DE2701567C2

DE2701567C2 - Geschwindigkeitssteuereinrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE2701567C2
Application number: DE2701567A
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing.(Grad.) 7141 Schwieberdingen Fleischer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-01-15
Filing date: 1977-01-15
Publication date: 1987-03-26
Also published as: US4169437A; SE7800371L; IT7819072A0; IT1091864B; DE2701567A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Geschwindigkeitssteuereinrichtung, bei der ein Pedal und ein Geschwindigkeitsregler zusammenwirken. Dabei wird die jeweilige Sollgeschwindigkeit vom Fahrer entweder mittels Hand oder Fußbetrieb vorgegeben und in einem Geschwindigkeitsregler mit einem auf geeignete Weise gewonnenen Istgeschwindigkeitssignals verglichen, worauf der Regler dann die vorgewählte Geschwindigkeit bis zu einem Änderungssignal konstant hält. Die Stellung des Gaspedals markiert bei dieser Einrichtung demnach die Geschwindigkeit. Dabei wird die Brennkraftmaschine in weiteren Bereichen, besonders bei kleinen und mittleren Geschwindigkeiten und bei Beschleunigungsvorgängen in Arbeitspunkten mit großem spezifischem Kraftstoffverbrauch betrieben. Die direkte Kupplung der Drosselklappe mit dem Gaspedal läßt die Optimierung des Kraftstoffverbrauches nicht zu.
Aus der US-PS 38 89 647 ist ein Geschwindigkeitsregelsystem mit einem Soll-Istvergleich und einem nachfolgenden "Funktionsgenerator" zur Bereitstellung eines Ansteuersignals für ein Proportionalventil in Verbindung mit der Kraftstoffzumessung bekannt. Dieser Patentschrift ist jedoch keinerlei Hinweis in der Richtung zu entnehmen, dem normalen Fahrpedal eine andersartige Funktion zuzuordnen.
Aus der DE-OS 20 46 542 ist eine Steuerschaltung zum Regeln von Brennkraftmaschinen mit einer Matrix bekannt, aus der entsprechend Drehzahl- und Lastsignalen ein Kraftstoffzumeßsignal ausgelöst werden kann. Als Eingangsgröße ist dort von zwei Parametern der Brennkraftmaschine die Rede, nämlich von Drehzahl und Druck im Ansaugrohr. Auch dieser Schrift ist kein Hinweis in Richtung auf eine Vorgabe der Geschwindigkeitsänderung zu entnehmen.
Aus der JP-OS 51 138 235 ist ein sogenanntes elektronisches Gaspedal bekannt, bei dem die Stellung der Drosselklappe abhängig von der Stellung des Fahrpedals eingeregelt wird. Dies dient dazu, die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine nicht nur vom Fahrerwunsch abhängig zu machen, sondern zusätzlich von den einzelnen Erfordernissen der Maschine, z. B. mit Blick auf ein besonders schadstoffarmes Abgas und weiche Übergänge zwischen einzelnen Fahrzuständen.
Auch die US-PS 37 66 895 offenbart ein Drehzahlregelungssystem unter anderem mit einem Integralregler. Über die Art der Sollwertvorgabe wird nichts ausgesagt, ein Hinweis auf eine spezielle Version findet sich nicht.
Die US-PS 38 85 137 offenbart ein Fahrgeschwindigkeitsregelsystem, das zwischen verschiedenen Fahrzuständen, nämlich Beschleunigen, konstante Geschwindigkeit und Verzögerung unterscheidet. Die Wirkungsweise dieses Fahrgeschwindigkeitsreglers beruht jedoch auf einem herkömmlich wirkenden Fahrpedal.
Die DE-OS 23 35 445 beschreibt ein Verfahren zur Einhaltung eines Geschwindigkeitsbereichs bei Kraftfahrzeugen, bei dem für das Gaspedal ein überwindbarer Anschlag bei einer eingestellten Sollgeschwindigkeit vorgesehen ist, um dem Fahrer einen entsprechenden Hinweis geben zu können. Auch jenes Fahrpedal gibt die Geschwindigkeit vor und nicht die Geschwindigkeitsänderung.
Aus der DE-AS 14 38 816 ist eine Geschwindigkeitsregeleinrichtung für elektrische Triebfahrzeuge bekannt, bei der der Fahrzeugführer eine bestimmte Geschwindigkeit vorwählen kann, die nach Vergleich mit einem Geschwindigkeitsistsignal in einen Beschleunigungswunsch umgesetzt wird, der dann zur Auswahl von Fahrleistungsstufen aufbereitet wird. Auch jene Geschwindigkeitsregeleinrichtung gibt somit nicht die gewünschte Beschleunigung vor, sondern verarbeitet die sich einstellende Beschleunigung zu einer Stellgröße.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Geschwindigkeitssteuereinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber dem bekannten System den Vorteil, daß die gewünschten Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgänge definiert am Gaspedal vorliegen. Damit wird es möglich, daß der Regler den eindeutig vorliegenden Fahrerwunsch in Arbeitspunkten mit minimalem Kraftstoffverbrauch ausführt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Geschwindigkeitssteuereinrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist, den Funktionsgenerator für die drei Bereiche, Beschleunigung, konstante Geschwindigkeit und Verzögerung in der Weise auszubilden, daß die Übergänge zwischen den einzelnen Bereichen weich und gut einstellbar erfolgen, d. h. ohne daß der Fahrer eine unangenehme Geschwindigkeitsänderung spürt. Günstig auf den Kraftstoffverbrauch und den Komfort des Kraftfahrzeuges wirkt sich aus, wenn das Einstellglied in seiner Ruhelage mit einer Leerlaufdrehzahlregelung zusammenwirkt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine grobe schematische Darstellung der Geschwindigkeitssteuereinrichtung;
Fig. 2 eine detaillierte Darstellung der Einrichtung von Fig. 1;
Fig. 3 eine genauere Darstellungsart eines Ausschnitts der Einrichtung von Fig. 2;
Fig. 4 ein komplettes Blockschaltbild der Geschwindigkeitssteuereinrichtung;
Fig. 5 zeigt das Ausgangssignal des Funktionsgebers abhängig von der Stellung des Einstellgliedes;
Fig. 6 die drei möglichen Fälle einer Überschreitung der gewählten höchstzulässigen Differenz von Soll- und Istbeschleunigung des Fahrzeugs.

