DE3020088A1

DE3020088A1 - Drehzahl-begrenzersystem fuer einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE3020088A1
Application number: DE19803020088
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Alan Ely; Roland Glenn Kibler; Wayne Alan Madsen
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1979-05-29
Filing date: 1980-05-27
Publication date: 1980-12-11
Also published as: AU5799180A; US4217867A; CA1129524A; DE3020088C2; FR2457976A1; AU533563B2; FR2457976B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Motordrehzahl-Begrenzungssystem zum Begrenzen der Maximaldrehzahl eines Verbrennungsmotors auf einen in der Nähe eines Regeldrehzahlwertes gelegenen Wert,

Es ist allgemein üblich, Regler bei Lastwagenmotoren vorzusehen, um ein längeres Auftreten von Drehzahlen zu verhindern, die unwirtschaftlich oder für den Motor schädlich sind. Normalerweise erhöht sich die Motordrehzahl bei dem Betrieb des Lastkraftwagens relativ langsam zur Regeldrehzahl hin, so daß eine Regelung leicht ausgeführt werden kann. Es treten jedoch auch abnormale Situationen auf, bei denen eine sehr schnelle Beschleunigung des Motors auftritt und die Drehzahlbegrenzungssteuerung muß einen zu einer Überdrehzahl führenden Zustand antizipieren,um eine Korrektur zeitig genug zur Verhinderung eines Motorschadens einzuleiten. Ein solcher Zustand kann beispielsweise dann auftreten, wenn bei Getriebeleerlauf oder ausgekuppeltem Zustand das Gaspedal betätigt wird, um den Motor rasch von Leerlaufdrehzahl auf die kritische Drehzahl zu beschleunigen. 'Derartige möglicherweise zur Überdrehzahl führende Zustände ergeben sich auch, wenn der untere ödere mittlere Übersetzungsbereich des Getriebes eingeschaltet ist.

Ein elektronisches Steuersystem zur Begrenzung der Motordrehzahl .ist aus der" US-PS 4 134 373 bekannt. Das erfindungsgemäße Drehzahl-Begrenzungssystem erbringt jedoch in soweit eine Verbesserung gegenüber dem bekannten System, als es leichter herzustellen ist, da im Gegensatz zu dem bekannten System eine Eichung eines Oszillators mit veränderbarem Einschaltverhältnis wegfällt und Zustände bei überhöhten Drehzahlen weiter reduziert werden, während gleichzeitig die Möglichkeit, den Motor jederzeit wieder zu beaufschlagen, erhalten bleibt,"Überdrehzahl"wird hier definiert als die Spitzen-Motordrehzahl, die über der im Gleichgewichtszustand erreichbaren Regeldrehzahl liegt, und "Beaufschlagung" ist

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die höchste Geschwindigkeit bei der vollei. Leistung im Gleichgewichtszustand ohne Inkraftsetzen der" Regelung erreicht werden kann.

Insbesondere wird durch die vorliegende Erfindung ein System zur Begrenzung der Motordrehzahl auf einen in der Nähe eines Regelwertes liegenden Wert geschaffen, die folgende Bauelemente umfaßt: eine Einrichtung zur Begrenzung der Motordrehzahl und eine Steuerschaltung zur Betätigung der Motordrehzahl-Begrenzungseinrichtung, die eine Drehzahleinrichtung zur Erzeugung eines der Motordrehzahl proportionalen elektrischen Drehzahlsignals und eine von dem Drehzahlsignal abhängige Modifizierungsschaltung enthält zur Erzeugung eines Steuersignals, das die Motordrehzahl-Begrenzungseinrichtung als Funktion der Motordrehzahl beaufschlagt, wobei die Modifizierungsschaltung eine Führungsschaltung umfaßt, die einen Führungsterm übereinstimmend mit der Motorbeschleunigung erzeugt und einen parallel zur Führungsschaltung liegenden Integrator mit variabler Empfindlichkeit enthält, die jeweils Komponenten des Steuersignals ergeben; dabei ist der Integrator mit variabler Empfindlichkeit mit der Drehzahleinrichtung verbunden und so ausgelegt, daß er wahlweise in eine während geringer Motorbeschleunigung wirksame Betriebsweise mit geringer Empfindlichkeit und in eine während Motorbeschleunigungen mit Zwischen- und hohen Werten wirksame Betriebsweise mit hoher Empfindlichkeit versetzt werden kann und eine Empfindlichkeits-Stelleinrichtung enthält, während die Steuerschaltung zusätzlich eine mit der Drehzahleinrichtung verbundene und in Abhängigkeit von der Motorbeschleunigung arbeitende sowie mit der Empfindlichkeits-Einstelleinrichtung des Integrators verbundene Beschleunigungsschalteinrichtung enthält, um die jeweiligen Betriebszustände des Integrators mit hoher bzw. geringer Empfindlichkeit zu bewirken und wobei die Eingangsimpedanz des Integrators einen Differentiator oder ein Differenzierglied enthält, das in Abhängigkeit von dem Drehzahlsignal eine stabilisierende

