DE2921214A1 - Verfahren zur fahrgeschwindigkeitsregelung und fahrgeschwindigkeitsregler - Google Patents
Verfahren zur fahrgeschwindigkeitsregelung und fahrgeschwindigkeitsreglerInfo
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Description
29212U
Dipt. Ing. Peter Ott· 7O33 Herrenberg (Kuppingen)
Patentanwalt ^ ElfelstraBe 7
Telefon (O 70 32) 31999
1424/ot/wi
24. April 1979
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Verfahren zur Fahrgeschwindigkeitsregelung und Fahrgeschwindigkeitsregler
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.
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.
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.
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 Tp des
für den Lageregelbereich Fahrzeuges bei 10 Sekunden, dann kann sich TL/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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Al
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§£._Θ4ηβξ 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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4Si
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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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 (17)
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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- 1980-05-22 JP JP6719380A patent/JPS55159209A/ja active Pending
- 1980-05-23 FR FR8011601A patent/FR2457193A1/fr active Granted
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