DE19604469A1 - Einrichtung zur Regelung der Kraftstoffmenge für Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen mit einem einstellbaren Geschwindigkeitsregler - Google Patents

Einrichtung zur Regelung der Kraftstoffmenge für Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen mit einem einstellbaren Geschwindigkeitsregler

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K31/00—Vehicle fittings, acting on a single sub-unit only, for automatically controlling vehicle speed, i.e. preventing speed from exceeding an arbitrarily established velocity or maintaining speed at a particular velocity, as selected by the vehicle operator
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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Kraftstoffmenge für Ver­ brennungsmotoren von Fahrzeugen mit einem einstellbaren Geschwindigkeitsregler gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Vorbekannt ist durch die Schrift US-P 5 005 133 eine Einrichtung zur Regelung der Füllung für Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen mit einem einstellbaren Geschwin­ digkeitsregler unter Anwendung von mehreren unterschiedlichen Fuzzyregelstrecken von denen jeweils eine einem Getriebegang zugeordnet ist. Als Eingangsgröße für die jeweils gangabhängig wirksame Regelstrecke dient die Differenzgeschwindigkeit zur Sollgeschwindigkeit, wobei das durch Defuzzyfizierung der Ausgangsgröße der Regel­ strecke gewonnene Signal über einen Stellmotor eine Veränderung der momentanen Drosselklappenstellung bei Abweichung von der Sollgeschwindigkeit auslöst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einstellbaren Geschwindigkeitsregler zu schaffen, der einen geringen Speicherbedarf aufweist und eine schnelle Verarbei­ tung der aktuellen Fahrzustandsdaten zur Korrektur der Laststellung des Motors zum Annähern oder Einstellen der Sollgeschwindigkeit ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Haupt­ anspruches genannten Merkmale erzielt. Die dabei beschriebenen Funktionen von Hardware-Baugruppen können auch mittels Softwareverfahren parallel oder seriell abgearbeitet werden. Sowohl die Hardware kann Bestandteil des Motorsteuergerätes sein als auch kann in diesem eine softwareseitige Abarbeitung erfolgen.
Die in den Unteransprüchen beschriebenen Mittel und Ausgestaltungen werden in der Beschreibung mit ihren Auswirkungen erläutert.
Anhand einer Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben werden.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Antriebsaggregates mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Regelung der Kraftstoffmenge für den Verbrennungsmotor.
Fig. 2 die Form der Fuzzyfizierung gemäß den Bedingungen der Ansprüche 2 und 3 am Beispiel der Differenzgeschwindigkeit,
Fig. 3 die Fuzzyregeleinheit 20.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffmenge für den Verbrennungsmotor 1 mit dem Getriebe 2 in einem Fahrzeug schematisiert darge­ stellt.
An der Antriebswelle 3 des Getriebes 2 ist ein Fahrgeschwindigkeitsgeber 3 ange­ ordnet, der deren Drehgeschwindigkeit erfaßt, die proportional der Fahrgeschwindig­ keit ist. Den Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 regelt die Zentraleinheit 5 gemäß der jeweilig durch den Fahrfußhebel 51 eingegebenen bzw. durch den Ge­ schwindigkeitsregler 50 vorgegebenen Laststellung.
Die Zentraleinheit 5 regelt hierfür,
  • - generell die zugeführte Kraftstoffeinspritzmenge über die Einspritzdauer,
  • - bei Diesel- und ggf. auch Ottomotoren den Beginn der Kraftstoffeinspritzung,
  • - die Stellung eines elektrisch betätigten Drosselorganes ggf. auch die Funktion von Ansauganlage und/oder Lader
in Abhängigkeit von motorischen und anderen Betriebsparametern - z. B. der Motor­ drehzahl, einer drehzahl- und/oder füllungsabhängigen Begrenzung der Kraftstoff­ einspritzmenge, der Motor- und Außentemperatur und bei Ottomotoren dem Signal der Lambdasonde -.
