DE2843256A1 - Vorrichtung zur regelung einer kraftfahrzeug-antriebseinheit - Google Patents

Vorrichtung zur regelung einer kraftfahrzeug-antriebseinheit

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Description

Ro 5 0 34
14.9.1978 A 21 X/kg
ROBERO? BOSCH GtIBH, 7000 Stuttgart 1 Vorrichtung zur Regelung einer Kraftfahrzeug-Antriebseinheit Stand' der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Regelungsvorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruches« Es ist schon eine solche Regelungsvorrichtung vorgeschlagen worden (P 28 11 574«7) bei der von einem Sollwertgeber eine Motorleistung vorgegeben wird, die über einen Motorkennlinienspeicher in einen Kraftstoffzumeßwert umgewandelt wird, der die Kraftstoffzumessung zum Motor steuert, beispielsweise die Drosselklappe eines "Vergasers oder die Regelstange einer Einspritzpumpe einer Dieselmaschine. Die Motorkennlinien
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sind in einem Motorkennlinienspeicher enthalten, dessen Ausgangswert in Abhängigkeit von dem eingegebenen Leistungssollwert als verbrauchsoptimal ermittelt ist· Außerdem wird der Leistungssoliwert einem Getriebekennlinienspeicher zugeführt, dem außerdem auch die Abtriebsdrehzahl zugeführt wird und der in Abhängigkeit von diesen beiden Werten sowie den eingespeicherten Getriebekennlinien ein Stellglied zur Einstellung des Getriebes steuert. Dabei können sowohl Stufengetriebe als auch stufenlose Getriebe angesteuert werden· Um in Situationen, in denen eine hohe Leistung verlangt wird, diese erhöhte Leistung rasch bereitstellen zu können, ist ein Umschalter vorgesehen, der von einer Verbrauchsoptimierten Regelung auf eine Ieistungsoptimierte Regelung umschalte^ wenn die ihm eingegebenen Kraftstoffzumeßwerte und die Drehzahl des Motors eine vorgegebene Differenz zu der gewünschten Solleistung überschreiten» Es sind jedoch bei dieser Anordnung zwei Kennlinienspeicher erforderlich und es muß, um in Bedarfsfällen eine erhöhte Leistung rasch bereitzustellen, die erwähnte Umsehaltevorrichtung vorgesehen sein.
Es ist eine Steuereinrichtung bekannt (US-PS 33 24 740), bei der im Normalbetrieb der Fahrer das Übersetzungsverhältnis des Getriebes und die Motordrehzahl einstellt, wobei die Motordrehzahl über die Kraftstoffzufuhr in herkömmlicher Weise durch Einwirken auf den Vergaser (oder eine Einspritzpumpe) gesteuert wird. Durch ein erstes Steuergerät wird die gewünschte Drehzahl der Antriebsbrennkraftmaschine durch Endverstellung der Drosselklappe aufrechterhalten, während durch ein zweites Steuergerät
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das Übersetzungsverhältnis des Getriebes eingestellt wird. Um bei Überlastung an der Abtriebswelle ein Abwürgen der Antriebsmaschine zu verhindern ist ein zusätzliches Steuergerät vorgesehen, das das Übersetzungsverhältnis des Getriebes beeinflußt und das auch bei unzulässigen Erhöhungen der Antriebsmaschinendrehzahl eingreift· Dieses zusätzliche Steuergerät wird jedoch nur dann wirksam, wenn die gewünschte Antriebsdrehzahl der Brennkraftmaschine nicht über das entsprechende Stellglied aufrechterhalten werden kann·
Es ist auch eine Vorrichtung zum gemeinsamen Steuern einer Antriebsmaschine und eines'stufenlosen hydrostatischen Getriebes bekannt (DE-OS 23 40 841), bei der der Antriebsmotor (Brennkraftmaschine) und das hydrostatische Getriebe in Abhängigkeit von einem vom Pahrpedal vorgegebenen Drehmomentsollwert und dem aus dem Schluckvolumen und dem Betriebsdruck ermittelten Drehmomentistwert geregelt werden. Dabei wird von einem Drehzahlgeber die Antriebsmaschinendrehzahl erfaßt und das entsprechende Signal dient zur Nullpunktverschiebung bei der Zuführung des Drehmoment-Istwertsignales zu einer die Stellgröße für die Schrägscheiben des hydrostatischen Getriebes erzeugenden Regelstufe.
