vb，该损失力矩是在用M_vb′表示的方框中获得的，并且例如表示在控制仪20中已知的附件如空调的功率要求。在加法器30a的输出端相应地获得补偿了已知的损失力矩M_vb的额定力矩M_额定′。通过这种方式保证了在内燃机10的转速n_BKM调节时对已知的功率要求由用电器或者其它已知的例如由于在变速器中的摩擦效应等引起的损失力矩进行考虑，并由此不会导致转速n_BKM不可控制的下降。
为了补偿额定力矩M_额定′，叠加按本发明估算的干扰力矩M_干扰，由此在加法器30b的输出端获得额定力矩M_额定″。干扰力矩M_干扰表示特别是不能测量的干扰量，这些干扰量会影响内燃机10的转速n_BKM，并由此可能损害转速调节器100的引导性能。不可测量的干扰量例如是道路坡度或者是可能转化成作用在内燃机10上的干扰力矩M_干扰的其它干扰。
按本发明对这些干扰力矩M_干扰形式的干扰量进行考虑实现了-类似于已知的损失力矩M_vb-转速调节器100引导性能的改进，而且也实现了特别是在稳定状态下衰减的调差e，这在传统的没有积分环节的转速调节器中是不能实现的。
根据图1在加法器30b的输出端获得的补偿了已知的损失力矩M_vb和干扰力矩M_干扰的额定力矩M_额定″输入力矩协调器MK，该力矩协调器以公知的方式和这里没有详细描述的方式优先进行不同系统的力矩要求，例如油门踏板位置或者转速限制。
在力矩协调器MK的输出端相应的是调整力矩M_调整，该调整力矩最终用于控制内燃机10(图3)。内燃机10本身在根据图1的转速调节器100中通过表示其传递特性的传递环节G考虑，并且在其输出端具有取决于输入该传递环节的调整力矩M_调整的转速n_BKM。除了内燃机10，通过传递环节G也可以考虑其它与内燃机10耦联的并且未示出的系统的影响。
上述干扰力矩M_干扰根据本发明借助于传递环节G′由内燃机10的用测量技术测定的实际转速n_BKM获得，传递环节G′的传递函数优选是表示内燃机10的传递环节G的传递函数的反函数。作为简化，传递环节G′的传递函数也可以如此选择，使得其近似传递函数G的反传递函数。
如从图1可以看到，传递环节G′将输入到其中的转速n_BKM转换成近似力矩M_近似。该近似力矩M_近似表示用于加速的扭矩，该扭矩取决于上述干扰量如道路坡度。
干扰力矩M_干扰按照本发明是减小了已知的损失力矩M_vb的调整力矩M_调整′和近似力矩M_近似的差，也就是M_干扰＝M_调整-M_vb-M_近似。干扰力矩M_干扰如上所述通过加法器30b叠加到额定力矩M_额定′上，从而可以通过这种方式例如在较大道路坡度的情况下可以实现额定力矩M_额定″的必要的提高以保持转速n_BKM。
因为对于以传递环节G′为基础的模块一般是相对于传递环节G比较简单的模块，在本发明的另一种实施方式中将输入传递环节G′的转速n_BKM首先进行滤波(未示出)，从而只向传递环节G′输入转速信号n_BKM的相关模块对于其有效的频率部分。
同样对减小了已知的损失力矩M_vb的调整力矩M_调整′和/或干扰力矩M_干扰也进行相应的滤波(未示出)，特别是为了保证按本发明的转速调节器100的动态稳定性。为了滤波可以以公知的方式使用一阶或者更高阶的滤波器。
通过按本发明借助于传递环节G′估算干扰力矩M_干扰有利的是也可以在转速调节时在控制仪20中考虑不能直接测量的干扰量如道路坡度。通过这种方式可以实现按本发明的对构造成比例环节的调节环节R的使用，该调节环节即使在参考变量n_额定剧烈变化时也相对于传统的包括PI控制器的转速调节器具有很小的超调性能。在稳定状态下在基于比例环节的转速调节器中存在的不衰减的调差e根据本发明通过考虑干扰力矩M_干扰避免了，该干扰力矩M_干扰以所述方式通过加法器30b输入调节对象。也就是说按本发明的转速调节器100在稳定状态下实现了衰减的调差e，而也不必使用积分环节。
因为按本发明估算干扰量-该干扰量指干扰力矩M_干扰-是连续进行的，不仅在稳定状态而且在施加驾驶员希望力矩以及在瞬时过程的情况下都可以考虑一般随时间变化的干扰量，由此在转速调节器100的所有运行情况下都能实现相对于传统系统改善的引导性能。
仿真表明，在调整力矩M_调整例如以具有给定脉冲宽度的矩形函数的形式瞬时提高-这例如表示驾驶员希望力矩的变化-时，转速n_BKM在按本发明的转速调节器100的情况下比在传统的具有积分环节的转速调节器的情况下明显更快地与额定转速n_额定一致。对于按本发明的转速调节器100，振荡过程在上述的边界条件下在大约17s后已经结束了，而传统转速调节器的振荡过程即使在100s之后还可以确定明显的超调。通过按本发明使用比例环节作为调节环节R，还避免了无超调，也就是说转速n_BKM逐渐逼近额定转速n_额定，也就是没有振荡。
在本发明的另一种非常有利的实施方式中，为获得近似力矩M_近似也可以在传递环节G′中使用全阶模块，该全阶模块尽可能精确地描述内燃机10的实际传递特性以及必要时汽车其它系统的传递特性。
