DE2921214A1

DE2921214A1 - Verfahren zur fahrgeschwindigkeitsregelung und fahrgeschwindigkeitsregler

Info

Publication number: DE2921214A1
Application number: DE19792921214
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl Ing Schleupen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-05-25
Filing date: 1979-05-25
Publication date: 1980-12-04
Also published as: JPS55159209A; FR2457193A1; FR2457193B1

Description

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Dipt. Ing. Peter Ott· 7O33 Herrenberg (Kuppingen)

Patentanwalt ^ ElfelstraBe 7

Telefon (O 70 32) 31999

1424/ot/wi
24. April 1979

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Verfahren zur Fahrgeschwindigkeitsregelung und Fahrgeschwindigkeitsregler

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Fahrgeschwindigkeitsregelung sowie von einem Fahrgeschwindigkeitsregler nach der Gattung des Hauptanspruchs bzw. des ersten Vorrichtungsanspruchs.

Fahrgeschwindlgkeitsregler, bei denen eine konstante, aber einstellbare Sollfrequenz mit einer geschwindigkeitsproportionalen Istfreguenz des Fahrzeugs verglichen wird, sind bekannt. Das Ergebnis eines solchen Frequenzvergleichs führt zu einer Stellgröße und je nach der augenblicklichen Fahrgeschwindigkeit entweder zu einem Beschleunigungs- oder Verzögerungsvorgang.

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Um die beiden Frequenzen zu vergleichen, kann ein Phasendetektor vorgesehen sein, wie er für sich gesehen in seiner Funktion als Phasenregelkreis genauer in der Zeitschrift "Internationale Elektronische Rundschau", 26. Jahrgang 1972, Heft 10, Seiten 227 bis 231 beschrieben ist.

Die üblichen Funktionen eines Fahrgeschwindigkeitsreglers sind für sich gesehen bekanntι es sind von der Bedienungsperson betätigbare Tasten vorgesehen, die bei ständigem Drücken eine Beschleunigung des Fahrzeuges bewirken, während beim Loslassen die in diesem Moment gefahrene Istgeschwindigkeit als Sollwertgeschwindigkeit gesetzt und dann automatisch ohne weiteres Zutun des Fahrers beibehalten wird, soweit es Motorleistung und Gelände zulassen. Nach Betätigen des Bremspedals, des Kupplungspedals oder einer Austaste schaltet der Fahrgeschwindigkeitsregler ab, wobei aber eine Wiederaufnahme-Taste die Wiederaufnahme der zuvor gefahrenen Geschwindigkeit ermöglicht, so daß bei Drücken dieser Taste das Fahrzeug geregelt selbständig auf die vorher gesetzte Geschwindigkeit beschleunigt und diese dann beibehält.

Problematisch ist bei Fahrgeschwindigkeitsreglern jedoch, daß der Stellmotor, der von der Frequenzvergleicherstufe oder dem Phasendetektor angesteuert wird, ein integrales Regelverhalten (I-Verhalten) aufweist, was bedeutet, daß das Stellglied, beispielsweise der die Drosselklappe betätigende Stellmotor solange mit einer der Regelabweichung zugeordneten Geschwindigkeit läuft und die Drosselklappe verstellt, solange die Regelabweichung besteht. -Hier kann sich jedoch durch das Zeitverhalten des Fahrzeugs eine Tendenz zur Instabilität ergeben« Durch bestimmte äußere, auf das Fahrzeug einwirkende Einflüsse, beispielsweise den Windwiderstand, wird ein entsprechend schnelles Nachfolgen des mit einem solchen Fahrgeschwindigkeits-

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regler ausgerüsteten Fahrzeugs verhindert.

Das Fahrzeug reagiert daher in etwa wie ein PT.-Glied, so daß sich hier aufgrund des !-Verhaltens des Stellgliedes Schwierigkeiten ergeben.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Fahrgeschwindigkeitsregelung bzw. der erfindungsgemäße Fahrgeschwindigkeitsregler mit den kennzeichnenden Merkmalen jeweils des Hauptanspruchs bzw. des erstes Vorrichtungsanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß dem Stellglied, also beispielsweise dem Stellmotor, der die Drosselklappe verstellt, ein PT -Verhalten verliehen wird, und zwar mit deutlich kleinerer Zeitkonstante als das Fahrzeug. Es gelingt auf diese Weise Instabilitäten zu vermeiden, wobei durch die Lagerückführung auf den sollwerterzeugenden Bereich des Reglers zwar eine geringfügige Sollwertabweichung verbleibt, die aber nicht größer, gegebenenfalls sogar kleiner ist, als die Regelabweichung, die bei einem P-Verhalten des Reglers zur Aufrechterhaltung der Regelung ohnehin erforderlich wäre.

