DE2537415C2

DE2537415C2 - Regelkreis zum Regeln der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE2537415C2
Application number: DE2537415A
Authority: DE
Inventors: Karl-Ludwigy Dipl.-Ing. 7141 Schwieberdingen Abend; Helmut Ing.(Grad.) Fleischer; Hans Dipl.-Ing. 7250 Leonberg Scheyhing
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1975-08-22
Filing date: 1975-08-22
Publication date: 1982-05-19
Also published as: DE2537415A1; ATA594576A; US4094378A; GB1541267A; AT348353B; FR2321397A1; FR2321397B3

Description

entsprechendem Zeitverhalten vorgesehen, daß als ^^Kombination vor den Eingang des Reglers geschaltet werden könnte. Eine einfachere Schaltung ergibt sich jedoch, wenn der Regelverstärker in einem zweiten Gegenkopplungszweig die Parallelschaltung eines Widerstandes und einer Kapazität aufweist, so daß ein aktives Glättungsglied für hohe Frequenzen gebildet ist. Der Regler hat damit insgesamt eine /^-Charakteristik mit einer Verzögerung zweiten Grades, die zum einen durch das Glättungsglied und zum anderen durch die bei einem D-Glied anzusetzenden parasitären Zeitkonstanten hervorgerufen ist. Ein entsprechend den vorgenannten Merkmalen aufgebauter Regler hat bei geringem schaltungstechnischem Aufwand den Vorteil, daß die interessierenden Größen wie Eckfrequenz, Gleichspannungsverstärkung, Dämpfungsfaktor, Beschleunigungsfaktor nahezu unabhängig voneinander variiert bzw. vorangestellt werden können.

Aus Leistungsgründen wird man wie bei dem bekannten System den Elektromagneten taktend ansteuern. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird deshalb die steuerbare Konstantstromquelle einen taktenden Stromregler aufweisen, der vorzugsweise durch einen über die Reihenschaltung eines Widerstandes und einer Kapazität mitgekoppelten und reell gegengekoppelten Verstärker mit zwei Eingängen gebildet ist, wobei dem einen Eingang die Ausgangsspannung des Reglerverstärkers und dem anderen Eingang ein dem Strom der Magnetwicklung proportionales Signal zugeführt wird. Durch eine Änderung des Tastverhältnisses in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Reglerverstärkers und der Größe des Rückführsignales stellt sich der Strom durch die Magnetwicklung unabhängig von Schwankungen der Versorgungsspannung oder Widerstandsändcrungen der Magnetspule selbsttätig auf einen Wen ein. der proportional zur Ausgangsspannung des Regierverstärkers ist.

Die Frequenz des taktenden Stromrcglers wird dabei so hoch gewählt, daß das Schließglied des Stellantriebes nur zu Schwingungen mit geringer Amplitude angeregt wird, aber nicht die Luftkanäle bei jedem Impuls \< >ll öffnet oder verschließt. Dann ergibt sich die Möglichkeit, einen Stellantrieb /.u verwenden, bei Jem an dem Waagebalken zwei Ventilkegel federnd abges;ü;a .-iiid. wobei das System so ausgebildet ist. daß beide wandle verschlossen sind, obwohl der Waagebaiken mi: geringer Amplitude schwingt. D.imit wird im eingeschwungenen Zustand keine Luft für den Stellantrieb verbrauch;.

Zur Siromrückführung wird ein Mei3w idersusiu: /wischen die Magnetspule und die Versurgungsspannung geschaltet, so daß auch der übet eine Freilauld.ude fließende Aussciialtstroni in der Abschaltphnse ausgewertet wird. Die dieser Strom proportionale Spannung wird verstärkt und über ein KC'-Sicbglied dem Taktgeneratorverstärker zugeführt. Um den Regelvorgang zu beschleunigen, kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung das /?C-Siebglied zu einem T-Glied mit zwei Längswiderständen und einer Querkapazität erweitert werden, so daß auch der getaktete Stromregler eine PD-Charakteristik aufweist.