Infolgedessen, daß die Zentraleinheit 5 sowohl bei Otto- als auch bei Dieselmotoren die Öffnungszeit der elektromagnetischen Einspritzdüsen entsprechend der einge­ stellten Laststellung bestimmt, werden im weiteren diese Öffnungszeiten zur synonymen Bezeichnung von Laststellungen benutzt.
Über eine Maximalwert-Auswahleinheit 11 liegt der Zentraleinheit 5 ein Laststel­ lungssignal vom gaspedalbetätigten Laststellungsgeber 51 dann wirksam an, wenn über die Schalteinheit 4 der Geschwindigkeitsregler 50 abgeschaltet ist oder dieser im angeschalteten Zustand eine niedrigere Laststellung als der Laststellungsgeber 51 ausgibt.
Die Schalteinheit 4 unterbricht das Laststellungssignal des Geschwindigkeitsreglers 50 beim Betätigen von Bremse und/oder Kupplung über einen Brems- bzw. Kupplungs­ geber 9.
Ein Wiedereinschalten nach Freigabe von Bremse und/oder Kupplung erfolgt jedoch nicht automatisch, sondern nur über eine entsprechende Eingabe an der Einrich­ tung 6.
Der Geschwindigkeitsregler 50 weist folgende Funktionseinheiten und Verknüpfungen auf.
Einer Einheit 7 zur Bildung der Differenzgeschwindigkeit Vd zwischen Soll- Vs und Ist-Geschwindigkeit Vi und einer Einheit 8 zur Bestimmung negativer oder positiver Beschleunigung dV/t² ist jeweils das Ausgangssignal des Fahrgeschwindigkeits­ gebers 3 angeschlossen. Weiterhin liegt das Ausgangssignal Vi einem Sollgeschwin­ digkeitsspeicher 10 an und kann in diesen bei gewünschter Geschwindigkeit als Sollgeschwindigkeit Vs über einen Übernahmeschalter 61 in die Einrichtung 6 zur Eingabe und zum Halten einer Sollgeschwindigkeit Vs übernommen werden. Mit der Einrichtung 6 zur Eingabe und zum Halten ist auch eine Sollgeschwindigkeit Vs über manuelle, nummerische Eingabe im Sollgeschwindigkeitsspeicher 10 ein­ stellbar.
Die Ausgangssignale der Einheit 7 liegen als Wert für die Differenzgeschwindigkeit Vd einer Fuzzyfizierungseinheit 21 für die Differenzgeschwindigkeit Vd, die der Ein­ heit 8 einer Fuzzyfizierungseinheit 22 für die jeweils momentane negative oder positive Beschleunigung dV/t².
Die Fuzzyfizierungseinheiten 21; 22 bilden ihre Ausgangswerte über vorzugsweise dreieckigen Zugehörigkeitsfunktionen, die sich jeweils bei etwa 50% im gültigen Wertebereich überschneiden, ausgestattet sind. Die Zugehörigkeitsfunktionen können dabei ungleiche und zusätzlich unsymmetrische Dreiecksformen aufweisen, siehe Fig. 2, um damit fahrzeugtypische Parametern - z. B. Fahrzeugmasse/Leistung angepaßt zu werden.
Aus diesen Dreiecksformen lassen sich die Zugehörigkeitswerte rechentechnisch mit wenig Aufwand ermitteln.
Die Ausgangswerte der Fuzzyfizierungseinheiten 21; 22 liegen an den Eingängen einer Fuzzy-Reglerbasis 23 an.
Der Ausgangswert der Regelbasis 23 wird der Defuzzyfizierungseinheit 24 zugeführt. Diese bildet einen Wert, der den momentanen Wert im Laststellungsspeicher 52 positiv oder negativ korrigiert oder aber - bei einer Größe Null - unkorrigiert konstant läßt.