Besonders vorteilhaft ist der direkte Eingriff der Lagerückführung der Stellgliedposition durch Änderung der Sollfrequenz, beispielsweise über eine verstellbare Oszillatorinduktivität des Hauptoszillators. Die Erfindung benötigt daher keine getrennten, zusätzlichen Geber für die Erfassung der Stellgliedposition, Einrichtungen für die Umwandlung des erfaßten Analogwertes in eine digitale Größe und deren Verarbeitung an geeigneter Stelle innerhalb des Reglers, denn die Induktivität des Hauptoszillators ist auf jeden Fall vorhanden und läßt sich entspre-

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chend einstellen. Man erzielt so eine einfachste Anpassung des Reglers an die jeweilige Fahrzeugcharakteristik und eine besonders einfache, berührungslose Rückführung. Vorteilhaft ist weiterhin, daß die Frequenz des Hauptoszillators, also die Sollfrequenz zusätzlich zur Stellgliedstellung noch von einem Unterreglerglied, und zwar zur Stabilisierung beeinflußt werden kann, der von der Regelabweichung angesteuert und daher nur bei Regelabweichung wirksam ist und ein beliebiges Regelverhalten, beispielsweise ein PID-Verhalten aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, grundsätzlich jedes Regelverhalten zu erzeugen und so eine leichte und schnelle Anpassung an eine vorgefundene Regelstrecke durchzuführen.

Bei der Induktivitätsänderung des Hauptoszillators zur Sollfrequenzverstellung kann ein Fehler über dem Hub vergleichsweise groß sein, da ein Einfluß nur auf den P-Bereich des Reglers möglich ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen Fahrgeschwindigkeitsregelung möglich. Besonders vorteilhaft ist das Vorhandensein einer Geschwindigkeitsdifferenz-Schwellenschaltung ( Δ,ν-Schwelle), die auch während der Beschleunigungsphase arbeitet, wenn die Beschleunigung über die hochlaufende Sollfrequenz gesteuert wird. Dabei wird der Hochlauf der Sollfrequenz durch Erreichen eines oberen Endschalters angehalten.

Bei der Ansteuerung des Stellgliedes ist noch von Vorteil, daß die vom Frequenzvergleicher praktisch ständig gelieferten, zum Teil sehr kurzen Impulse von einer nachgeschalteten Impulslängen-Summierschaltung aufaddiert und erst bei Erreichen vorgegebener Endwerte insgesamt der

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Motoransteuerung dienen, so daß eine Abhängigkeit von den Eingangsfrequenzen des Geschwindigkeitsreglers vermieden wird.

Die Erfindung ermöglicht den Aufbau der Schaltung eines Fahrgeschwindigkeitsreglers praktisch ausschließlich unter Verwendung digitaler Bausteine, so daß sich auch eine digitale, präzise Funktion des Fahrgeschwindigkeitsreglers ergibt, wobei das Zeitverhalten durch Widerstände und Kondensatoren einstellbar ist.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Fahrgeschwindigkeitsreglers mit Lagerückführung und Fig. 2 eine nach erfindungsgemäßen Grundlagen durchgeführte äußere Beschaltung eines für sich gesehen bekannten, integrierten Bausteins, der für die Regelung der Fahrgeschwindigkeit bei Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann, in der vorliegenden Form jedoch noch nicht für eine Lagerückführung optimiert ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, das Zeitverhalten eines bevorzugt integrierten und daher digital arbeitenden, eine Lagerückführung aufweisenden Fahrgeschwindigkeitsreglers so auszubilden, daß das I-Verhalten des üblicherweise von einem Elektromotor realisierten Stellglieds für die Drosselklappenverstellung in ein PT-Verhalten umzuwandeln und so Instabilitäten vermieden werden. Dabei arbei-

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tet diese Lagerückführung ohne besonderen Aufwand direkt auf den sollwerterzeugenden Bereich des Reglers, nämlich entsprechend dem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch Verstellung der Oszillatorinduktivität des Hauptoszillators , der die Sollfrequenz liefert.

Im folgenden wird zunächst der Aufbau des in Fig. 1 dargestellten Fahrgeschwindigkeitsreglers im einzelnen erläutert.

Es ist ein Hauptoszillator 1 vorgesehen, der bevorzugt als spannungsgesteuerter Ossiilator (VCO-Osζillator = voltage controlled oszillator) ausgebildet ist und über einen Spannungseingang 1a sowie über eine Induktivität 1b verfügt, die die Oszillatorinduktivität ist und die zusammen mit dem VCO-Spannungseingang die Ausgangsfrequenz fo des Hauptoszillators bestimmt.