Nachteil der beiden vorstehend erläuterten Vorrichtungen ist es, daß die Betriebsdaten der Antriebsmaschine zur Erzielung eines minimalen Kraftstoffverbrauches nicht oder nur näherungsweise erfaßt werden und damit eine verbrauchsoptimale Betriebsweise des Kraftfahrzeuges mit entsprechend geringer Schadstoffemission nicht gewährleistet ist.
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Es ist auch, eine Regeleinrichtung für die Brennstoffzufuhr und für das übersetzungsverhältnis eines Antriebes für Kraftfahrzeuge bekannt (DE-AS 23 28 112), bei der vom Fahrpedal ein Motordrehzahl-Sollwert vorgegeben wird, der mit dem Motordrehzahl-Istwert verglichen wird, wobei die Differenz dieser Werte zur Steuerung von das übersetzungsverhältnis des stufenlosen Getriebes verändernden Magnetventilen dient· Gleichzeitig wird ein die Drosselklappe einstellendes Magnetventil von der genannten Differenz der Motordrehzahl-Signale und vom Motordrehzahl-Istwert über eine Kennlinie gesteuerte Auch diese Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß sie die optimalen Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges für minimalen Kraftstoffverbrauch nur unvollkommen erfaßt.
Gemeinsamer Nachteil der vorstehend geschilderten bekannten Vorrichtungen ist schließlich, daß sie allenfalls einen näherungsweise verbrauchsgünstigen Betrieb bewirken und keine Möglichkeit besteht, bei Bedarf die volle Leistung des Kraftfahrzeuges einzustellen« Dies kann zu Gefahrensituationen führen, wenn der Kraftfahrer, beispielsweise beim Überholen, auf eine schnelle Bereitstellung einer hohen Antriebsleistung des Antriebsmotors angewiesen ist.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Eegelungsvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat den Vorteil, daß der Sollwertgeber unmittelbar eine Zugkraft vorgibt
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und auf das Einstellglied zum Einstellen der Getriebeübersetzung einwirkt, wobei parallel hierzu ein Leistungssollwertsignal erzeugt und verbrauchskennlinienabhängig ein Drehzahlsignal gebildet wird, das mit der Istdrehzahl verglichen wird, worauf die Drehzahldifferenz zwischen Sollwert und Istwert der Drehzahl einen Kraftstoffregler beeinflußt, beispielsweise die Drosselklappe eines Vergasers oder die Regeistange einer Einspritzpumpe. Es ist auf diese Weise mit relativ geringem Aufwand eine Verbrauchs-" optimale Regelung mögliche Trotzdem ist auch ein rasches Bereitstellen einer erhöhten Zugkraft möglich, weil der Sollwertgeber unmittelbar auf die Getriebeübersetzung einwirkt·
Durch die in den Unteransprächen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Regelungsvorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist zur Verhinderung eines Abwürgens des Motors im oberen Leistungsbereich, wenn bei höherer Fahrgeschwindigkeit der Sollwertgeber eine Getriebeeinstellung zur Folge hätte, bei der ein größeres Eingangsdrehmoment von der Antriebsmaschine gefordert wird als diese zu erzeugen mag, ein Querregler eingreift und die Einwirkung des Sollwertgebers auf den Getriebesteller begrenzt«, Dabei erhält der Querregler ein Signal, das von dem Drehzahldifferenzsignal und dem Ausgangswert des Kraftstoff reglers, nämlich der Differenz zur Vollastgrenze, abhängig ist. Dabei weist der Regler eine veränderbare Verstärkung auf, es ist also der P-Anteil hinsichtlich seines Faktors veränderbar. Diese Wirkung kann auch dadurch erzielt
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werden, daß dem Regler ein Proportionalglied vorgeschaltet ist, dem ein Fahrgeschwindigkeitssignal und ein Signal über die Antriebsmaschinendrehzahl zugeführt und das Verhältnis hiervon gebildet wird (das der Übersetzung des Getriebes proportional ist)·
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläuterte Es zeigen Fig. 1 eine Leistungs-Drehzahl-Kennlinie mit entlang der Kennlinie eingetragenen Verbrauchswerten und Fig. 2 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles der Erfindung.
