DE3019711C2

DE3019711C2 -

Info

Publication number: DE3019711C2
Application number: DE19803019711
Authority: DE
Inventors: Heinrich 5000 Koeln De Wendeler
Original assignee: Heinrich 5000 Koeln De Wendeler
Current assignee: POL, ALEXANDER T., DR., MIAMI, FLA., US
Priority date: 1980-05-23
Filing date: 1980-05-23
Publication date: 1989-11-30
Also published as: DE3019711A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung und Einhaltung der wirtschaftlichsten Geschwindigkeit von durch Verbrennungsmotoren angetriebenen Fahrzeugen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Verminderung des Kraftstoffverbrauchs eines Verbrennungsmotors steht in Beziehung zur wirtschaftlichen Motordrehzahl und insbesondere zur Fahrzeuggeschwindigkeit. Es gibt eine Anzahl von Vorschlägen, den Kraftstoffverbrauch zu verringern. Es sind Geräte bekannt, die den Kraftstoffver brauch messen mit Hilfe neuester analoger und digitaler Ein richtungen, einschließlich Mikroprozessor- und Computer-Sy stemen, vgl. US-PS 41 34 301, 40 50 295, JP-PS 4 91 14 653, 49 90 396, DE-PS 26 34 864, 24 40 411. Sie messen sämtlich den Kraftstoffverbrauch für eine einheitliche Distanz.

Die bekannten Vorrichtungen können nur von einem Fach mann bedient werden und setzen die richtige Getriebeüberset zung voraus (z. B. US-PS 41 36 389). Wenn die entsprechende Einstellung vom Fachmann erfolgt ist, kann ein unerfahrener Fahrer meistens nur versuchen, die wirtschaftliche Geschwin digkeit des Fahrzeuges auszuwählen, welche sich zusätzlich in Abhängigkeit von der Maschinenbelastung und den Fahrbedingun gen ändert. Die bekannten Systeme vermögen nur die Maximal- und Minimalwerte des Kraftstoffverbrauchs sowie einen Zwi schenwert anzuzeigen. Sie können nicht die wirtschaftliche Motordrehzahl und Fahrzeuggeschwindigkeit anzeigen, diese läßt sich nur auf der Basis des augenblicklichen Kraftstoffverbrauchs erraten. Mit ihnen läßt sich auch nicht der augenblickliche Wert der Abweichung von der wirklich wirtschaftlichen Motordrehzahl und Fahrzeuggeschwindigkeit messen. Sie sind überdies kompliziert und teuer.

Der wirkliche Kraftstoffverbrauch wird durch verschie dene Faktoren, wie Beladung, Straßenverhältnisse, Wind usw. bestimmt. Daher sollte nicht der absolute Wert des Kraft stoffverbrauchs als Anzeige und entscheidende Größe verwendet werden, sondern die wirtschaftlichste Motordrehzahl bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit sollte angezeigt und im Fahrbetrieb aufrechterhalten werden. Der Kraftstoffverbrauch kann neben bei auch angezeigt werden.

Es besteht daher immer noch ein Bedürfnis nach einer Anzeigevorrichtung, die die wirkliche wirtschaftlichste Dreh zahl des Motors und Geschwindigkeit des Fahrzeuges anzeigt unabhängig vom Betriebszustand und Einsatz. Neben solchen grundlegenden Instrumenten wie Geschwindigkeits- und Drehzahlmesser fehlt im Fahrzeug ein Gerät - ein sogenanntes Okonometer - dessen Anzeige in einem direkten und zuverlässigen Verhältnis zur wirtschaftlichen Geschwindigkeit des Fahrzeuges und zum minimalen Kraftstoffverbrauch steht.

Es sind außerdem Vorrichtungen bekannt, die eine vorbe stimmte Geschwindigkeit einhalten, die durch den Fahrer ein gestellt wird. Solche Vorrichtungen sind beschrieben in den DE-PS 28 02 608, 28 16 613, 29 08 110, JP-PS 52 43 026, 52 45 795 und US-PS 41 38 723 und 41 70 274.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung anzugeben, mit der die jeweils wirt schaftlichste Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt und eingehal ten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Kennzeichen der Ansprüche 1 und 2 angegebenen Gestaltungs merkmale gelöst.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung soll nachfolgend näher erläutert werden. Die große Bedeutung von Motordaten, wie der Wirkungsgrad, das Drehmoment, die Motorleistung und insbesondere der Kraft stoffverbrauch, ist bekannt. So kann man die verbrauchte Kraftstoffmenge in Beziehung setzen zu den oben erwähnten Da ten und zu der Geschwindigkeit des Fahrzeuges oder zu der ge fahrenen Strecke und zur benötigten Zeit. Wie auch immer, die Abhängigkeit der nutzbaren Motorleistung von dem Drehmoment und besonders dem Kraftstoffverbrauch ist nicht gleich für die verschiedenen Motoren. Es ist eine Abhän gigkeit gegeben von der Beladung und den Fahrbedingungen des Fahrzeugs. Daher ergibt der Extremwert (Minimalwert) des Kraftstoffverbrauches für eine der Motorkenndaten die allgemeinste Anzeige für die Arbeitsweise des Motors und die wirtschaftliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs.