Dem Hauptoszillator nachgeschaltet ist eine Teilerschaltung 2, der die (zunächst als konstant anzusehene) Oszillatorfrequenz fo zugeführt wird und die diese Frequenz durch Division durch eine vorgegebene, variable Zahl N2 dividiert, so daß sich am Ausgang der Teilerschaltung 2 jetzt eine sollwertproportionale Frequenz fx ergibt; soll« wertproportional deshalb, weil die Zahl N2, durch welche die Ausgangsfrequenz fo des Hauptoszillators 1 dividiert wird, von einem Sollwertspeicher 3 stammt, der diese veränderliche Sollwertzahl N2 der Teilerschaltung 2 zuführt» Ober eine weitere Teilerschaltung 4„ die die Ausgangsfrequenz fx der Teilerschaltung 2 durch eine konstante Zahl N3 dividiert, gelangt die s© aufbereitete, den Geschwin-

b i Idend e Frecruen ζ'

digkeitssollwert V₃₀^₁ = £o/N2°N3/au£ ein aie Regelabweichung an seinem Ausgang bildendes Glied 5, welches üblicherweise als Frequenzvergleicher ausgebildet ist.

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Dem anderen Eingang 5b des Frequenzvergleichers 5 wird eine istwertproportionale Größe zugeführt, nämlich die Frequenz N1«f1 »

Gewonnen wird diese Istfrequenz N1*f1 durch Auswertung eines fahrzeuggeschwindigkeitsproportionalen Eingangssignals, welches beispielsweise von einem Tachogenerator 6 oder von einer sonstigen drehzahlproportionalen Größe eines Kraftfahrzeugs geliefert wird und über eine Impulsformerschaltung 7 in Form eines Eingangs-Schmitt-Triggers einer Frequenzvervielfacherschaltung 8 zugeführt ist. Diese Frequenzvervielfacherschaltung 8 besteht für sich gesehen wiederum aus einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO-Oszillator)8a, einer Frequenzvergleichsschaltung 8b und einer Teilerschaltung 8c im Rückführkreis, die die Ausgangsfrequenz des Oszillators 8adurch eine vorgegebene

dividiert daher

Zahl N1/ mit welcher/die istwertproportionale Ausgangsfrequenz f1 des Eingangs-Impulsformers 7 eine Multiplikation erfährt, um den Frequenzvergleich durchführen zu können. Durch eine entsprechende äußere Beschaltung des Frequenzvervielfachers, der insofern für sich eine sogenannte PLL-Schaltung bildet (phase locked loop),mit Widerständen 9 sowie Kondensatoren 10 ergibt sich eine saubere Aufbereitung und

Vorfilterung des Istwertsignals ,die wegen der PLL-Wirkung auch gegen momentane Schwankungen und Störungen der Eingangs-Tachofrequenz unempfindlich ist.

Da die Frequenzvergleichsschaltung 5 eine Abweichung in beiden Richtungen feststellen muß, nämlich ob die Sollgeschwindigkeit des Fahrzeugs, in einerentsprechenden Frequenz ausgedrückt, größer als die Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs, ebenfalls als Frequenz gesehen, ist oder umgekehrt, verfügt die Frequenzvergleicherschaltung-5 über zwei Ausgänge 5c, 5d, die mit einer nachgeschalteten Impuls längen-Summierschaltung 11 verbunden sind, die ihrerseits auf eine Endstufe 12 arbeitet, die dem eigentlichen Stellglied 13, nämlich hier einem Elektromotor je nach

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Vorzeichen zur Bewirkung eines Rechts- oder Linkslaufs ein entsprechendes Ansteuersignal zuführt.

Aus den bisher geschilderten Bausteinen läßt sich die Grundfunktion des Fahrgeschwindigkeitsreglers erkennen, wobei sich insgesamt für diesen Regler eine PLL-Wirkung ergibt, denn das Fahrzeug, genauer gesagt dessen Motor bildet den VCO-Oszi11ator, der, vom Stellglied 13 entsprechend beaufschlagt, eine Frequenz am Tachogenerator 6 erzeugt.

Die Grundfunktionen des Fahrgeschwindigkeitsreglers der Fig. 1 laufen Über eine Eingangsschaltung 14, die einen Abschaltspeicher sowie eine Wähllogik enthält. Die Eingangsschaltung 14 verfügt über drei von der Bedienungsperson willkürlich zu betätigende Eingänge, Eingangstasten oder -schalter, nämlich eine EIN-Taste 14a, bei der das Fahrzeug solange beschleunigt, wie diese Taste gedrückt wird. Beim Loslassen der EIN-Taste 14a wird die in diesem Moment vom Fahrzeug gefahrene Geschwindigkeit "gesetzt" und dann durch entsprechende Beaufschlagung des Motors über das Stellglied 13 vom Fahrgeschwindigkeitsregler automatisch beibehalten.

Eine zweite AUS-Taste 14b schaltet den Fahrgeschwindigkeitsregler ab und setzt seine Funktion auf Null zurück. Schließlich ist eine weitere, willkürlich betätigbare Wiederaufnahmetaste 14c vorgesehen, die vom Fahrer dann gedrückt werden kann, wenn dieser eine Wiederaufnahme einer zuvor gefahrenen und von der Speicherschaltung insofern noch beibehaltenen Geschwindigkeit wünscht, nachdem die Anlage beispielsweise nach Betätigen des Bremsoder Kupplungspedals oder der AUS-Taste abgeschaltet worden ist. Die durch Betätigung des Kupplungs- oder Bremspedals erzeugten Signale werden der Eingangstaste 14d

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zugeführt. Auf Aufbau und Funktion der weiterhin noch vorgesehenen Schaltungselemente wird weiter unten noch eingegangen.

