Steuergerät und Verfahren zum Regeln eines Motorantriebsmoments

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät und ein Verfahren zum Regeln eines

Motorantriebsmoments, insbesondere für die Antriebsschlupf- und

Motorschleppmomentregelung bei Motorsteuergeräten von Fahrzeugen.

Stand der Technik

Eine Motorschleppmomentregelung (MSR) und eine Antriebsschlupfregelung (ASR) werden üblicherweise in einem Motorsteuergerät integriert, um eine Traktionskontrolle für ein Fahrzeug während des Anfahrens oder während eines Bremsvorgangs zu

implementieren. Derartige Regelungen sind beispielsweise bereits Teil anderer

Stabilitätsregelungen, wie zum Beispiel des elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP), und basieren auf einer Schlupfregelung. Da der Schlupf das Verhältnis zwischen

Fahrzeug- und Radgeschwindigkeit darstellt, kann er nur berechnet werden, wenn

Kenntnisse über die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit vorliegen. Wenn darüber keine Informationen vorliegen, weil beispielsweise entsprechende Sensoren in Fahrzeugen fehlen, ist eine Traktionsregelung nicht immer möglich. In der Druckschrift US 6,584,399 B2 wird ein Verfahren zur adaptiven Traktionskontrolle in Fahrzeugen beschrieben. Die Druckschrift EP 0 499 947 A1 offenbart ein Verfahren zur Schlupfregelung in Fahrzeugen, bei dem aus gemittelten Beschleunigungswerten der Radgeschwindigkeiten eine Fahrzeuggeschwindigkeit abgeschätzt wird, um daraus den Schlupf abzuschätzen.

Es besteht ein Bedarf an einer Motorantriebsmomentregelung, welche ohne Kenntnis der Fahrzeuggeschwindigkeit eine Motormomentensteuerung für eine zuverlässige

Traktionskontrolle und Schleppmomentregelung durchführen kann.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem Aspekt ein Steuergerät zum Regeln eines Motorantriebsmoments, mit einer Lastschätzeinrichtung, welche einen ersten Eingangsanschluss zum Entgegennehmen einer aktuellen Motordrehgeschwindigkeit, einen zweiten Eingangsanschluss zum Entgegennehmen eines aktuellen

Motorantriebsmoments, einen Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines aktuellen geschätzten Lastmoments, und einen dritten Eingangsanschluss, welcher mit dem

Ausgangsanschluss gekoppelt ist, und welcher dazu ausgelegt ist, das geschätzte Lastmoment in die Lastschätzeinrichtung rückzukoppeln, aufweist. Die

Lastschätzeinrichtung ist dabei dazu ausgelegt, aus dem aktuellen Motorantriebsmoment und dem rückgekoppelten geschätzten Lastmoment eine geschätzte

Motordrehgeschwindigkeit zu berechnen, und aus der Differenz zwischen der geschätzten Motordrehgeschwindigkeit und der aktuellen Motordrehgeschwindigkeit das aktuelle geschätzte Lastmoment zu berechnen.

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Regeln eines Motorantriebsmoments, mit den Schritten des Berechnens einer

geschätzten Motordrehgeschwindigkeit aus einem aktuellen Motorantriebsmoment und einem geschätzten Lastmoment, des Berechnens eines aktualisierten geschätzten Lastmoments aus der Differenz zwischen der geschätzten Motordrehgeschwindigkeit und der aktuellen Motordrehgeschwindigkeit, des Bestimmens eines optimierten

Motorantriebsmoments in Abhängigkeit von dem aktualisierten geschätzten Lastmoment, und des Bestimmens eines Sollantriebsmoments in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen dem optimierten Motorantriebsmoment und einem Fahrerwunschmoment.

Vorteile der Erfindung Es ist Idee der vorliegenden Erfindung, eine Motorantriebsmomentenregelung zu schaffen, welche versucht, in adaptiver Weise die Last des Motors zur Traktionskontrolle zu maximieren bzw. im Schleppbetrieb zur Schleppmomentregelung zu minimieren. Dabei wird die Traktion ohne Berücksichtigung der Stabilität pauschal maximiert bzw. minimiert, ohne dass Kenntnisse über die Fahrzeuggeschwindigkeit notwendig sind. Dabei dient ein Modell für die Motordrehbeschleunigung dazu, eine Abweichung zwischen der

tatsächlichen Motordrehgeschwindigkeit und einer modellierten Motordrehgeschwindigkeit zu ermitteln, welche sich dazu heranziehen lässt, um ein momentanes Lastmoment des Motors iterativ zu schätzen. Über diese Schätzung ist eine Bestimmung eines