Die Menge des tatsächlich verbrauchten Kraftstoffs des Motors steht in Relation gleichzeitig zur momentanen effektiven Motorleistung oder der Motordrehzahl oder zur Fahrzeuggeschwindigkeit.

Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, den wirklichen Wert des Quotienten aus Kraftstoffverbrauch und einer der obigen Daten des Motors oder Fahrzeugs zu ermitteln und die Ableitung des Quotienten oder einen dazu proportionalen Wert als eine brauchbare Anzeige für die wirtschaftliche Ge schwindigkeit zu verwenden. Betrag und Vorzeichen dieser Größe können zur Steuerung des Anzeigesystems für die wirtschaftliche Motordrehzahl und wirtschaftliche Fahrzeuggeschwindigkeit dienen. Außerdem verhindert der ermittelte Quotient eine falsche Anzeige des Anzeigers für die wirtschaftlichste Geschwindigkeit infolge Motorbe lastung und Fahrbedingungen des Fahrzeugs.

Die Leistungsdaten des Motors sind folgende: Minimaler Kraftstoffverbrauch und maximale Ausgangsleistung des Motors gegenüber Motordrehzahl verändern sich in Abhängig keit von den Fahrbedingungen. Daher stellt die Überwachung dieser extremen Werte und Änderungen des Verhältnisses Kraftstoffverbrauch zu Motorleistung durch Ermittlung des Differentialquotienten einen Weg dar, die wirtschaftlichste Motordrehzahl und Fahrzeuggeschwindigkeit zu ermitteln.

Es ist bekannt, daß der Motor einen Betriebszustand auf weist, bei dem der Quotient aus Kraftstoffverbrauch und Geschwindigkeit des Motors und des Fahrzeuges ein Minimum aufweist. Wenn Q der Kraftstoffverbrauch pro Entfernung und S die Geschwindigkeit pro Zeit ist, so gilt:

Q ₁/S ₁<Q ₂/S ₂<Q ₃/S ₃,

worin

Q ₁<Q ₂<Q ₃

und entsprechend

S ₁<S ₂<S ₃

sind.

Aus der sich ergebenden Anhängigkeit kann die wirkliche wirtschaftlichste Geschwindigkeit eines Fahrzeugs ermittelt werden. Das Verhältnis von Kraftstoffverbrauch zu einer der Anzeigegrößen des Motors oder Fahrzeugs während be stimmter Zeitintervalle, um den Differentialquotienten bzw. die Ableitung dieses Quotienten zu ermitteln, kann bestimmt werden, indem die augenblickliche wirtschaftlichste Drehzahl des Motors ermittelt wird.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zur Anzeige der jeweils wirtschaftlichen bzw. wirtschaftlichsten Geschwin digkeit zeigt laufend der Wert der Ableitung oder den Pro portionalwert des Quotienten aus Kraftstoffverbrauch und effektiver Motorleistung oder Motordrehzahl oder Fahr zeuggeschwindigkeit an. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erfüllt die Voraussetzungen für die erforderliche Vielsei tigkeit. Sie ist unabhängig von der Motorbelastung und den Fahrbedingungen bzw. -zuständen des Fahrzeugs. Die Vorrich tung zeigt zusätzlich den Kraftstoffverbrauch an. Mit einer Zusatzvorrichtung regelt die erfindungsgemäße Vorrichtung automatisch die wirtschaftliche Geschwindigkeit des Fahr zeugs ein. Bei Verwendung einer solchen Zusatzvorrichtung signalisiert der beschriebene Anzeiger auch den günstigsten Moment des Umschaltens in einen anderen Gang.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung nutzt die Abhängigkeit des Kraftstoffverbrauchs von einem der Werte, wie Motorleistung, Motordrehzahl oder Fahrzeuggeschwindigkeit. In der ein fachsten Version signalisiert die Vorrichtung nur das Erreichen der wirtschaftlichen Geschwindigkeit, jedoch nur für den Fall, daß sich die Motordrehzahl ändert. In einer zweiten Version der Vorrichtung besteht die Möglichkeit einer dauernden Überwachung der Abweichung von der wirtschaftlichen Geschwindig keit, unabhängig von der Motordrehzahl und unabhängig davon, ob das Fahrzeug beschleunigt wird oder gleichförmig läuft. Bei einer dritten Version ist eine zusätzliche Aus rüstung mit einem digitalen Zähler zum Messen des augenblick lichen Kraftstoffverbrauchs vorgesehen.