Ein Betätigen der EIN-Taste 14a wirkt über die Eingangsschaltung 14 und eine Verbindungsleitung 17 auf einem * Beschleunigungsregler 18, wodurch dieser die variable Teilerzahl N2 der Teilerschaltung 2 so beeinflußt, daß das Fahrzeug geregelt beschleunigt. Wird die EIN-Taste losgelassen zu einem Zeitpunkt, zu welchem die in der Zwischenzeit erreichte tatsächliche Fahrgeschwindigkeit als neue Sollgeschwindigkeit beibehalten werden soll, dann kann der Beschleunigungsregler 18 beispielsweise abgeschaltet werden und die FrequenzVergleicherschaltung 5 läßt über ihre beiden Verbindungsleitungen 19a, 19b zur Setzlogik 3a des Sollwertspeichers 3 diesen so weit hochlaufen - durch Einzählen der Ausgangsfrequenz fo des Hauptoszillators am Eingang 3a¹, bis der am Eingang 5a der Vergleicherschaltung 5 zugeführte Sollwert mit dem Istwert am Eingang 5b identisch ist. Die Teilerschaltung 2 übernimmt dann diesen gesetzten Sollwert, beispielsweise als parallele Binärzahl über die Verbindungsleitungen 2a und hält diesen Sollwert fest. Der ständige Istwert-Sollwertvergleich der am Frequenzvergleicher 5 anliegenden Istfrequenz mit der Sollfrequenz hält diese Fahrgeschwindigkeit dann aufrecht.

Ein Betätigen der AUS-Taste 14b bewirkt die Freigabe einer Stellgliedkupplung 13a direkt von der Eingangsschaltung 14, wodurch der Stellglied-Motor 13 vom Gaspedal abgetrennt wird. Außerdem bewirkt ein entsprechendes, über die Verbindungsleitung 20 zur Endstufe 12 gelangendes Signal, daß der Stellglied-Motor 13 auf jeden Fall zurückgestellt wird, falls die Stellgliedkupplung 13a versagt. Entsprechende Wirkungen ergeben Kupplungs- und Bremsbetä-

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tigungssignale am Eingang 14d der Eingangsschaltung 14.

Zur ergänzenden Sicherheit verfügt das in Fig. 1 dargestellte System eines Fahrgeschwindigkeitsreglers noch über eine sogenannte Av-Schwelle, die sicherstellt, daß die AUS-Funktion auf jeden Fall dann bei Einleitung eines Bremsvorgangs vorgenommen wird, wenn, bei diesem Ausführungsbeispiel, die Istgeschwindigkeit um beispielsweise 25% V ., abgefallen ist. Hierzu wird ein Frequenzvergleich mit einer Frequenzvergleichseinrichtung 21 durchgeführt, der an ihrem einen Eingang 21a der Istwert vom Frequenzvervielfacher 8 zugeführt wird, während dem anderen Eingang 21b von einer Teilerschaltung 22 eine Sollfrequenz zugeführt ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beläuft sich diese Vergleichsfrequenz auf N3/N4-V .-, wenn nämlich die Teilerschaltung 4 durch die Zahl N3 und die TeHerschaltung 22 durch die Zahl N4 dividiert und die Ausgangsfrequenz der Teilerschaltung 4 mit fo/N2«N3 dem Wert ν ,. entspricht. Sobald die Istfrequenz am Eingang 21a der Frequenzvergleichsschaltung diesen herabgesetzten Sollwert erreicht hat, schaltet diese Δν-Schwellschaltung den Fahrgeschwindigkeitsregler durch Einwirkung auf die Eingangsschaltung 14 ebenfalls ab.

Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß der so gebildete Gesamtregelkreis, umfassend den Fahrgeschwindigkeitsregler mit Stellmotor sowie das Fahrzeug selbst, welches am Tachogenerator 6 seine Ausgangsfrequenz zum Vergleich mit der Sollfrequenz liefert, wegen des bei höheren Geschwindigkeiten infolge des Windwiderstandes eher ein PT.-Verhalten zeigenden Fahrzeugs sowie des I-Verhaltens des Stellmotors Instabilitäten zeigen kann, denen dadurch begegnet wird, daß mittels einer Lagerückführung

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das Ste1!motorverhalten, welches selbstverständlich stets ein I-Verhalten bleibt, mit Wirkung auf die Gesamtregelung umgewandelt wird in das Verhalten eines PT -Gliedes mit deutlich kleinerer Zeitkonstante als die des Fahrzeuges. Liegt beispielsweise die Zeitkonstante T_p des

für den Lageregelbereich Fahrzeuges bei 10 Sekunden, dann kann sich T_L/zu etwa einer Sekunde ergeben. Die erfindungsgemäße Lagerückmeldung realisiert diese Umwandlung des Zeitverhaltens des Stellmotors und macht das ganze System stabil.