Beschreibung der Erfindung

In Fig. 1 ist mit 10 ein Einstellglied für die Beschleunigung bzw. die Verzögerung bezeichnet, mit 11 ein Geschwindigkeitssollwertgeber, dem ein Geschwindigkeitsregelverstärker 12 sowie ein Antriebsaggregatsregler 13 folgt.
Wesentlich ist, daß mit dem Einstellglied 10 die Beschleunigung bzw. Verzögerung abhängig vom Fahrerwunsch vorgegeben wird und im Geschwindigkeitssollwertgeber 11 dieser Fahrerwunsch in einen Geschwindigkeitssollwert aufbereitet wird. Dieser Geschwindigkeitssollwert wird dann zusammen mit einem Geschwindigkeits- Istwert dem Geschwindigkeitsregelverstärker 12 zugeführt, dessen Ausgangssignal wiederum den Antriebsaggregatregler steuert. Dieser Antriebsaggregatregler 13 wirkt im vorliegenden Fall direkt auf die Stellung der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine 1, deren Verstellwinkel somit abhängig vom Ausgangssignal des Geschwindigkeitsregelverstärkers 12 ist. Besonders zweckmäßig ist es auch, wenn der Antriebsaggregatsregler 13 zusätzlich ein Getriebe steuert, um die Brennkraftmaschine im Arbeitspunkt mit minimalem Kraftstoffverbrauch zu betreiben.
Fig. 2 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild der Geschwindigkeitssteuereinrichtung von Fig. 1. Aufgefächert ist hier der Geschwindigkeitssollwertgeber 11 mit einem Funktionsgenerator 15, einem Integrator 16, z. B. einen Zähler, sowie einer Ladestufe 17. Zur Festlegung der Integrationsrichtung, d. h. der Zählrichtung des Integrators 16, dient noch die Integrationsrichtungslogik 18.
Die Wirkungsweise der Geschwindigkeitssteuereinrichtung von Fig. 2 ergibt sich wie folgt. Das Einstellglied 19 gibt ein winkelabhängiges Ausgangssignal ab, das einmal dem Funktionsgenerator 15 und einmal der Integrationsrichtungslogik 18 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 15 bildet das Eingangssignal der Ladestufe 17, die durch einen spannungsgesteuerten Oszillator gebildet wird. Das Ausgangssignal dieser Ladestufe 17 ist somit in seiner Frequenz abhängig von der Stellung des Einstellgliedes 10, d. h. je nachdem, ob der Winkel kleiner oder größer einem bestimmten Grundwinkel ist erfolgt im Integrator 16 eine Integration in Richtung höherer oder niedriger Werte veranlaßt durch die Integrationsrichtungslogik 18.
Ist das Einstellglied 10 bis zum Grundwinkel gedrückt, was dem Druckpunktbereich entspricht, soll der Funktionsgenerator 15 kein Signal abgeben. Ebenso soll die Ladestufe 17 kein Ausgangssignal liefern, so daß der im Integrator 16 enthaltene Wert konstant bleibt und damit auch die Sollgeschwindigkeit. Erfolgt eine Beschleunigung für Winkel größer als dem Grundwinkel, so stellt die Integrationsrichtungslogik 18 den Integrator 16 auf Aufwärtsintegration. Gleichzeitig gibt der Funktionsgenerator 15 ein vereinbartes Signal ab und die Ladestufe 17 ein Ausgangssignal vorbestimmter Frequenz. Der Integrator 16 zählt nun so lange aufwärts, wie das Einstellglied 10 über seinen Grundwinkel hinaus gedrückt ist, was einem Beschleunigungsvorgang entsprechen soll.
Für den Verzögerungsvorgang wird der Druck auf das mit Federkraft in seiner Ruhelage gehaltene Einstellglied 10 abgesenkt, der Winkel unterschreitet damit den Grundwinkel, d. h. den Druckpunkt, und es erfolgt ausgelöst durch die Integrationsrichtungslogik 18 im Integrator 16 ein Abwärtszählvorgang entsprechend den Ausgangssignalen von Funktionsgenerator 15 und Ladestufe 17. Diese Verzögerung dauert ebenfalls so lange, wie das Einstellglied 10 unterhalb seines Druckpunktes liegt.