Die Erfindung soll nun anhand der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele zeigt, näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Bestimmung der wirtschaft lichen (bzw. wirtschaftlichsten) Geschwindig keit, wobei durch die mit A, B, C, D und E bezeichneten Teile folgende Funktionseinheiten gebildet werden:
A + B: Anzeige, wenn die wirtschaftliche (bzw. wirtschaftlichste) Geschwindigkeit erreicht ist,
A + C: dauernde Überwachung der Abweichung von der wirtschaftlichen Geschwindigkeit,
A + D: dauernde Messung des Kraftstoffverbrauchs,
E: Zusatzeinrichtung zum automatischen Ein regeln und Halten der wirtschaftlichen Ge schwindigkeit,

Fig. 2 ein schematisches Prinzipschaltbild der erfin dungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 3 ein Diagramm, an dem die Arbeitsweise eines in der Einrichtung verwendeten Komparators erläutert ist, und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Einhalten der wirtschaftlichen Geschwindig keit des Fahrzeugs.

Die Einrichtung zur Umwandlung der Motordrehzahl in Signale, die proportional sind zu der augenblicklichen Motor leistung, umfaßt die Meßeinrichtung für die Motordrehzahl keit 1 R und einen Schaltungsteil 2 N, wie dies bereits in den US-Patentschriften 38 90 832 oder 39 21 446 beschrieben ist.

Teil B weist einen Differenzierer 4 für den Quotienten auf, der in der Einrichtung 3 gebildet wird, einen Differential verstärker 5 und eine Einrichtung 6, die die wirtschaftliche Geschwindigkeit anzeigt.

Teil C weist einen Spannungsquantisierer 7, einen Ver gleicher 8 (einen Komparator oder Null-Detektor oder einen Differentialoperationsverstärker) zum Vergleichen der zum Quotienten proportionalen Spannung mit der Spannung, die dem augenblicklichen Wert eines Anzeigegerätes für Motor- oder Fahrzeugkenndaten proportional ist, und ferner einen Differenzierer 9 für die genannten quantisierten Quotienten- Signale, einen anlogen Schalter 10, ein Tiefpaßfilter 11 und ein Spulensystem 12 zur Steuerung eines analogen Meßge rätes 13 des Anzeigegerätes für die wirtschaftliche Geschwin digkeit.

Teil D weist ein System zur digitalen Überwachung des Kraftstoffverbrauchs auf, bestehend aus einem Analog-Digital- Spannungswandler 14, einem Gatter-Schaltkreis 15, einem Takt geber 17 und einer digitalen Anzeige 16.

Teil E weist einen Differentialleistungsverstärker 19 mit einem elektromagnetischen Magnetsystem 20 für die Steuerung des Getriebes des Fahrzeugs auf, das mit einem Hebelarm 22 der Drosselklappe des Vergasers und einem Verbindungsgestänge 23 des Gaspedals gekoppelt ist.

Die Fig. 2 zeigt im Prinzip ein Beispiel für das Analog system der Spannungsteilung.

Die Fig. 3 zeigt ein das Arbeitsprinzip der Einrichtung mit Spannungskomparator darstellendes Diagramm.

Die Fig. 4 zeigt ein zusätzliches System zum automati schen Einhalten der wirtschaftlichen Fahrzeuggeschwindigkeit.

Nachfolgend soll die Arbeitsweise der Vorrichtung be schrieben werden. Für die elektrischen Signale, die proportional sind zum Kraftstoffverbrauch Q des Motors, erfolgt in der Ein richtung 3 eine Teilung durch die entsprechenden Signale des Tachometers V und des Drehzahlmessers R oder durch die Si gnale des Nebensystems 2 N, das die augenblickliche Motor leistung ermittelt - ebenfalls nach deren Formung und Über tragung.