Anstelle einer möglichen Beeinflussung des Istwertes wird durch vorliegende Erfindung mittels der Lagerückführung auf den Sollwertbereich eingewirkt, wobei bevorzugt die Abfrage der Lage des Stellglieds, hier also des Elektromotors 13 bzw. der von diesem angetriebenen Drosselklappe berührungslos über die gestrichelt dargestellte Verbindungslinie 23 zwischen Elektromotor 13 und Oszillatorspule 1b des Hauptoszillators 1 erfolgt. Durch diese berührungslose Verstellung der Induktivität der Oszillatorspule 1b, beispielsweise durch Änderung der Position des Spulenkerns, kann sich eine Induktivitätverstellung von Al des induktiven Gebers zu beispielsweise 6 % über den Gesamthub des Stellgliedes 13 ergeben. Entsprechend ändert der Hauptoszillator 1 seine Frequenz und damit die letztlich dem Frequenzvergleieher 5 zugeführte Sollfrequenz nach Division durch die Teilerschaltungen 2 mit variabler Teilergröße N2 und die Teilerschaltung 4 mit konstanter Teilergröße N3. Durch diese Beeinflussung des Hauptoszillators erzielt man bezüglich des Zeitverhaltens des Stellgliedes 13 eine Art P-Verhalten, wobei diese Beeinflussung im Grunde unabhängig von dem Umstand ist, daß hier insgesamt Frequenzen verglichen werden, d.h. das Gesamtsystem nach Art einer PLL-Schaltung arbeitet. Die Stabilitätserhöhung wird dadurch erzielt, daß man der erfindungsgemäßen Grundkonzeption nach den Sollwert

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leicht ändert und damit ein PT -Verhalten bezüglich des Stellgliedes simuliert.

Da am Ausgang des SoIl-Istwertvergleichers, also des Frequenzvergleichers 5 der Fig. 1, beispielsweise im geregelten Betrieb nur vergleichsweise sehr kurze Impulse auftreten, auf die das Stellglied 13 nicht immer anspricht - dies ist im übrigen auch eine Frage der jeweils gefahrenen Geschwindigkeit, denn bei einer angenommen doppelten Geschwindigkeit sind die von dem Frequenzvergleicher 5 gelieferten Impulse in ihrer Dauer zwar halb so kurz, treten aber doppelt so häufig auf -, ist die nachgeschaltete Impulslängen-Summierschaltung 11 vorgesehen. Die Impulslängen-Summierschaltung 11 kann für jede Richtung beispielsweise einen Integrator umfassen, über den die eingehenden Impulse laufen. Erreicht der Integrator einen Endwert, dann wird dieser Endwert abgearbeitet und als einmaliger, definierter Impuls zur Verstellung an den Motor 13 über die Endstufe 12 gegeben. Man vermeidet so eine Abhängigkeit der Motoransteuerung von den Eingangsfrequenzen des Geschwindigkeitsreglers.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung umfaßt je einen oberen und unteren Endschalter 24, 25 zur Hubbegrenzung des Stellgliedes 13. Die Endschalter 24, 25 schalten in den Endlagen das Stellglied 13 ab. Dieses Signal kann beispielsweise auch dazu benutzt werden, während einer Beschleunigungsphase den Hochlauf der Sollfrequenz dann anzuhalten, wenn der obere Endschalter anspricht. Hierzu sind den beiden Endschaltern 24, 25 jeweils entsprechend entgegengesetzt geschaltete Dioden 24a , 25a parallel geschaltet und über eine Verbindungsleitung 26 gelangt ein das Hochlaufen der Sollfrequenz begrenzendes Signal einmal auf den Beschleunigungsregler 18 sowie auf die Setzlogik 3a des Sollwertspeichers 3, so daß die SoIl-

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frequenz nicht unbegrenzt an einen Schlag fährt und die Fahrzeuggeschwindigkeit nach kurzzeitigem Erreichen der Leistungsgrenze des Motors überschwingt.

Schließlich umfaßt das in Fig. 1 dargestellte System eines Fahrgeschwindigkeitsreglers noch eine Begrenzerschaltung 27, die eine gewisse Istwert-Mindestgeschwindigkeit vorschreibt, unterhalb welcher die Eingangsschaltung 14 blockiert wird, so daß der Fahrgeschwindigkeitsregler nicht in Betrieb genommen werden kann. Ein Maß für die Mindestgeschwindigkeit ν. gewinnt man durch Zuführung der Hauptoszillatorausgangsfrequenz fo zu einer Teilerschaltung 28, die diese Frequenz um einen vorgegebenen Wert untersetzt, also durch eine Zahl N5 dividiert. Der Vergleich an der als Frequenzvergleicherscnaltung ausgebildeten Begrenzerschaltung für den Wert von ν. erfolgt dann wieder mit der maßgebenden Istfrequenz.