Motorantriebsmoments möglich, mit welcher eine einfache Traktionskontrolle und/oder Schleppmomentregelung, beispielsweise bei einem Anfahren auf glattem Eis, auch in Fahrzeugen ohne aktive Schlupfregelung implementiert werden kann. Ein erheblicher Vorteil einer solchen Regelung besteht darin, dass keine Kenntnisse über die Fahrzeuggeschwindigkeit vorliegen müssen, um eine zuverlässige Lastschätzung zu erhalten und damit eine zuverlässige Traktionskontrolle und Schleppmomentregelung vornehmen zu können. Damit ist das Verfahren beispielsweise besonders geeignet für Fahrzeuge, die über kein Antiblockiersystem (ABS) verfügen und daher die

Fahrzeuggeschwindigkeit nicht zuverlässig ermitteln können.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Berechnen des aktualisierten geschätzten Lastmoments das Gewichten der Differenz zwischen der geschätzten Motordrehgeschwindigkeit und der aktuellen Motordrehgeschwindigkeit mit einem vorbestimmten Korrekturfaktor und das Berechnen des aktualisierten geschätzten Lastmoment in Abhängigkeit von der gewichteten Differenz umfassen.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuergeräts kann die

Lastschätzeinrichtung dazu ausgelegt sein, das aktuelle geschätzte Lastmoment in Abhängigkeit von dem Trägheitsmoment an der Motorwelle zu berechnen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuergeräts kann die Lastschätzeinrichtung dazu ausgelegt sein, die Differenz zwischen der geschätzten Motordrehgeschwindigkeit und der aktuellen Motordrehgeschwindigkeit mit einem vorbestimmten Korrekturfaktor zu gewichten, und das aktuelle geschätzte Lastmoment in Abhängigkeit von der gewichteten Differenz zu berechnen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuergeräts kann das Steuergerät weiterhin eine Momentenoptimierungseinrichtung umfassen, welche einen Eingangsanschluss, welcher mit dem Ausgangsanschluss der Lastschätzeinrichtung gekoppelt ist, und welcher dazu ausgelegt ist, das aktuelle geschätzte Lastmoment von der Lastschätzeinrichtung entgegenzunehmen, und einen Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines optimierten Motorantriebsmoments aufweist. Dabei kann die

Momentenoptimierungseinrichtung dazu ausgelegt sein, das optimierte

Motorantriebsmoment in Abhängigkeit von dem aktuellen geschätzten Lastmoment zu bestimmen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuergeräts kann die Momentenoptimierungseinrichtung dazu ausgelegt sein, das optimierte

Motorantriebsmoment als Summe des aktuellen geschätzten Lastmoment und eines vordefinierten Offsetwerts zu bestimmen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuergeräts kann das Steuergerät weiterhin eine Momentenbegrenzungseinnchtung umfassen, welche einen ersten Eingangsanschluss, welcher mit dem Ausgangsanschluss der

Momentenoptimierungseinrichtung gekoppelt ist, und welcher dazu ausgelegt ist, das optimierte Motorantriebsmoment von der Momentenoptimierungseinrichtung

entgegenzunehmen, einen zweiten Eingangsanschluss zum Entgegennehmen eines Fahrerwunschmoments, und einen Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines

Sollantriebsmoments umfassen. Dabei kann die Momentenbegrenzungseinnchtung dazu ausgelegt sein, das Sollantriebsmoment in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen dem optimierten Motorantriebsmoment und dem Fahrerwunschmoment zu bestimmen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuergeräts kann die Momentenbegrenzungseinnchtung dazu ausgelegt sein, das Sollantriebsmoment als Minimum des optimierten Motorantriebsmoment und des Fahrerwunschmoments auszugeben, wenn das Fahrerwunschmoment positiv ist (Antriebsfall), und als Maximum des optimierten Motorantriebsmoment und des Fahrerwunschmoments auszugeben, wenn das Fahrerwunschmoment negativ ist (Bremsfall). Damit kann gewährleistet werden, dass das Sollantriebsmoment nie den Fahrerwunsch über- bzw. unterschreitet, das heißt, dass der Fahrerwunsch gegenüber der automatischen Traktionskontrolle stets den Vorrang erhält.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Steuergeräts zum Regeln eines

Motorantriebsmoments gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Regeln eines

Motorantriebsmoments gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Steuergerät 10 zum Regeln eines Motorantriebsmoments. Das

Steuergerät 10 umfasst eine Lastschätzeinrichtung 1 , eine Momentenoptimierungseinnchtung 2 und eine Momentenbegrenzungseinrichtung 3. Die Lastschätzeinrichtung 1 weist einen ersten Eingangsanschluss zum Entgegennehmen einer aktuellen Motordrehgeschwindigkeit ω, einen zweiten Eingangsanschluss zum Entgegennehmen eines aktuellen Motorantriebsmoments M| _St , einen Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines aktuellen geschätzten Lastmoments M _L , und einen dritten