另外也可以将传递环节G′的传递特性设计成不是静态的，而是特别是自适应的或者自学习的，从而可以根据执行的转速调节循环进行传递环节G′的给定参数的匹配。为此要求的学习算法可以相应地设置在控制仪20(图3)中。
必要时在本发明的另一种实施方式中也可以存在例如PT1-环节形式的用于存储干扰力矩M_干扰的存储环节(未示出)。
在本发明的另一种特别优选的实施方式中，代替前述传递环节G′也可以使用图2中所示的功能结构来获取近似力矩M_近似，该近似力矩以所述方式输入图1中的转速调节器100。
在图2中所示的功能结构以用于估算干扰力矩M_干扰的模块200为基础，其考虑与内燃机10耦联的传动系40的惯性矩J_AS，并且该惯性矩在图4中示意性表示。
按本发明的模块200将内燃机10和传动系40描述成由多个相互耦联的旋转件构成的系统，其相应的旋转惯量是已知的，并且其转速也分别是已知的或者至少是可以计算的。另外考虑相应系统之间的相互接合器，其中接合器可以是滑动附着的(schlupfbehaftet)，并由此耦联的元件之间相互作用的扭矩可以进行相应地转变。用于具有自动变速器的汽车的变扭器60是滑动附着接合器的例子。
汽车50本身或者其汽车质量以及例如道路坡度的影响作为干扰量和例如由汽车50的打滑的车轮70构成的略微滑动附着的接合器70也可以考虑在按本发明的模块200中，其中使用车轮转速作为相应的转速，并且其中相应的惯性矩J_KFZ可以通过测量技术或者通过仿真来获得。
对于传动系和汽车的惯性矩J_AS、J_KFZ需要注意，其取决于当前挂入的档位。
总的来说通过使用按本发明的模块200获得了下面用于估算转换到内燃机10上的损失力矩的方程，其是在传动系中和通过外部参量例如道路坡度或者车轮打滑产生的J_AS*ω_·AS+J_BKM*ω_B·KM+J_KFZ*ω_K·FZ=M_BKM-M_KM+M_KAS-M_KFZ,]]>其中J_AS、J_KFZ表示上述传动系和汽车的惯性矩，并且其中J_BKM表示内燃机10的惯性矩。
和 是相应元件的对应角加速度。
与公式的左侧出现的惯性矩和角加速度相反，公式右侧的各力矩是未知的。
力矩M_BKM是所获得的作用在内燃机10上的力矩，其由燃烧和摩擦以及附件产生的损失力矩引起，但是不包括与传动系40的接合器。
力矩M_KM、M_KAS是内燃机10和接合器或者变扭器60之间的耦合力矩，变扭器将内燃机10与传动系40连接，或者是接合器或者变扭器60与传动系40之间的耦合力矩。力矩M_KKFZ是传动系40和汽车50之间的耦合力矩或者作用在汽车50上的干扰量如道路坡度。
对于按图4的模块200，给出了下面的微分方程组
J_BKM*ω_B·KM=-M_KM+M_BKM]]>J_AS*ω_·AS=M_KAS-M_KKFZ]]>J_KFZ*ω_K·FZ=-M_KFZ+M_KKFZ,]]>其中耦合力矩M_KM、M_KAS、M_KKFZ取决于相应角加速度 或者 或者 以及必要时其它已知的或者可以计算的参量。车轮转速n_车轮或者相应的角加速度ω_KFZ可以通过控制仪20(图3)例如以输入参量20b的形式、但是优选由制动器控制仪(未示出)获得，该制动器控制仪通过同样未示出的数据总线与控制仪20联网。
可能在汽车50的车轮70(图4)上出现的滑动与变扭器60相反不会引起扭矩变换；但是通过借助于变扭器60的扭矩变换，内燃机10侧的力矩量M_KM一般与传动系40侧的力矩量M_KAS不同。
模块200或者前述系统通过微分方程的处理导出了上述平衡方程J_AS*ω_·AS+J_BKM*ω_B·KM+J_KFZ*ω_K·FZ=M_BKM-M_KM+M_KAS-M_KFZ,]]>方程右侧列出的力矩的和相应于合成的、作用在内燃机10上的损失力矩，由此其可以借助于模块200由方程左侧列出的参量进行计算或者估算，并由此与图1或者图2的近似力矩M_近似的功能相应。特别是对于借助于模块200计算近似力矩M_近似不必知道力矩M_BKM、M_KM、M_KAS、M_KKFZ，由此按本发明的方法不依赖于不同的影响力矩M_BKM、M_KM、M_KAS、M_KKFZ的因素如车轮70的变化的道路附着或者在变扭器60中扭矩传递的温度关系。
上述的以及在图2中所示的功能结构用于在控制仪20中实现图4中的模决200的变换，其中每个分支210、220考虑平衡方程的加数 等，并且这里考虑具有打滑单元、也就是例如具有一个或者多个打滑的车轮70(图4)的传动系。
例如分支210用于计算表达式 其中这里代替角加速度 使用相应的转速n_BKM，其根据图2首先输入微分器31并接着输入乘法器32，从而将其于传动系40(图4)的惯性矩J_AS相乘。在乘法器32的输出端相应地获得扭矩 该扭矩在给定转速变化时要求用于传动系40的加速。