Insgesamt ist damit ein Fahrgeschwindigkeitsregler geschaffen, der bei geringem schzltungstechnischen Aufwand und geringen Abweichungen vom Sollwert Schwankungen so ausregelt, daß sie für den Fahrer nicht mehr störend spürbar sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der

Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.

In der Zeichnung ist mit 10 eine Versorgungsspannungsquelle, mit 11 eine Istgeschwindigkeitsaufbereitungsschaltung, mit 12 eine Sollwertvorgabeeinrichtung, mit 13 ein PD-Regler und mit 14 ein taktender Stromregler bezeichnet, der einen elektropneumatischen Stellantrieb mit einem ein Schließglied betätigenden Elektromagneten 15 ansteuert. Der Stellantrieb steuert ein die Geschwindigkeit eines Fahrzeuges beeinflussendes Element, beispielsweise die Drosselklappe 16. Mit dem Block 17 ist das Fahrzeug bezeichnet, und durch die Linie 18 soll angedeutet sein, daß das Fahrzeug einen Tachogenerator 19 aufweist, dessen Ausgangssignal proportional zur Fahrgeschwindigkeit ist.

Zur Aufbereitung eines Gleichspannungssignales, welches der Istgeschwindigkeit des Fahrzeuges proportional ist, dient die insgesamt mit 11 bezeichnete an sich bekannte Schaltungsanordnung. Die vom Tachogenerator abgegebenen Wechselspannungssignale sperren den normalerweise gesättigten Transistor 20 periodisch, so daß an dessen Kollektor ein Rechtecksignal meßbar ist. Dieses Signal wird in der nächsten Stufe mit dem Transistor 21 in Rechteckimpulse konstanter Impulsdauer umgeformt. Daraus bildet ein RC-CWed den arithmetischen Mittelwert, auf den der Kondensator 22 aufgeladen wird. Am Ausgang 23 dieser Schaltungseinrichtung 11 steht damit sin Gleichspannungssignal an, dessen Höhe der Fahrzeuggeschwindigkeit proportional ist.

In dem Block 12 ist ein Potentiometer als Sollwertvorgabeeinrichtung dargestellt. Mit diesem Potentiome ter wird entsprechend der gewünschten Geschwindigkeit eine Gleichspannung voreingestellt.

An den Eingängen des PD-Reglers 13 liegen somit eine der tatsächlichen Geschwindigkeit proportionale Gleichspannung und eine der gewünschten Geschwindigkeit entsprechende Gleichspannung. Der PD-Regler 13 enthält einen Operationsverstärker 30, der mit zwei Gegenkopplungszweigen beschaltet ist. Das eine Gegenkopplungsnetzwerk stellt ein T-Glied dar, welches zwei Längswiderstände 31 und 32 sowie eine Q>uerkapa/'iä'. 33 aufweist. Dieses Netzwerk verleiht dem Regier eine PD-Charakteristik. Eine zweite Gegenkopplung enthält die Parallelschaltung eines Widerstandes 34 und eines Kondensators 35. deren Werte so bemessen sind, daß sie hohe Störfrequenzen L^Tii.tien. Dies ist notwendig, weil sonst diese h-jchfrc quellten Störsignale wegen des D-Anteils der Reglercnarakteristik hohe Stellsigriale am Ausgang 39 des Reglerverstärkers erzeugen wurden. Am Reglcrausgang 39 steht eine Gleichspannung an. die ein Maß für die Abweichung eier .Sollgeschwindigkeit von der Istgeschwindigkeit darstellt. Mit dieser Gleichspannung wird eine Konstantstromquelle gesteuert, die im gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen taktenden Stromregler gebildet ist. Der Operationsverstärker 40 ist über den Widerstand 41 und den Kondensator 42 mitgekoppelt und über einen Widerstand 43 gegengekoppelt. Damit ist ein Taktgenerator gebildet, dessen Taktfrequenz im wesentlichen durch die Werte des Widerstandes 41 und des Kondensators 42 gebildet ist. Diese sind so gewählt, daß sich eine Frequenz von ca. ICO Hertz ergibt.