Eingangsanschluss auf, welcher mit dem Ausgangsanschluss gekoppelt ist, und welcher dazu ausgelegt ist, das geschätzte Lastmoment M _L in die Lastschätzeinrichtung 1 rückzukoppeln. Die Lastschätzeinrichtung 1 ist dazu ausgelegt, aus dem aktuellen Motorantriebsmoment M| _St und dem rückgekoppelten geschätzten Lastmoment M _L ' eine geschätzte Motordrehgeschwindigkeit ω' zu berechnen, und aus der Differenz zwischen der geschätzten Motordrehgeschwindigkeit ω' und der aktuellen

Motordrehgeschwindigkeit ω das aktuelle geschätzte Lastmoment M _L zu berechnen.

Im Folgenden wird ein beispielhaftes Berechnungsverfahren für das aktuelle geschätzte Lastmoment M _L angegeben, mit der eine iterative Schätzung des Lastmoments M _L möglich ist.

Die dynamische Gleichung des Antriebsstrangs am Ausgang eines Motors eines

Fahrzeugs mit einem Steuergerät 10 ist

J ^* doo/dt = Mist - M _Last . (1 )

Dabei ist die Motordrehbeschleunigung doo/dt von der Differenz zwischen dem aktuellen Motorantriebsmoment M| _St und dem Lastmoment M _Las t des Motors abhängig. Das Lastmoment M _Las t des Motors kann je nach momentaner Traktion der Reifen auf der Straße variieren. Wenn das Trägheitsmoment J an der Motorwelle bekannt ist, kann Gleichung (1 ) unter Verwendung eines geschätzten Lastmoments M _L dazu herangezogen werden, um eine geschätzte Drehbeschleunigung doo'/dt zu berechnen: J ^* doo'/dt = Mist - M _L . (2)

Die Abweichung bzw. der Fehler ε zwischen dem tatsächlichen Lastmoment M _Las t und dem geschätzten Lastmoments M _L kann daher als Abweichung der

Motordrehbeschleunigung doo/dt von der geschätzten Drehbeschleunigung doo'/dt ausgedrückt werden. ε = J ^* (doo'/dt - doo/dt). (3) Durch iterative Berechnung des geschätzten Lastmoments M _L , welches auf den Fehler ε hin korrigiert wird, kann eine Verbesserung der Schätzung erfolgen,

ML ^ ML + Γε, (4) wobei Γ ein Korrekturfaktor ist, welcher einen Wert zwischen 0 und 1 aufweisen kann. Der Korrekturfaktor Γ kann beispielsweise etwa 0,1 gewählt werden, um eine Konvergenz des geschätzten Lastmoments M _L hin zu dem tatsächlichen Lastmoment M _Las t zu ermöglichen, die periodische Schwankungen der Schätzung um den tatsächlichen Wert vermeidet.

Wenn der Anfangswert für das geschätzte Lastmoment M _L gleich Null gesetzt wird, kann der Endwert für das geschätzte Lastmoment M _L nach einer Anzahl von k Iterationen über

M _L = Γ ^* Z _k e _k (5) ausgedrückt werden, wobei Z _k e _k die Summe aller Abweichungen e _k über die k

Iterationsschritte hinweg ist.

Setzt man für die Abweichungen e _k die jeweiligen Ausdrücke für die

Drehbeschleunigungen aus Gleichung (3) ein und diskretisiert die zeitlichen Differentiale auf Abtastschritte dT, so ergibt sich für das geschätzte Lastmoment M _L

M _L = Γ ^* Z _k [J ^* (doo/dt - doo'/dt)] = l ^~ J ^* dT ^{1 *} (ω' - ω). (6) Das bedeutet, dass das Lastmoment M _L in Abhängigkeit von der Abweichung der aktuellen Motordrehgeschwindigkeit ω von der geschätzten Motordrehgeschwindigkeit ω' abgeschätzt werden kann. Dazu ist lediglich die Multiplikation dieser Abweichung mit einem Faktor notwendig, welcher das (bekannte) Trägheitsmoment J an der Motorwelle, einen vordefinierten Korrekturfaktor Γ und die Diskretisierungszeitspanne dT beinhaltet.