Der Laststellungsspeicher 52 kann dabei sowohl eine momentane Ist-Einspritzzeit ti enthalten, die entsprechend jeweils mit durch eine Änderungszeit tä vergrößert oder verringert wird - dies entspricht der erläuterten Ausführung - als auch eine Einspritz­ menge enthalten, die entsprechend jeweils mit durch eine Änderungsmenge ver­ größert oder verringert wird - nicht gesondert beschrieben -. Die jeweilige Ist-Ein­ spritzmenge wird dann in der Zentraleinheit 5 in die dazu notwendige Einspritzzeit umgesetzt.
Die Fuzzy-Regelbasis 23 weist vorzugsweise die Charakteristik eines PI-Reglers auf, ist Speicherkapazität sparend als 7×7 Matrix ausgeführt.
Für die Anwendung in der vorbeschriebenen Einrichtung wird der Ausgangswert der Fuzzy-Regelbasis 23 als drastisches Produkt gebildet.
Ein vorteilhaftes Regelverhalten ergibt sich, wenn Defuzzyfizierungseinheit 24 ihren Ausgangswert nach der CDA-Methode - Flächenschwerpunktsmethode - er­ mittelt.
Alle hardwaremäßig beschriebenen Funktionen können in seriellen oder parallelen programmgesteuerten Rechenabläufen des Motorsteuergerätes abgearbeitet werden. Bestimmte Funktionen können jedoch auch als Kennfelder in Speichern eingetragen sein.
Das in Fig. 3 gezeigte Beispiel beschreibt einen Fahrzustand mit einer Ist-Geschwin­ digkeit Vi unterhalb der Sollgeschwindigkeit Vs, jedoch erfolgt eine geringe (positive) Beschleunigung dV/t².
Es ergeben sich folgende Bedingungen
Vi < Vs/damit ist Vi + Vd = Vs.
Fahrtechnische Schlußfolgerung: Es ist eine höhere Beschleunigung einzustellen, um die Differenzgeschwindigkeit Vd zu verringern, der Motor muß mehr Kraftstoff erhalten. Dies geschieht durch eine Verlängerung tä der momentanen Einspritzdauer ti. Im vorliegenden Fall ergibt sich eine Verlängerung tä der vorherigen Einspritzdauer, die eine Mehrzuführung von 0,7 mg Kraftstoff pro Einspritzung bewirkt.
Fahrtechnische Schlußfolgerung bei einer höheren Ist-Geschwindigkeit Vi als Soll-Geschwindigkeit Vi als Sollgeschwindigkeit Vs:
Es ist eine Verzögerung einzustellen, um die Differenzgeschwindigkeit Vd zu ver­ ringern, der Motor muß gedrosselt werden und weniger Kraftstoff erhalten. Dies ge­ schieht durch eine Verkürzung tä der momentanen Einspritzdauer ti, die eine Minderzuführung von Kraftstoff pro Einspritzung bewirkt.