Eine besonders vorteilhafte Weiterentwicklung vorliegender Erfindung besteht noch darin, daß man ergänzend oder parallel zu der lageabhängigen Induktivitätsverstellung des Hauptoszillators den Hauptoszillator 1 an seinem VCO-Eingang 1a in Abhängigkeit zu dem Ergebnis des SoIl-Istwertvergleichs am Frequenzvergleicher 5 verstellt, wozu die beiden Verbindungsleitungen 19a, 19b, die zur Setzlogik 3a führen, bis zu einem zunächst beliebig ausgebildeten Reglerbaustein 29 geführt sind, der diese ergänzende Beeinflussung im Sollwertbereich des Fahrgeschwindigkeitsreglers vornimmt. Diese zweite Verstellmöglichkeit des Hauptoszillators 1 kann beispielsweise mit Hilfe einer

°4§£._^Θ4^ηβξ gesteuerten ürstromquelle ..... . , _lx_

Kapazitätsdiode/realisiert werden, die in Abhängigkeit zum Frequenzvergleich der Geschwindigkeiten so vom Regler 29 verstellt wird, daß der Hauptoszillator kurzzeitig in seiner Frequenz in die eine oder die andere Richtung gezogen wird. Diese Maßnahme wird bevorzugt zusätzlich getroffen.

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Grundsätzlich ist es möglich, die Ergebnisse des SoIl-Istvergleichs am Frequenzvergleicher 5 über einen beliebigen, als Operationsverstärker ausgebildeten Regler 29 dem Hauptoszillator 1 zuzuführen, wobei dieser Operationsverstärker ein entsprechend gewünschtes Zeitverhalten haben kann, also beispielsweise P-Verhalten, PD-Verhalten, !-Verhalten u. dgl. Der Hauptoszillator wird dann jeweils für kurze Zeit, nämlich solange wie eine Regelabweichung vorliegt, verändert und es gelingt durch ein solches zusätzliches P-Verhalten des Gesamtreglers seine Funktion zusätzlich zu stabilisieren.

Verfügt der Operationsverstärker des Reglers 29 beispielsweise über ein D-Verhalten, dann wird - z.B. bei hochlaufender Istwertfrequenz - der Hauptoszillator kurzzeitig in seiner Frequenz erhöht, so daß auch die Frequenzdifferenz bzw. die Regelabweichung größer wird. Da im eingeschwungenen Zustand der D-Anteil null ist, schwingt der Hauptoszillator wieder auf seiner alten Frequenz, die sich ohne Beeinflussung an seinem VCO-Eingang 1a ergeben hätte. Man vermeidet auf diese Weise ein mögliches überschwingen.

Man erkennt, daß durch die Beeinflussung am VCO-Eingang des Hauptoszillators 1 keine bleibende Regelabweichung auftritt, zumindest nicht auftreten muß, während durch die Beeinflussung der Oszillatorinduktivität 1b an dieser Stelle wie bei jeder proportionalen Lagerückführung eine bleibende Abweichung wegen des P-Verhaltens auftreten kann. Diese ergibt sich bei vorliegender Erfindung im Hauptoszillator. Andererseits ist bei vorliegender Erfindung im Gegensatz zu einem P-Regler wegen des I-Verhaltens der PLL-Gesamtregelung der Sollwert gleich dem Istwert im eingeschwungenen Zu-

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stand. Der besondere Vorteil vorliegender Erfindung ergibt sich dadurch, daß der Hauptoszillator selbst für die Lagerückführung eingesetzt wird, die berührungslos arbeitet, so daß sich eine erhebliche Aufwandsreduzierung ergibt. Zusammengefaßt kann also festgestellt werden, daß die Einwirkung auf den Sollwertbereich bei dem Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung dadurch erfolgt, daß die Frequenz des Hauptoszillators 1 beeinflußt wird 1. von der Stellgliedstellung (etwa im Bereich zwischen - 3 %) und 2. von der Unterreglerschaltung 29, die ein beliebiges Zeitverhalten aufweisen kann und angesteuert ist von der Regelabweichung, bestimmt von der Freguenzvergleicherschaltung 5. Diese zweite Beeinflussung erfolgt dann zur Stabilisierung bei vorhandener Regelabweichung (im übergang).

Das Zeitverhalten des erfindungsgemäßen Fahrgeschwindigkeitsreglers läßt sich dann mit von außen beschaltbaren Kondensatoren einstellen.