要求用于汽车50加速的扭矩与此类似根据图4的模块200在图2所示的分支220的乘法器33的输出端获得。
如在图2中通过虚线箭头34所示，可以以相同的方法将其它元件或者分支用于按本发明计算近似力矩M_近似，从而进一步提高所述方法的精确性。由此也可以考虑其它滑动附着的元件。
按本发明根据模块200计算近似力矩M_近似相对于图1中传递环节G′的优点在于使用模块200在计算近似力矩M_近似时也可以考虑软的、也就是能够振动的传动系或者具有滑动附着元件的传动系。在按图1的实施方式中，在这种传动系中的振动通过传递环节G′作用于调节对象，并由此损坏其引导性能。
本发明的参考图1所述的实施方式因此能够特别良好地应用于具有很小振动趋势的传动系，而按图2的实施方式通过考虑不同的转速或者耦合力矩即使在振动的传动系的情况下也提供近似力矩M_近似的可靠值。
代替在模块200中使用的将汽车运动或者速度转换成相应的转速n_车轮以及使用角动量公式(Drallsatz)，模块200以动量守恒定律为基础，其中需要将使汽车加速的力转换成作用到内燃机10上的扭矩。
权利要求
1.使内燃机(10)运转的方法，其中内燃机(10)的转速(n_BKM)根据给定的额定转速(n_额定)进行调节，并且其中根据转速(n_BKM)和额定转速(n_额定)之间的调差(e)借助于调节环节(R)计算用于控制内燃机(10)的额定力矩(M_额定)，其特征在于估算特别是表示不可测量的干扰量的干扰力矩(M_干扰)，并且根据额定力矩(M_额定)和干扰力矩(M_干扰)计算用于控制内燃机(10)的调节力矩(M_调节)。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于使用比例环节作为调节环节(R)。
3.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述调节力矩(M_调节)根据已知的损失力矩(M_vb)计算，该损失力矩特别是表示可以测量的和/或可以计算的干扰量。
4.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述干扰力矩(M_干扰)和/或已知的损失力矩(M_vb)叠加到额定力矩(M_额定)。
5.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述干扰力矩(M_干扰)根据内燃机(10)的转速(n_BKM)并借助于传递环节(G′)计算，其传递函数优选是描述内燃机(10)的传递环节(G)的反函数，并且该传递环节将内燃机(10)的转速(n_BKM)转换成近似力矩(M_近似)。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于所述干扰力矩(M_干扰)是调节力矩(M_调节)与近似力矩(M_近似)的差。
7.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于为估算干扰力矩(M_干扰)使用模块(200)，该模块考虑于内燃机(10)耦合的传动系(40)的惯性矩(J_AS)。
8.按权利要求7所述的方法，其特征在于在由内燃机(10)驱动的汽车(10)上作用的力在模块(200)中进行考虑，特别是以相应的惯性矩(J_KFZ)的形式。
9.使内燃机(10)运转的装置(20)，具有用于根据给定的额定转速(n_额定)调节内燃机(10)的转速(n_BKM)的转速调节器(100)，并且具有用干根据转速(n_BKM)和额定转速(n_额定)之间的调差(e)计算用于控制内燃机(10)的额定力矩(M_额定)的调节环节(R)，其特征在于用于估算干扰力矩(M_干扰)的传递环节(G′)，该干扰力矩特别是表示不能测量的干扰量。
10.按权利要求9所述的装置(20)，其特征在于所述调节环节(R)是比例环节。
11.按权利要求9或者10任一项所述的装置(20)，其特征在于所述装置(20)适合用于执行按权利要求1至8中任一项所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种使内燃机(10)运转的方法，其中内燃机(10)的转速(n_BKM)根据给定的额定转速(n_额定)进行调节，并且其中根据转速(n_BKM)和额定转速(n_额定)之间的调差(e)借助于调节环节(R)计算用于控制内燃机(10)的额定力矩(M_额定)。根据本发明估算特别是表示不可测量的干扰量的干扰力矩(M_干扰)，并且根据额定力矩(M_额定)和干扰力矩(M_干扰)计算用于控制内燃机(10)的调节力矩(M_调节)。
文档编号F02D41/00GK1940270SQ20061012160
公开日2007年4月4日 申请日期2006年8月23日 优先权日2005年8月23日
发明者H·瓦纳, B·比肖夫, B·巴卡斯, J·宾德 申请人:罗伯特.博世有限公司