Mit dem geschätzten Lastmoment M _L ist es möglich, ein Optimierungsverfahren zu definieren, welches das Lastmoment des Motors maximiert. Dazu kann die

Momentenoptimierungseinrichtung 2 mit einem Eingangsanschluss, welcher mit dem Ausgangsanschluss der Lastschätzeinrichtung 1 gekoppelt ist, und einem

Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines optimierten Motorantriebsmoments zum

Ausgeben eines optimierten Motorantriebsmoments M _0p t ausgestaltet sein. An dem Eingangsanschluss der Momentenoptimierungseinrichtung 2 kann das aktuelle

geschätzte Lastmoment M _L von der Lastschätzeinrichtung 1 entgegengenommen werden. Die Momentenoptimierungseinnchtung 2 kann dazu ausgelegt sein, das optimierte Motorantriebsmoment M _0p t in Abhängigkeit von dem aktuellen geschätzten Lastmoment M _L ZU bestimmen. Dabei kann das optimierte Motorantriebsmoment M _0p t als Summe des aktuellen geschätzten Lastmoment M _L und eines vordefinierten Offsetwerts gebildet werden. Beispielsweise kann der Betrag des Offsetwert von der aktuellen Drehzahl und/oder dem aktuellen Lastmoment des Motors sein. Das Vorzeichen des Offsetwerts kann beispielsweise über eine Sättigungserkennung des Lastmoments bestimmt werden. Wenn keine Sättigung des Lastmoments erkannt wird, wird das Vorzeichen des

Offsetwerts als positiv im Antriebsfall oder als negativ im Bremsfall festgelegt. Im Falle einer erkannten Sättigung hingegen wird das Vorzeichen des Offsetwerts invertiert. Die Sättigung kann beispielsweise von einer Abweichung zwischen Lastmoment und einem gefilterten Lastmoment zuzüglich eines vordefinierten (geringen) Gradienten des

Lastmoments abhängig sein.

Schließlich ist es vorteilhaft, das optimierte Antriebsmoment M _0p t mit dem Fahrerwunsch zu koordinieren, damit keine unerwünschte Beschleunigung oder keine unerwünschte Verzögerung eintritt. Hierzu ist eine Momentenbegrenzungseinnchtung 3 mit einem ersten Eingangsanschluss, welcher mit dem Ausgangsanschluss der

Momentenoptimierungseinnchtung 2 gekoppelt ist, einem zweiten Eingangsanschluss zum Entgegennehmen eines Fahrerwunschmoments M _FW , und einem

Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines Sollantriebsmoments M _SO II vorgesehen. An dem ersten Eingangsanschluss kann das optimierte Motorantriebsmoment M _0p t von der Momentenoptimierungseinnchtung 2 entgegengenommen werden. Beispielsweise kann in der Momentenbegrenzungseinnchtung 3 ein Extremaloperator vorgesehen sein, so dass die Momentenbegrenzungseinnchtung 3 dazu ausgelegt ist, das Sollantriebsmoment M _SO II als Minimum des optimierten Motorantriebsmoment M _0p t und des Fahrerwunschmoments M _F w auszugeben, wenn das Fahrerwunschmoment M _F w positiv ist, und als Maximum des optimierten Motorantriebsmoment M _0p t und des Fahrerwunschmoments M _F w auszugeben, wenn das Fahrerwunschmoment M _F w negativ ist.

An dem Ausgangsanschluss kann auf diese Weise das Sollantriebsmoment M _SO II zum Regeln des Motors des Fahrzeugs ausgegeben werden, welches in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen dem optimierten Motorantriebsmoment M _0p t und dem

Fahrerwunschmoment M _F w bestimmt worden ist.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 20 zum Regeln eines Motorantriebsmoments. Das Verfahren 20 kann beispielsweise in einem Steuergerät 10, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, durchgeführt werden. Dazu kann das Verfahren 20 den Schritt 21 des Berechnens einer geschätzten Motordrehgeschwindigkeit aus einem aktuellen Motorantriebsmoment und einem geschätzten Lastmoment, den Schritt 22 des Berechnens eines aktualisierten geschätzten Lastmoments aus der Differenz zwischen der geschätzten Motordrehgeschwindigkeit und der aktuellen Motordrehgeschwindigkeit, den Schritt 23 des Bestimmens eines optimierten Motorantriebsmoments in Abhängigkeit von dem aktualisierten geschätzten Lastmoment, und den Schritt 24 des Bestimmens eines Sollantriebsmoments in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen dem optimierten Motorantriebsmoment und einem Fahrerwunschmoment umfassen. Das Berechnen des aktualisierten geschätzten Lastmoments kann dabei beispielsweise das Gewichten der Differenz zwischen der geschätzten Motordrehgeschwindigkeit und der aktuellen Motordrehgeschwindigkeit mit einem vorbestimmten Korrekturfaktor und das Berechnen des aktualisierten geschätzten Lastmoments in Abhängigkeit von der gewichteten Differenz umfassen.