Beschreibung; des Ausführunssbeispiels
Das Diagramm gemäß Fig. 1 zeigt eine Kennlinie 1 optimalen Verbrauchs, wobei auf der Ordinate die Leistung der Brennkraftmaschine und auf der Abszisse deren Drehzahl aufgetragen ist. Die Kennlinie 1 ist entlang ihrem Verlauf mit Verbrauchswerten skaliert, die im vorgelegten Beispiel von 234 g/kWh im mittleren Bereich der Kennlinie bis zu 24-5 g/kWh im oberen und 270 g/kWh im weit unteren Bereich reichen. Die Kennlinie 1 ist aus dem üblichen Kraftstoffverbrauchskennfeld ermittelt, bei dem über der Drehzahl das Drehmoment aufgetragen und Leistungshyperbeln eingetragen sind. Die etwa die Gestalt von Höhenlinien eines Geländeprofiles aufweisenden Linien gleichen Verbrauchs werden von den
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Leistungs-Hyperbeln geschnitten. Etwa die Mitte zwischen diesen beiden Schnittpunkten der Leistungs-Hyperbeln mit einer Linie gleichen Verbrauchs ist ein Punkt auf der Kennlinie 1.
Die in Fig. 2 dargestellte Eegelungsvorrichtung umfaßt einen Sollwertgeber 2, beispielsweise ein Fahrpedal dessen Ausgangswert über ein Verzögerungsglied 3 gegeben wird, um auch, bei ruckartigem Betätigen des Sollwertgebers 2 ein möglichst ruckarmes Indern der Fahrzeuggeschwindigkeit zu erreichen und Stöße vom Fahrzeug und insbesondere den Passagieren fernzuhalten· Vom Verzögerungsglied 3 führt eine Wirkverbindung 4 an einen Getriebeeinsteller 5, der seinerseits unmittelbar auf ein hydrostatisches Getriebe 6 einwirkt. Der Getriebeeinsteller wirkt auf Schluckmenge und Druck von Pumpe und Motor des hydrostatischen Getriebes 6, dessen Abtrieb über eine Welle 7 und ein Ausgleichsgetriebe 8 Räder 9 des Fahrzeuges antreibt.
Der Ausgang des Verzögerungsgliedes 3 ist ferner mit einem Multiplikator 11 unter Zwischenschaltung eines Proportionalgliedes 10 verbunden. Der Eingang des Multiplikators 11 erhält somit einen der Stellung des Sollwertgebers 2 verzögert folgenden Proportionalwert der gewünschten Zugkraft (bzw. des Drehmomentes) an den Antriebsrädern 9· Dem anderen Eingang dea Multiplikators 11 wird ein der Geschwindigkeit des Fahrzeuges proportionales Signal über eine Leitung 12 zugeführt die an einen Drehzahlgeber 13 geführt
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ist, der die Drehzahl der Welle 7 oder eine dazu proportionale Drehzahl erfaßt. Der Ausgang des Multiplikators 11, dessen Eingänge ein Zugkraftsignal F und ein Fahrgeschwindigkeitssignal ν zugeführt erhalten, liefert also ein Leistungs-Sollwertsignal P_, das über eine Verbindung 14 einem Drehzahlsignalgeber 15 zugeführt wird der als Ausgang ein Signal liefert, das der Solldrehzahl Ui entspricht, wobei der Zusammenhang zwischen der Solleistung P_ und der Solldrehzahl CJa durch die Kennlinie 1 gemäß Fig. gegeben ist. Das Solldrehzahlsignal ua gibt also bei einer vorgegebenen Solleistung die Drehzahl der Brennkraftmaschine an, bei der ein optimal geringer Brennstoffverbrauch sich einstellt. Das der Solldrehzahl entsprechende Signal wird einem ersten Vergleicher 16 zugeführt, der andererseits von einem Drehzahlgeber 