Fig. 5 zeigt das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 15 aufgetragen über dem in Prozenten angegebenen Weg des Einstellgliedes 10. Erkennbar sind vier Bereiche: Leerlaufbereich, Verzögerungs-, Druckpunkt- und Beschleunigungsbereich. Im Leerlaufbereich befindet sich das Einstellglied im ruhenden Zustand. Daran schließt sich der Verzögerungsbereich bis zu einem Druckpunktbereich an, dem wiederum der Bechleunigungsbereich folgt. Hat das Fahrzeug die gewünschte Geschwindigkeit erreicht, so wird das Einstellglied in den Druckpunktbereich gestellt. Nach beiden Seiten fällt bzw. steigt das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 15 vorzugsweise mit der Anfangssteigung 0 progressiv. Dabei hat es sich als günstig erwiesen, den Druckpunktbereich etwa zwischen 30 und 40% des Gesamtweges des Einstellgliedes zu legen. Damit verbleibt für den Beschleunigungsbereich ein Anteil von 60%, was eine feinstufige Einstellmöglichkeit bietet.
Die Erläuterung des Blockschaltbildes nach Fig. 3 erfolgt zweckmäßigerweise anhand der Diagramme von Fig. 6. Fig. 6a zeigt den Fall, daß der Fahrer fortlaufend eine bestimmte Beschleunigung vorgibt, wodurch der Sollwert der Geschwindigkeit linear ansteigt. Kann das Fahrzeug diese Sollgeschwindigkeit nicht einhalten, was z. B. bei Steigungsstrecken der Fall sein kann, so vergrößert sich der Abstand von Sollgeschwindigkeit und Istgeschwindigkeit zusehends, wobei die Sollgeschwindigkeit über der Istgeschwindigkeit liegt.
Ähnlich verhält es sich bei der Abbremsung, wenn die Istgeschwindigkeit des Fahrzeuges schneller reduziert wird als die Sollgeschwindigkeit. Auch hier kann die Sollgeschwindigkeit in zunehmendem Maße über der Istgeschwindigkeit liegen. Dies ist in Fig. 6b dargestellt.
Fig. 6c zeigt schließlich den umgekehrten Fall, daß nämlich die Sollgeschwindigkeit unterhalb der Istgeschwindigkeit liegt, was mit einer Motorbremsung im extremen Schiebebetrieb erreicht werden kann.
Es muß nun Vorsorge getroffen werden, daß diese Differenz von Soll- und Istgeschwindigkeit keine zu großen Werte annimmt, da sonst der Fahrerwille erneut verfälscht werden würde. Am deutlichsten wird dies im Fall der Abbremsung nach Fig. 6b. Beendet hier der Fahrer den bewußten Bremsvorgang, so würde die Geschwindigkeitssteuereinrichtung das Fahrzeug sofort gegen den Willen des Fahrers beschleunigen, da der Geschwindigkeitssollwert ja noch erheblich über dem Geschwindigkeitsistwert liegt. Das Fahrzeug wäre so nicht fahrbar.
Abhilfe schafft hier eine in Fig. 3 mit 20 bezeichnete Integratorsteuereinrichtung, die ausgehend vom Ausgangssignal des Geschwindigkeitsregelverstärkers 12 auf Ladestufe 17 und Integrationsrichtungslogik 18 einwirkt.
Die Integrationssteuereinrichtung 20 besteht im wesentlichen aus zwei Schwellwertschaltern, die erkennen, ob die Differenz von Ist- und Sollgeschwindigkeit bestimmte Werte überschritten hat. Ist dies der Fall, dann wird in der Ladestufe 17 auf eine erhöhte Frequenz umgeschaltet und in der Integrationsrichtungslogik 18 auf abwechselnde Zählrichtung geschaltet. Dadurch läßt sich eine im Mittel gleichbleibende Differenzgeschwindigkeit erreichen und der Sollzustand entfernt sich nicht allzuweit vom Istzustand, wodurch auch die Zeit für die Anpassung des Istzustandes an den Sollzustand kleingehalten wird.