Die konstruktive Lösung der Systeme 1 und 2 ist ab hängig von den eingesetzten Meßeinrichtungen bzw. Meßtastern. Im Fall der Abgabe einer Wechselspannung durch den Durch flußmesser und das Tachometer werden im Impulsformungskreis Schmitt-Trigger und die differenzierenden Systeme verwendet, die die negativen Impulse abschneiden. In der Pulsformungs stufe wird ein Integrationssystem eingesetzt. Hinter dem Teiler 3 (Fig. 2) sind die weiteren im Blockschaltbild dar gestellten Elemente abhängig von der jeweiligen Version der Anzeigeeinrichtung für die wirtschaftliche Motordrehzahl und Fahr zeuggeschwindigkeit.

Die einfachste Version besteht aus den Teilen A und B und ist durch das Differenziersystem 4 realisiert, welches in Abhängigkeit vom Vorzeichen der Ableitung den Differential verstärker 5 und die Anzeigeeinrichtung 6 steuert: Ausschalten einer Fotodiode im Augenblick des Erreichens der wirtschaft lichen Geschwindigkeit.

Die Version der Einrichtung, die die wirtschaftliche Motor drehzahl und Fahrzeuggeschwindigkeit anzeigt, unabhängig von Beschleunigungsvorgängen, enthält die Teile A und C. Das dem Quotienten E zugeordnete Signal der Einrichtung 3 wird in der Einrichtung 7 einer Quantisierung unterworfen, von wo über den Komparator 8 in Abhängigkeit vom Vorzeichen des Ausgangssignals durch das Einschalten des Schalters 10 posi tive oder negative Impulse der Einrichtung 9, dem Tiefpaß filter 11 und dem Spulensystem 12 des Meßgerätes 13 zuge führt werden.

Die Steuerung des Schalters 10 und des Meßgerätes 13 kann auch mit anderen Vergleichseinrichtungen erfolgen, z. B. durch einen Null-Durchgangs-Detektor oder einen Differential- Operationsverstärker. Die Ansteuerung des analogen Schalters 10 erfolgt durch die Einrichtung 8, die den tatsächlichen Wert der Spannung des genannten Quotienten mit der augen blicklichen Spannung der gewählten Anzeige für die Motordrehzahl und Fahrzeugkenndaten, z. B. mit der Fahrzeuggeschwindigkeit, ver gleicht, derart, daß jeder negative Impuls des Komparators (Fig. 3) oder mehrere solcher Impulse für den Fall, daß ein zusätzlicher Zählkreis vorhanden ist, den Schalter 10 so schaltet, daß dieser, sobald die Geschwindigkeit des Fahr zeugs steigt, negative Impulse überträgt bis die Spannung mit dem Spannungswert der Impulse gleich ist und bis zum Auftreten eines Null-Durchgangssignales und Erscheinen negativer Impulse am Ausgang des Komparators 8. Nach Abfall dieses Signales än dert sich die Stellung des Schalters 10, so daß positive Impulse übertragen werden bis wieder am Steuereingang des Schalters 10 ein Null-Durchgangssignal erscheint und sich die Schaltstellung des Schalters ändert.

Die Impulse der Einrichtung 9 steuern das Meßgerät 13. In Abhängigkeit von der wirklichen Spannung dieser Impulse wird die vorhandene Geschwindigkeit angezeigt:

Fall 1: Ausschlag des Zeigers in einer Richtung vor dem Erreichen der wirtschaftlichen Geschwindigkeit;

Fall 2: Ausschlag des Meßgerätes ist Null im Moment des Erreichens der wirtschaftlichen Geschwin digkeit V ₀;

Fall 3: Ausschlag des Zeigers des Meßgerätes in die andere Richtung, wenn die Geschwindigkeit die wirtschaftliche Geschwindigkeit überschreitet.

Das Gerät zur Anzeige der wirtschaftlichen bzw. der wirt schaftlichsten Drehzahl des Motors und Geschwindigkeit des Fahrzeuges und entsprechend die Anzeigeeinrichtung für den minimalsten Kraftstoffverbrauch ist mit einem Zähler für die Angabe des augenblicklichen Kraftstoffverbrauchs gekoppelt (vergleiche Teil D der Fig. 1). Signale des Schaltungsteiles 3 steuern über den Spannungsquantisierer 7, den digitalen Spannungs konverter 14 und den Gatterkreis 15 den digitalen Zähler 16, der laufend den Kraftstoffverbrauch anzeigt.