17 ein Ist-Drehzahlsignal CJ erhält, das der momentanen Drehzahl des Antriebsmotors 18 (Brennkraftmaschine) proportional ist. Am Ausgang des Vergleichers erhält man somit ein Differenzdrehzahlsignal AU, das über eine Verbindungsleitung 19 einem Kraftstoffregler 20 zugeführt wird, der vorzugsweise als PI-Regler ausgebildet ist. Der Kraftstoffregler 20 wirkt unmittelbar auf eine Kraftstoffzumeßvorrichtung 21 ein, bei der es sich um die Drosselklappe eines Vergasers oder die Regeistange einer Einspritzpumpe handeln kann. Die Kraftstoffzumeßvorrichtung 21 führt dem Motor 18 die jeweils benötigte Kraftstoffmenge zuo
Wird die Fahrpedalstellung, also die Stellung des Sollwertgebers 2 verändert, so wird über den G-etriebeeinsteller 5 das hydrostatische Getriebe 6 in der Weise umgestellt,
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daß sich die der Stellung des Sollwertgebers entsprechende Zugkraft einstellt, die den Fahrwiderstand überwindet und ggf. ein zusätzliches Beschletmigungsmoment zur Wirkung können läßt. Der Antriebsmotor 18 ist drehzahlgeregelt und erhält über den Kraftstoffregler so viel Kraftstoff, daß sich die für die Aufbringung der geforderten Leistung Verbrauchsoptimale Drehzahl einstellte
V/ird nun der Sollwertgeber 2 so eingestellt, daß der Antriebsmotor 18 keine ausreichende Leistung mehr zur Verfügung stellen kann, weil sie über sein Leistungsvermögen hinausgeht, so greift der nachfolgend beschriebene Querregler 22 ein«, Der Querregler 22, bei dem es sich vorzugsweise um einen PI-Regler handelt, erhält über ein veränderbares Proportionalglied 23 ein Eingangssignal und wirkt an seinem Ausgang auf einen Begrenzer 24, der die Wirkung des Sollwertgebers 2 auf den Getriebeeinsteller begrenzt. Bei einer mechanischen Ausführung ist der Begrenzer 24 als verstellbarer Anschlag ausgebildet» Das Eingangssignal für das P-Glied 23 wird über einen zweiten Vergleicher 25 gebildet, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des ersten Vergleichers 16 verbunden ist, so daß dieser Eingang also das Drehzahldifferenzsignal^CJ erhält, das auch dem Eingang des Kraftstoffreglers 20 zugeführt wirdο Dem anderen Eingang des zweiten Vergleichers 25 wird ein Ausgangssignal eines P-Gliedes 26 zugeführt, dessen Eingang mit dem Ausgang eines dritten Vergleichers 27 verbunden istc Der Vergleicher 27 erhält einmal ein Signal zugeführt, das dem Drehmoment des Antriebsmotors
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proportional ist, also "beispielsweise von der Ausgangsgröße des Kraftstoffreglers 20 abgeleitet werden kann« Zum anderen wird dem dritten Vergleicher 2? ein Signal eines Begrenzers 28 zugeführt, der feststellt, ob der Kraftstoffregler 20 "am Anschlag steht"e Das Signal, das das P-Glied 26 also an den zweiten Vergleicher 25 liefert, gibt den Abstand zur Vollastgrenze des Antriebsmotor an» Der Verstärkungsfaktor des Querreglers 22 bzw. der Proportionalitätsfaktor des P-Gliedes 23 wird im Verhältnis o/v veränderte Die entsprechenden Signale werden vom Drehzahlgeber 17 bzwo dem Drehzahlgeber 13 bezogen.»