Neben die wechselnde Zählung mit erhöhter Frequenz kann auch nur die Zählung in einer Richtung mit erhöhter Frequenz treten, während in der anderen Richtung die Zählung entsprechend dem vorgegebenen Sollwert erfolgt. In diesem Fall liegen dann jeweils eine Flanke des Sägezahns des korrigierten Sollwertes parallel der vom Fahrer vorgegebenen Sollgeschwindigkeitslinie.
Fig. 4 zeigt das komplette Blockschaltbild der Geschwindigkeitssteuereinrichtung. Dabei stimmen die Bezugszeichen mit denen der Fig. 1 bis 3 überein. Hinzu kommt ein elektronischer Druckpunkthalter 25, der wahlweise dem Einstellglied 10 parallelgeschaltet werden kann und dann eine Handbedienung möglich ist. Dies hat den Vorteil, daß der das Einstellglied 10 betätigende Fuß entlastet werden kann. Dieser Druckpunkthalter gibt im einfachsten Fall nur eine Spannung entsprechend dem Ausgangswert des Einstellgliedes beim Druckpunkt, d. h. dem Grundwinkel, ab. Möglich ist jedoch auch eine Handschaltung zur Erhöhung oder Verringerung der Sollgeschwindigkeit. Diese Bedienung entspricht den bekannten Geschwindigkeitsregelanlagen.
Der Antriebsaggregatsregler 13 enthält in Fig. 4 einen Stellregler 30, der über eine Endstufe 31 auf ein die Drosselklappe 32 verstellendes Stellglied 33 einwirkt, und von diesem Stellglied 33 der Winkelistwert des Drosselklappenwinkels über eine Winkelaufbereitungsstufe 34 zum Stellregler 30 zurückgeführt wird.
Zwischen Geschwindigkeitsregelverstärker 12 und Antriebsaggregatsregler 13 findet sich noch ein Koppelglied ( Höchstwertauswahlstufe) 40, dem neben dem Ausgangssignal des Geschwindigkeitsregelverstärkers 12 noch das Ausgangssignal eines Leerlaufdrehzahlreglers 41 zugeführt wird. Dieser Leerlaufdrehzahlregler 41 erhält einmal einen Leerlaufdrehzahlsollwert und einmal die Motordrehzahl zugeführt. Das Koppelglied 40 sorgt nun dafür, daß mittels des Antriebsaggregats-Reglers 13 die Leerlaufdrehzahl ihren Sollwert nicht unterschreitet. Mit 43 schließlich ist noch eine Drehzahlaufbereitungsstufe für die Fahrgeschwindigkeit bezeichnet, deren Ausgangssignal zum Geschwindigkeitsregelverstärker 12 geführt ist. Dieser ist zweckmäßigerweise al P-Regler oder PD-Regler ausgeführt.
Die Geschwindigkeitssteuereinrichtung nach der vorstehend beschriebenen Art ermöglicht einerseits eine der Pedalstellung des Einstellgliedes eindeutige Zuordnung des Fahrerwunsches, verbunden mit den Vorteilen der Geschwindigkeitsregelung ohne Zusatzbedienung und der Leerlaufdrehzahlregelung für eine lastunabhängige Leerlaufdrehzahl. Bei Handschaltgetrieben ergibt sich durch die Leerlaufdrehzahlregelung eine Anfahrhilfe, da die Drehzahlregelung die Laständerung durch den Kupplungsvorgang ausregelt.
Die zur Bedienung des Fahrzeugs notwendigen Bewegungen des Einstellgliedes, d. h. des Fahrpedals, entsprechen zwar nicht genau denen des herkömmlichen Gaspedals, sie bringen aber nach kurzer Eingewöhnung Vorteile durch die Eindeutigkeit der Zuordnung von Fahrerwunsch und Fahrgeschwindigkeitsänderung.