Der erfindungsgemäße Grundgedanke ist auch anwendbar auf bekannte integrierte Bausteine für die Geschwindigkeitsregelung bei Kraftfahrzeugen, beispielsweise den in Fig. gezeigten, von der Firma Motorola vertriebenen integrierten Baustein mit der Bezeichnung MC14 460. Da es sich hier um ein bekanntes Schaltungselement handelt, braucht weder auf die üblicherweise vorzunehmende äußere Beschaltung noch auf den inneren Aufbau genauer eingegangen zu werden; dargestellt ist in Fig. 2 daher lediglich die sich auf die Anschlüsse 1, 2, 3, 5, 6, 7, 14, 15, 16 beziehende Beschaltung, und auch nur soweit mit Bezugszeichen versehen, wie für das Verständnis vorliegender Erfindung erforderlich. Man erkennt, daß die Anschlüsse 7', 5¹ und dem Abgleich des Hauptoszillators dienen; sie verfügen über eine äußere Beschaltung mit einem Kondensator 30 und

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einem Widerstand 31, die in Reihe geschaltet sind mit einem Potentiometer 32, dessen Verstellung vom Stellglied als Elektromotor 13' über die gestrichelte Verbindungslinie 33 bewirkt wird. Auf diese Weise erzielt man auch hier eine Lagerückführung vom Stellglied 13' auf den Hauptoszillator im Baustein MC14 460 für die Fahrgeschwindigkeitsregelung bei einem Kraftfahrzeug und die Verstellung der Hauptoszillatorfrequenz im Sinne vorliegender Erfindung. Verstellt wird bei diesem Ausführungsbeispiel nicht die Induktivität, sondern durch eine entsprechende Veränderung des Potentiometers 32 in seiner Einstellung die Wirkung der Kapazität 30 auf das Schwingverhalten des Hauptoszillators, der In der Darstellung der Fig. 2 nicht erkennbar ist, da er integriertes Bestandteil des Bausteins MC14 460 ist. Die Ansteuerung des Stellgliedes 13* erfolgt über zwei Operationsverstärker 34, 35 als Endstufen von den Anschlüssen 14 und 15 des Bausteins, wobei der Anschluß 16 ein vorgegebenes äußeres Potential, beispielsweise die Batteriespannung zugeführt erhält.

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Zusammenfassung

Es werden ein Verfahren zur Fahrgeschwindigkeitsregelung sowie ein Fahrgeschwindigkeitsregler vorgeschlagen, die bei einfacher, berührungsloser Lagerückführung des Stellgliedes eine problemlose Anpassung an die jeweilige Fahrzeugcharakteristik ermöglichen. Es ist eine Verbindung zwischen dem Ausgang des Stellgliedes und dem sollwerterzeugenden Glied des Fahrgeschwindigkeitsreglers vorgesehen, so daß zur Kompensation des I-Verhaltens des Stellgliedes dieses so beeinflußt wird, daß sich nach außen ein PT-Verhalten ergibt. Dabei kann der Stellgliedausgang auf die Oszillatorspule des Hauptoszillators zur Sollwertfrequenzeinstellung einwirken. Außerdem wird zur Stabilisierung der Hauptoszillator durch einen von der Regelabweichung gesteuerten Unterregler mit beliebigem Zeitverhalten angesteuert.

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Leerseite

Claims

29212U DSpI. Ing. P*ter Otto 7033 Herrenberg (Kuppingen) Patentanwalt Elfelstraße 7 Telefon (O 70 32) 319 99 1424/ot/wi 24. April 1979 ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1 Patentansprüche:

1.) Verfahren zur Fahrgeschwindigkeitsregelung von fahrbaren Einheiten, insbesondere Kraftfahrzeugen, bei dem ähnlich einem Frequenzregelkreis einem Regler eine istwertproportionale Frequenz zugeführt wird, die dieser mit einer sollwertproportionalen Frequenz vergleicht und bei Abweichung ein Stellglied entsprechend zur Geschwindigkeitsänderung des Fahrzeugs ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß das !-Verhalten des Stellglieds (Stellmotor 13) durch Erfassen der Stellgliedposition mittels einer Lagerückführung dadurch in ein PT-Verhalten umgewandelt wird, daß das sollwerterzeugende Glied des Reglers vom Stellglied entsprechend verstellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung zusätzlich die Regelabweichung des Geschwindigkeitsreglers erfaßt und über einen Regler mit beliebigem Zeitverhalten (I-, P-, PD-Verhalten) einem Steuereingang des sollwerterzeugenden Gliedes zur Änderung der Sollfrequenz zugeführt wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatorinduktivität des die Sollfrequenz mindestens mittelbar erzeugenden Hauptoszillators (1) durch eine mechanische Verbindung zwischen dem Stellgliedausgang und der Oszillatorinduktivität innerhalb vorgegebener Grenzen verstellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellgliedausgang die Oszillatorinduktivität über seinen Gesamthub mit Z^L = - 3 % verstellt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Hauptoszillators vom Stellgliedausgang durch Verstellen eines einstellbaren Widerstandes (32) geändert wird, der frequenzbestimmenden Bauelementen des Hauptoszillators zugeschaltet ist.