Das Ausgangssignal steuert eine Leistungsstufe mit dem Transistor 44, in dessen Kollektorkreis die Parallelschaltung einer Freilaufdiode 45 mit der

Reihenschaltung der Magnetwicklung 15 und eines Meßwiderstandes 46 angeordnet sind. Die Magnetwicklung wird also mit einer Impulsfolge konstanter Frequenz angesteuert.

Die an dem Meßwiderstand 46 anstehende, dem Strom durch die Magnetwicklung 15 proportionale Spannung wird durch den Transistor 47 verstärkt und über die RC-Kombination 48, 49 geglättet. Diese dem Strom der Magnetwicklung proportionale, geglättete Gleichspannung ist über die Leitung 50 auf den Operationsverstärker 40 zurückgeführt.

Das Tastverhältnis des am Ausgang des Operationsverstärkers 40 anstehender Stellsignales hängt von der Höhe der am Ausgang des PD-Reglers anstehenden Spannung sowie von der verstärkten, dem Strom durch die Magnetwicklung 15 proportionalen Meßspannung am Meßwiderstand 46 ab. Auf diese Weise stellt sich unabhängig von Schwankungen der Versorgungsspannungsquelle in der Magnetwicklung immer ein Strom ein, der proportional der Ausgangsspannung des PD- Reglers ist. Da der Verstellweg des Kerns eines Elektromagneten dem Strom proportional ist, wird damit auch das die Geschwindigkeit beeinflussende Element proportional verstellt.

Geht man vom ausgeglichenen Zustand des Regelkreises aus und unterstellt, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit aufgrund einer Störung erhöht wird, was beispielsweise geschieht, wenn das Fahrzeug plötzlich bergab fährt, arbeitet der Regelkreis folgendermaßen:

Die Frequenz des vom Tachogenerator 19 abgegebenen Signals erhöht sich und damit erhöht sich auch die Gleichspannung des am Ausgang der Schaltung 11 anstehenden Signals. Die Potentiometerstellung der Sollwertvorgabeeinrichtung 12 bleibt unverändert, so daß an den Eingängen des Operationsverstärkers 30 eine Differenzspannung ungleich Null ansteht. Diese Spannungsdifferenz wird durch den Operationsverstärker 30 verstärkt, wobei aufgrund der Beschallung als PD-Verstärker im Moment der Belastungsänderung des Fahrzeuges ein hohes Signal am Ausgang erscheint, das mit der Zeit abklingt. Im ersten Moment wird das Tastverhältnis des vom taktenden Stromreglers 14 abgegebenen Stelisignales in Richtung auf höhere Werte hin verschoben, so daß der mittlere Gleichstrom in der Elektromagnetwicklung 15 ansteigt. Dies hat zur Folge, daß die Drosselklappe des Fahrzeuges derart verstellt wird, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit wieder abnimmt. Wesentlich bei diesem Regelkreis isl dabei, daß die verhältnismäßig hohe Verzögerungszeit im Stellantrieb und in der Stellstrecke, nämlich dem Fahrzeug, durch die Ausbildung des PD- Reglers ^r) weitestgehend kompensiert wird. Bei dieser Gelegenheit sei darauf hingewiesen, daß der zweite Rückführzweig des PD-Reglers keinen /Anteil bewirkt, so daß also bei diesem Regelkreis wie bei dem bekannten Regelkreis mit einer bleibenden Regelabweichung

κι gerechnet werden muß, daß diese Abweichung aber sehr viel geringer gehalten wird, weil gegenüber dem bekannten System die Verstärkung des Reglers erhöht werden konnte, da aufgrund des D-Anteils des Reglers auf Störungen schneller ein gegenwirkendes Stellsignal

!5 erzeugt wird.