Bezugszeichenliste
1 Motor
2 Getriebe
3 Abtriebswelle
30 Fahrgeschwindigkeitsgeber (Vi)-V-Ist
4 Ein- und Ausschalteinheit für den Fahrgeschwindigkeitsregler
5 Zentraleinheit zur Regelung und Begrenzung der Kraftstoffzuführung bzw. der Luftmenge in Abhängigkeit von motorischen Parametern (Steuerung der elektromagnetischen Einspritzdüsen, der elektrisch gesteuerten Drosselklappe ggf. der Ansauganlage oder Lader)
6 Einrichtung zur Eingabe und zum Halten des Wertes der gewünschten Fahrgeschwindigkeit (Vs)
7 Einheit zur Bildung der Differenzgeschwindigkeit Vd = (Vs - Vi)
8 Einheit zur Ermittlung momentaner positiver/negativer Beschleunigung dV/t²
9 Brems- und Kupplungsgeber
10 Sollgeschwindigkeitsspeicher
11 Maximalwertauswahleinheit
20 Fuzzyregeleinheit
21 Fuzzyfizierungseinheit für Vd
22 Fuzzyfizierungseinheit für dV/dt
23 Fuzzyreglerbasis
24 Defuzzyfizierungseinheit für den Ausgangswert der Regerlbasis
50 Geschwindigkeitsregler
51 Laststellungsgeber verbunden mit Fahrfußhebel
52 Laststellungsspeicher
61 Übernahmeschalter für gewünschte momentane Geschwindigkeit
Vi momentane Geschwindigkeit V - Ist
Vs gewünschte Höchstgeschwindigkeit V - Soll
Vd Differenzgeschwindigkeit (Vs - Vi)
dV/t² momentane positive oder negative Beschleunigung
te Wert für eine Kraftstoffmenge, u. a. in Abhängigkeit von der Gaspedalstellung ausgegeben von 5
ti Wert für eine Kraftstoffmenge, bei Vi dem momentanen Fahrzustand
tä Wert für eine positive oder negative Änderungsmenge von Kraftstoff, in Abhängigkeit von dV und dV/t² zum Erreichen von Vs

Claims (7)

1. Einrichtung zur Regelung der Kraftstoffmenge für Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen mit einem einstellbaren Geschwindigkeitsregler und folgenden weiteren Funktionsgruppen:
  • - einen elektronischen Laststellungsgeber,
  • - eine Einrichtung zum Ermitteln oder Erfassen der momentanen Füllung oder bei Ottomotoren zur Regelung der kraftstoffmengen- und betriebszustandsabhängige Steuerung eines Drosselorganes,
  • - einen Sollgeschwindigkeitsgeber, dessen Sollgeschwindigkeit eingebbar oder übernehmbar ist,
  • - eine Einrichtung zur Ermittlung der Differenzgeschwindigkeit zwischen Soll- und Ist-Geschwindigkeit,
  • - eine Einrichtung der zur Ermittlung positiver oder negativer Beschleunigung des Fahrzustandes,
  • - eine Steuereinheit, die den Geschwindigkeitsregler beim Betätigen des Brems- und/oder Kupplungspedals, bei höherer am Laststellungs­ geber eingegebener Last und unzulässigen Betriebszuständen des Motors abschaltet, gekennzeichnet dadurch, daß eine Einrichtung (20) zum Bilden eines Änderungswertes (tA) für die momentane Laststellung (ti) bei von der Sollgeschwindigkeit (Vs) abweichender Geschwindigkeit (Vi) mit folgenden Merkmalen vorhanden ist:
  • - eingangsseitige, fuzzyfizierte Größen, die der Differenzgeschwindigkeit (Vd) zur Sollgeschwindigkeit (Vs) und der momentan wirkenden Beschleunigung (dV/t²) entsprechen, sind einer Fuzzy-Regelmatrix (23) angeschlossen,
  • - der Ausgangsgröße der Fuzzy-Regelbasis (23) ist einer Defuzzyfizierungs­ einheit (24) angeschlossen, deren Ausgangswert die Änderung für den momentan in einem Laststellungsspeicher (52) gehaltenen Wert der momentanen Laststellung bildet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren weiteren Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Fuzzyfizierungseinheiten (21; 22) mit vorzugsweise dreieckigen Zugehörigkeitsfunktionen, die sich jeweils bei etwa 50% im gültigen Wertebereich überschneiden, ausgestattet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 2 und einem oder mehreren weiteren Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Fuzzyfizierungseinheiten (21; 22) Zugehörigkeitsfunktionen mit ungleichen und auch unsymmetrischen Dreiecksformen aufweisen.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren weiteren Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Fuzzy-Regelbasis (23) die Charakteristik eines PI-Reglers aufweist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren weiteren Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Fuzzy-Regelbasis (23) eine 7×7 Matrix ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren weiteren Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangswert der Fuzzy-Regelbasis (23) als drastisches Produkt gebildet wird.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren weiteren Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Defuzzyfizierungseinheit (24) ihren Ausgangswert nach der COA-Methode bildet.
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