6. Fahrgeschwindigkeitsregler für fahrbare Einheiten, insbesondere Kraftfahrzeuge, bei dem eine istwertproportionale Frequenz und eine sollwertproportionale Frequenz verglichen und entsprechend der Abweichung ein Stellglied zur Geschwindigkeitsänderung des Fahrzeugs angesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Simulierung eines PT-Verhaltens des ursprünglich ein I-Verhalten aufweisenden Stellglieds (Stellmotor 13) der Stellgliedausgang mechanisch mindestens mit einem Teilelement (Oszillatorspule 1b) des sollwerterzeugenden Gliedes (Hauptoszillator 1) derart verbunden ist, daß die den Sollwert bestimmende Oszillatorausgangsfrequenz eine der Stellgliedänderung entsprechende Verstellung erfährt.

7. Fahrgeschwindigkeitsregler nach Anspruch 6, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß dem Hauptoszillator (1) eine Teilerschaltung (2) nachgeschaltet ist, die die Hauptosziilatorausgangsfrequenz (£o) durch eine variable Zahl (N2) dividiert zur Erzeugung einer, gegebenenfalls durch weitere Teilerschaltungen (4) beeinflußten, variablen Sollwertfrequenz, die dem einen Eingang (5a) einer Frequenzvergleichsschaltung (5) zugeführt ist, deren anderem Eingang (5b) eine aufbereitete und vervielfachte Istfrequenz zugeführt ist«

8. Fahrgeschwindigkeitsregler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Istfrequenz ein Tachogenerator (6) vorgesehen 1st, dessen Ausgangsfrequenz, gegebenenfalls nach Impulsformung einer Fre-> quenzvervielfacherschaltung (8) zugeführt ist.

9. Fahrgeschwindigkeitsregler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzvervieifacherschaltung als PLL-Schaltung ausgebildet ist zur Filterung und Aufbereitung der Fahrgeschwiadigkeits-Istfrequenz.

10. Fahrgeschwindigkeitsregler nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der die Regelabweichung (Frequenzdifferenz) erzeugenden Frequenzvergleicherschaltung (5) eine Impulslängen-Sumiaierschaltung nachgeschaltet ist, die die ihr zugeführten Einzelimpulse zur gezielten Ansteuerung des Stellgliedes (13) aufsummiert und nach Erreichen einer vorgegebenen Größe als Ansteuerimpuls freigibt.

11. Fahrgeschwindigkeitsregler nach Anspruch 10,.dadurch gekennzeichnet, daß die Impulslängen-Suntmierschaltung Integrierglieder aufweist, die bei Erreichen eines vorgegebenen Ladezustands das Stellglied (13) ansteuern»

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12. Fahrgeschwindigkeitsregler nach einem der Ansprüche bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stellglied (Elektromotor 13) zur Drosselklappenverstellung des Kraftfahrzeugs Endschalter (24, 25) zur Hubbegrenzung zugeordnet sind, die bei Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen den Hochlauf der Sollfrequenz in einem Sollwertspeicher (3) begrenzen.

13. Fahrgeschwindigkeitsregler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertspeicher (3) die für die dem Hauptoszillator (1) nachgeschaltete Teilerschaltung (2) benötigte variable Zahl (N2) erzeugt und als Zähler mit vorgeschalteter Setzlogik (3a) ausgebildet ist.

14. Fahrgeschwindigkeitsregler nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Schaltung (29) zur Beeinflussung des sollwerterzeugenden Gliedes (Hauptoszillator 1) vorgesehen ist, die ein beliebiges Zeitverhalten (I-, P-, PD-Verhalten) aufweist und von der Regelabweichung am Frequenzvergleicher (5) angesteuert ist«

15. Fahrgeschwindigkeitsregler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die die Regelabweichung zugeführt erhaltende und daher nur im Ubergangsbereich ansprechende zusätzliche, stabilisierende Schaltung (29) mit beliebigem Zeitverhalten einen frequenzbestimmenden Eingang (VCO-Eingang 1a) des Hauptoszillators (1) ansteuert.

16. Fahrgeschwindigkeitsregler nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergleichsschaltung (21) vorgesehen ist, die die Eingangsschaltung (14) des Fahrgeschwindigkeitsreglers dann blok-

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kiert und den Fahrgeschwindigkeitsregler dadurch ausschaltet, wenn die der Fahrzeugistgeschwindigkeit entsprechende Istfrequenz um einen vorgegebenen Wert unterhalb der Sollfrequenz liegt (^v-Schwellschaltung).

17. Fahrgeschwindigkeitsregler nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Begrenzerschaltung (27) vorgesehen ist, die die Eingangsschaltung (14) zum Fahrgeschwindigkeitsregler lediglich dann freigibt, wenn die der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit entsprechende Istfrequenz einen vorgegebenen unteren Minimalwert im Vergleich zur Sollfrequenz des Hauptoszillators (1) überschreitet (v ^-Schaltung).

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