Wesentlich ist weiter, daß durch den taktenden Stromregler wesentliche Störeinflüsse, nämlich die Änderung der Versorgungsspaniinng -md die Änderung des Widerstandswertes der Magnetspule bei Temperaturänderungen, keinen wesentlichen Einfluß auf den gesamten Regelkreis ausüben. Um diesen Regelvorgang zu beschleunigen und damit die Regelgüte des gesamten Kreises zu erhöhen, kann es zweckmäßig sein, dem Stromregler ebenfalls PD-Charakteristik zu geben. Das

2-, läßt sich sehr einfach dadurch bewerkstelligen, daß zwischen die flC-Kombination 48, 49 und den Eingang des Operationsverstärkers 40 ein Widerstand 60 geschaltet wird, wie dies gestrichelt dargestellt ist. Durch diesen D-Anteil des getakteten Stromreglers

3d wird das Einschwingverhalten des Reglers nochmals verbessert.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen analogen Fahrgeschwindigkeitsregler. Die einzelnen Bausteine dieses Reglers lassen sich jedoch ohne weiteres durch Baugruppen ersetzen, die auf digitaler Basis arbeiten. Auch bei solchen digitalen Regelkreisen wird man dem Regler PD-Verhalten geben, wenn der verwendete Stellantrieb sehr stark verzögerungsbehaftet ist. Diese PD-Charakteristik läßt sich beispielsweise dadurch erzielen, daß die Differenz der Zählerstände zweier Speicher, von denen der eine die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit und der andere die gewünschte Fahrgeschwindigkeit repräsentiert, mit einem Signal verknüpft wird, das die Änderung des Zählerstandes des Speichers für die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit pro Zeiteinheit repräsentiert wobei das verknüpfte Signal zur Tastverhältnissteuerung herangezogen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regelkreis zum Regeln der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges mit einem elektrischen Regler, der ein fahrgeschwindigkeitsabhängiges Signal mit einem einer gewünschten Sollgeschwindigkeit proportionalen Signal vergleicht und in Abhängigkeit von der Differenz dieser beiden Signale ein Stellsignal erzeugt, welches einen Stellantrieb mit proportionalem und sehr stark verzögerungsbehaftetem Verhalten ansteuert, der auf ein die Geschwindigkeit des Fahrzeuges beeinflussendes Element, beispielsweise die Drosselklappe einwirkt, dadurch gekennzeichnet, ΐΐ daß bei stromproportionaler Stellung des Stellantriebs die Ausgangsspannung des Regelverstärkers (30) einer steuerbaren Konstantstromquelle (14) zugeführt und in einen dieser Ausgangsspannung proportionalen Strom umgesetzt wird.

2. Regelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (13) PD-Verhalten aufweist.

3. Regelkreis nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Regelverstärker (30) mit einer durch ein T-Glied mit zwei Längswiderständen (31, 32) und einer Querkapazität (33) gebildeten Gegenkopplung.

4. Regelkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelverstärker (30) in einem zweiten Gcgenkopplungszweig die Parallelschaltung eines Widerstandes (34) und einer Kapazität (35) zur Bildung eines aktiven Glättungsgüedes für hohe Frequenzen aufweist.

5. Regelkreis nach einem der vOrhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- > > bare Konstantstromquelle (14) einen taktenden Stromregler aufweist, der durch einen über die Reihenschaltung eines Widerstandes (41) und einer Kapazität (42) mitgekoppelten und reell gegengekoppelten Verstärker (40) mit zwei Eingängen ίο gebildet ist, wobei dem einen Eingang die Ausgangsspannung des Reglerverstärkers (30) und dem anderen Eingang ein dem Strom der Magnetwicklung (15) proportionales Signal zugeführt wird.

6. Regelkreis nach Anspruch 5, dadurch gekenn- -f. zeichnet, daß die Taktfrequenz des Stromreglers so hoch ist, daß der Stellantrieb aufgrund seiner Trägheit dieser Taktfrequenz, nicht vollständig folgen kann.

7. Regelkreis nach Anspruch 5, dadurch gekvnn- ">" zeichnet, daß zwischen die Magnetwicklung (15) und die Versorgungsspannung ein Meßwiderstand (46) zum Erfassen des durch die Magnetwicklung fließenden Stromes geschaltet ist.

8. Regelkreis nach Anspruch 7, dadurch gekenn- ">> zeichnet, daß die an dem Meßwiderstand (46) abgegeriffene Spannung über ein /?C-Siebglied (48, 49) einem Eingang des Verstärkers (40) der Konstantstromquelle (14) zugeführt wird.