Ist der Sollwertgeber 2 so weit verstellt, daß der Kraftstoffregler 20 ein Maximalausgangssignal an die Kraftstoff zumeßvorrichtung 21 abgibt, so wird über den Querregler 22 und die ihm zugeordneten Glieder die tatsächlich auf den Getriebeeinsteller 5 wirkende, über die Wirkverbindung 4 zugeführte Verstellung durch den Begrenzer 24 so weit begrenzt9 daß der Motor 18 nicht übex^- lastet bzwe nicht abgewürgt werden
Mit einer derartigen Kegelungsvorrichtung läßt sich mit relativ geringem Aufwand ein optimaler Arbeitspunkt für jeden Fahrzustand des Fahrzeuges selbsttätig einstellen«, Dadurch werden Kraftstoff verbrauch a Abgaseinission und Geräuschemission reduzierte Die Gaspedalstellung bestimmt die Zugkraft bzwo das Drehmoment an den Antriebsrädern % indem aus der Gaspedalstellung (Stellung des Sollwertgebers 2) und der jev/eiligen Geschwindigkeit des Fahrzeuges die Leistung und hieraus ein verbrauchsoptimaler
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luotordrehsahlwert; ermittelt wird» aer dem Kraftstoffregler 20 zugeführt i?ird, der als Drehs ahlr egler arbeitete Liegt der Kraftstoffregler 20 an seiner Aussteuergrena©5 so übernimmt der Querregler 22 die Funktion des Drehzahlreglers, indes, er auf die Zugkraft bzw. auf den Getriebe= einsteller 5 einwirkte
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Claims (1)

14.9.1978 A 21/ X/kg
ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart Λ
Ansprüche
/ 1J Vorrichtung zur Regelung einer Kraftfahrzeug-Antriebseinheit, die aus einer Brennkraftmaschine (Antriebsmotor) und einem nachgeschalteten stufenlos in seiner übersetzung einstellbaren, insbesondere hydrostatischen, Getriebe besteht, mit einem auf die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine und die Übersetzungseinstellung des Getriebes einwirkenden einzigen Betätigungsorgan als Sollwertgeber, wobei in Abhängigkeit vom Sollwert über einen den Zusammenhang zwischen Leistung, Verbrauch und Drehzahl der Brennkraftmaschine enthaltenden Kennlinienspeicher die Brennkraftmaschine durch Zumessung der Kraftstoffzufuhr derart geregelt wird und die Einstellung der Getriebeübersetzung derart erfolgt, daß sich ein optimal geringer Brennstoffverbrauch bei der gefahrenen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber (2) einen Zugkraftsollwert (x) vorgibt und unmittelbar mit einem Einstellglied (5) zum Einstellen der Getriebeübersetzung zusammenwirkt, daß der Ausgang
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des Sollwertgebers (2) mit einem Eingang eines Multiplikators (11) verbunden ist, dessen zweiter Eingang ein Fahrgeschwindigkeitssignal zugeführt erhält, daß der Ausgang des Multiplikators (11) mit dem Eingang eines eine optimale Brennkraftmaschinenverbrauchskennlinie (1) enthaltenden Drehzahlsignalgebers (15) verbunden ist, der an seinem Ausgang ein Drehzahl-Sollwertsignal (LJL) bereitstellt, das die dem Eingangssignal (P3) zugeordnete verbrauchsoptimale Drehzahl repräsentiert und das ebenso wie eine Brennkraftmaschinen-Istdrehzahl (Uf) einem ersten Vergleicher (16) zugeführt wird, dessen Aus gangs signal (6£j) an den Eingang des Kraftstoffreglers (20) geführt i%t,
2, Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Querregler (22) vorgesehen ist, dessen Einga'ng mit dem Ausgang eines zweiten Vergleichers (25) verbunden ist, dessen Eingänge einerseits mit dem Ausgang des ersten Vergleichers (16) und andererseits mit dem Ausgang eines Differenzgebers (26) verbunden ist, der ein die Differenz zur Vollastgrenze des Drehmomentes der Brenü kraftmaschine "(18) angebendes Signal abgibt, und daß der Ausgang des Querreglers (22) mit dem Einstellglied (5) des Getriebes (6) in der Art über einen Begrenzer (24)
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verbunden ist, daß er die durch den Sollwertgeber (2) vorgegebene Übersetzung des Getriebes (6) begrenzt.
3. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang des Querreglers (22) ein Proportionalglied (23) vorgeschaltet ist, dessen Proportionalitätsfaktor nach dem Verhältnis Motordrehzahl QJ) zu Getriebeausgangsdrehzahl (ν) veränderbar ist.
4. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Differenzgebers (26) mit dem Ausgang eines dritten Vergleichers (27) verbunden ist, der einerseits mit dem Ausgang des Kraftstoffreglers (20) und andererseits mit dem Ausgang eines den Grenzwert des Kraftstoffreglerausganges signalisierenden Grenzwertgebers (28) verbunden ist«
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