Claims

1. Einrichtung zum elektrischen Steuern der Fahrgeschwindigkeit von Fahrzeugen mit Brennkraftmaschinen, mit einem vom Fahrzeugführer betätigbaren Einstellglied ( 10) zur Beaufschlagung eines Sollgeschwindigkeitsgebers (11) und einer anschließenden Geschwindigkeits-Regelschaltung (12) zum Erzeugen eines Steuersignals für eine die Drehzahl der Brennkraftmaschine bestimmende Antriebs-Stellvorrichtung (13), dadurch gekennzeichnet, daß der Sollgeschwindigkeitsgeber (11) einen mit dem vom Fahrzeugführer betätigbaren Einstellglied (10) verbundenen Funktionsgenerator (15) zur unmittelbaren Vorgabe der Geschwindigkeitsänderung und eine nachgeschaltete Integration ( Integrationsstufe 16) zur Bestimmung Sollgeschwindigkeit des Fahrzeugs aufweist.

2. Geschwindigkeitssteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellglied (10) wenigstens drei Bereiche für Verzögerung, konstante Geschwindigkeit und Beschleunigung erfaßt, wobei der Bereich konstante Geschwindigkeit vorzugsweise durch einen mechanischen Druckpunkt markiert ist.

3. Geschwindigkeitssteuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Einstellglied (10) ein wahlweise betätigbarer elektronischer Druckpunkthalter parallel schaltbar ist.

4. Geschwindigkeitssteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Funktionsgenerator (15) und den der Integration dienenden Integrator (16) eine steuerbare Ladestufe (17) geschaltet ist.

5. Geschwindigkeitssteuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladestufe (17) für den der Integration dienenden Integrator (16) als spannungsgesteuerter Oszillator ausgebildet ist.

6. Geschwindigkeitssteuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladestufe (17) und eine Integrationsrichtungslogik (18) außer vom Einstellglied (10) mittels einer Integratorsteuereinrichtung (20) unabhängig vom Ausgangssignal der dem Integrator (16) nachgeschalteten Geschwindigkeitsregelschaltung (12) steuerbar sind.

7. Geschwindigkeitssteuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Integratorsteuereinrichtung erst bei Soll-Istgeschwindigkeitsdifferenz oberhalb bestimmter Werte Signale für die Ladestufe und die Integrationsrichtungslogik abgibt.

8. Geschwindigkeitssteuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswerte des Funktionsgenerators (15) für die drei Bereiche Beschleunigung, konstante Geschwindigkeit und Verzögerung je an den Berührungspunkten weich ineinander übergehen.

9. Geschwindigkeitssteuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß gesteuert durch den Funktionsgenerator (15) Beschleunigung und Verzögerung mit jeweils größerer Entfernung vom Bereich der konstanten Geschwindigkeit progressiv zunehmen.

10. Geschwindigkeitssteuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem dem Bereich konstante Geschwindigkeit abgewandten Ende des Verzögerungsbereichs ein Leerlaufbereich vorgesehen ist.

11. Geschwindigkeitssteuereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsstellvorrichtung (13) wenigstens mit der Drosselklappe (32) der Brennkraftmaschine in Verbindung steht.

12. Geschwindigkeitssteuereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsstellvorrichtung (13) ein Koppelglied (40) mit Eingängen für die Leerlaufdrehzahl und das Steuersignal aus der Geschwindigkeitsregelschaltung (12) vorgeschaltet ist.

13. Geschwindigkeitssteuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellglied (10) für Fußbedienung und ein Druckpunkthalter (25 ) für Handbedienung ausgelegt ist.

14. Geschwindigkeitssteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Druckpunkts im Einstellglied (10) und/oder Druckpunkthalter (25) geschwindigkeitsabhängig ist.

15. Geschwindigkeitssteuereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der von Hand zu bedienende Druckpunkthalter (25) als Beschleunigungs- und Verzögerungsgeber ausgebildet ist.