9. Regelkreis nach Anspruch 7, dadurch gekenn- f>o zeichnet, daß die an dem Meßwiderstand (46) abgegriffene Meßspannung über ein T-Glied mit zwei Längswiderständen (48, 60) und einer Querkapazität (49) dem Verstärker (40) der Konstantstromquelle (14) zugeführt wird. b5

Die Erfindung betrifft einen Regelkreis zum Regeln der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges mit einem elektrischen Regler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 23 28 666 ist eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung von Motoren bekannt geworden, die einen Regler aufweist, der ein PD- Verhalten hat Aufgrund des D-Anteils löst ein solcher Regler nach einer Störgrößenänderung schon viel früher eine Gegenoperation aus, so daß ein zu starkes Oberschwingen vermieden wird. Daher kann bei solchen Reglern die Verstärkung des Reg^;ers erhöht werden, ohne daß mit einem Schwingen des Regelkreises gerechnet werden muß. Am Ausgang des bekannten Regelverstärkers steht nunmehr eine Spannung an, welche ein Maß für die Abweichung der Sollgeschwindigkeit von der Istgeschwindigkeit darstellt und die zur Betätigung eines Stellantriebs dient. Würde man diese Spannung einem elektromagnetisch betätigten Stellantrieb zuführen, dessen Verstellweg dem Strom und nicht der Spannung direkt proportional ist, würden Störgrößen, beispielsweise Widerstandsänderungen der Magnetspule aufgrund von Temperaturänderungen oder Änderungen der Versorgungsspannung wegen des P-Anteils des Regelverstärkers zu bleibenden Regelabweichungen führen. Weiterhin ist aus der US-PS 38 85 644 ein Fahrgeschwindigkeitsregelsystem bekannt geworden, bei dem die Stellung der Drosselklappe in ein elektrisches Signal umgesetzt wird. Mit diesem elektrischen Signal wird das geschwindigkeitsproportionale Signal so verändert, daß bei hohen Fahrgeschwindigkeiten eine reduzierte Spannung am Ausgang des Reglers angezeigt wird. Durch diese Maßnahme wird ein angenehmeres Fahrverhalten des Fahrzeugs verwirklicht. Diese Maßnahmen zur Verbesserungen des Regelverhaltens eines Fahrgeschwindigkeitsreglers sind aufwendig, da zusätzliche Geber und Verknüpfungsschaltungen erforderlich sind, die die Stellung der Drosselklappe erfassen und das entsprechende Signal mit der Istgeschwindigkeit des Fahrzeuges verknüpfen. Durch Veränderungen im Geber bedingte Regelabweichungen können nicht beseitigt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Regelgüte eines Fahrgeschwindigkeitsreglers der eingangs genannten Art weiter zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Gemäß der Erfindung wird die Aiisgangsspannung des Reglerverstärker¹, einer steuerbaren Konstantstromquelle zuircfi:*¹·"! '
in einen proportionalen Strom umgesetzt. Dk zu\· erwähnten .Störgrößer, werden damit praktisch eliminiert und beeinflussen den Regelkreis nicht mehr, so dal.) hieraus keine bleibenden Regelabweichungen entstehen können. Alterungserscheinunger. der Stellantriebe. Änderungen der Versorgungsspannung oder andere Störgrößen können den Fahrgeschwindigkeitsregler nicht beeinflussen, so daß eine einmal vorgegebene Geschwindigkeit konstant beibehalten wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unieransprüchen gekennzeichnet. Zwar ist der erfindungsgemäße Regelkreis auch als P-Regler ausbildbar, vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Regler ein PD-Verhalten aufweist. Durch das PD-Verhalten ist es möglich, die Verstärkung des Regelkreises zu erhöhen. ohne daß der Regler Schwingneigungen zeigt.

Um zu verhindern, daß Störsignale hoher Frequenz wegen des D-Anteils des Reglers große Änderungen des Stellsignales hervorrufen, ist ein Glättungsglied mit