Die Einrichtung zur Anzeige der wirtschaftlichen Geschwin digkeit weist eine Einrichtung zum automatischen Halten oder Einregeln der wirtschaftlichen Fahrzeuggeschwindigkeit auf. Diese Einrichtung ist in der Fig. 1 mit dem Bezugszeichen E versehen. Nach dem Kurzschließen des Schalters 18 steuern die die Abweichung von der wirtschaftlichen Geschwindigkeit des Fahrzeuges anzeigenden Signale des Filters 11 den Diffe rentialleistungsverstärker 19 an, welcher wiederum die Ein richtung 20 steuert, die mit Hilfe der Zahnradübersetzung 21 mit einem Hebelarm 22 der Drosselklappe des Vergasers und dem Verbindungsgestänge 23 des Gaspedals (Fig. 4) in Wirkverbindung steht.

Der Schalter 18 ist gewissermaßen mit einem anderen, von Hand oder vom Bremspedal in dessen Totbereich betätig ten Schalter so gekoppelt, daß dessen Einschalten automatisch die Ausschaltung des Schalters 18 bewirkt.

Die vorliegende Einrichtung sorgt für die Steuerung des günstigsten Moments der Getriebeumschaltung. Bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe betätigt das Signal der Einrichtung 11, wenn dieses das Vorzeichen wechselt und wenn sich dessen Span nungswert dem Nullpunkt nähert, die Steuereinrichtung 24 (angeordnet z. B. in einem Mikroprozessor des Typs 8080 der Firma Intel), die sich in einem Schaltkasten des Automatik getriebes befindet, wodurch dann die Getriebegangumschaltung erfolgt.

Claims

1. Einrichtung zur Ermittlung und Einhaltung der wirtschaft lichsten Geschwindigkeit von durch Verbrennungsmotoren ange triebenen Fahrzeugen, mit einem den Kraftstoffverbrauch pro Zeiteinheit ermittelnden Verbrauchsgeber und mit Gebern für die Motorleistung, die Motorgeschwindigkeit oder die Fahr zeuggeschwindigkeit, dadurch gekennzeich net, daß die Ausgangssignale des Verbrauchsgebers und die Ausgangssignale des Gebers für die Motorleistung, die Motor drehzahl oder die Fahrzeuggeschwindigkeit an die Ein gänge einer Teilerschaltung (3) gelegt sind, deren Ausgangs signale, die dem Quotienten aus Kraftstoffverbrauch und der Motorleistung, der Motordrehzahl oder der Fahrzeug geschwindigkeit entspricht, einem Quantisierungskreis (7) zur zeitlichen Quantisierung zugeführt sind, dessen Ausgangs signale einem Differenzierer (9) zugeführt sind sowie einem Komparator (8) zum Vergleich mit den augenblicklichen Meß werten der Geber zugeordneten Kennwerten, und daß ein Schalter (10) vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von den Vorzeichen der Komparatorsignale umschaltbar ist und die ein Maß für die Abweichung der Momentangeschwindigkeit von der wirtschaft lichsten Geschwindigkeit darstellenden Ausgangssignale des Differenzierers (9) zu einer Anzeige (13; 16) durchschaltet sowie zu einer Einrichtung zum Einregeln der wirtschaftlichsten Geschwindigkeit des Motors, welche eine vom Ausgangssignal des Differenzierers betätigbare Einrichtung (19, 20, 21, 24) zum Verstellen einer Drosselklappe eines Vergasers oder eines Gestänges (23) eines Gaspedals oder zum Umschalten eines Automatikgetriebes aufweist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einregeln der wirtschaftlichsten Geschwindigkeit einen von einem Diffe rentialleistungsverstärker (19) gespeisten Elektromagneten (20) aufweist, der mit einer Zahnradübersetzung (21) ge koppelt ist, die mit einem Hebelarm (22) der Drosselklappe oder einem Verbindungsgestänge (23) des Gaspedales in Wirk verbindung steht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß in Abhängigkeit von Vorzeichen der Komparatorsignale die Polarität des durch den Schalter (10) durchgeschalteten Differenziererausgangssignales änder bar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einregeln der wirtschaftlichsten Geschwindigkeit eine Steuereinrichtung (24) aufweist, die in Abhängigkeit von der Polarität des durchgeschalteten Differenziererausgangssignales die Umschaltung des Automatikgetriebes bewirkt.