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Komponente im Ausgangssignal erzeugt, wodurch die Steuerschaltung in die Lage versetzt wird, die Motordrehzahl-Begrenzungseinriehtung zur Begrenzung der Motordrehzahl auf einen Regelwert bei allen auftretenden Motorbeschleunigungswerten zu beaufschlagen.

Die Beschleunigungsschalteinrichtung kann einen Beschleunigungsschalter umfassen, von dem eine Integrator-Rückkopplungssteuerung abhängt, um einen hohen Integratorgewinn oder eine hohe Integratorverstärkung b^eim Betrieb mit geringer Empfindlichkeit und eine niedrige Integratorverstärkung beim Betrieb mit hoher Empfindlichkeit zu bewirken.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Motordrehzahl-Begrenzungssystems,

Fig. 2 ein sehematisches Schaltbild einer Führungskomponenten- : .schaltung, eines Beschleunigungsschalters ■ und eines — Integrators mit variabler Empfindlichkeit als Teil des Systems nach Fig. 1 und

Fig. 3 ein Schaltbild der Ausgangsspannung des Integrators, aufgetragen über der Motordrehzahl zur Erläuterung der durch den Betrieb des Integrators mit variabler Empfindlichkeit entstehenden Charakteristik mit zwei Gewinn— oder Verstärkungswerten.

Das Motordrehzähl-Begrenzersystem nach Fig. 1 enthält eine Drehzahlanzeige 10, die Impulse von einem Zündkreis 12 empfängt und an die Leitung 14 ein Drehzahlsignal in Form einer der Motordrehzahl proportionalen Gleichspannung abgibt. Dieses Drehzahlsignal wird dann einer Steuerschaltung zugeführt,

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die eine Führungskomponentenschaltung 16, einen Beschleunigungsschalter 18 und eine Integratorschaltung 2O mit variabler Empfindlichkeit enthält und diese Elemente geben zusammenwirkend ein Steuersignal an die Leitung 22 ab, das das Einschaltverhältnis eines Oszillators 24 mit veränderbarem oder steuerbarem Einschaltverhältnis beeinflußt. .Das Einschaltverhältnis ist dabei O Prozent, wenn keine Drehzahlbegrenzung erforderlich iSt₇ und steigt im allgemeinen proportional mit der Größe des Steuersignals an Leitung 22 an. Das Ausgangssignal· des Oszillators 24 steuert ein Magnetventil 26, welches wiederum eine Unterdruckbetätigung 28 beaufschlagt, die in einer Verbindung oder Betätigung zwischen dem Gaspedal 32 und der Drossel 30 liegt.

Dabei wird das beschriebene System so betrieben, daß dann, wenn das Motordrehzahlsignal an Leitung 14 so ansteigt, daß eine Gefahr besteht, daß die Motordrehzahl die Regeldrehzahl überschreitet, die Unterdruckbetätigung so beaufschlagt wird, daß sie die durch das Gaspedal eingeleitete Steuerung in ihrer Auswirkung übersteuert und die Drossel 30 zur Schließstellung hin betätigt. Das Ausmaß der Bewegung der Drossel zur Schließstellung hin ist dann allgemein proportional zum Einschaltverhältniswert des Oszillators 24 und damit proportional zum Steuersignal an Leitung 22.

Eine Modifizierungsschaltung, die dieses Ergebnis erzielt, is im einzelnen in Fig. 2 dargestellt. Der Führungskomponentenschaltkreis 16 ist ein Differentiator, der aus einer Reihenschaltung aus einem Kondensator 36 und einem Widerstand 38 besteht, die zwischen der Leitung 14 und der Leitung 22 liegt. Damit wird das Ausgangssignal des Führungskomponentenschaltkreises proportional zur Motorbeschleunigung,wie sie sich durch die Änderungsrate des an Leitung 14 anliegenden Drehzahlsignals ergibt und erreicht dann einen beträchtlichen Wert, wenn eine hohe Motorbeschleunigung auftritt. Wie bekannt, kann ein

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solches Führungssignal benutzt werden, um bei Zuständen hoher Beschleunigung das Auftreten überhöhter Drehzahlen von vornherein auszuschließen, wenn bei solchen Beschleunigungsvorgängen dieses Auftreten von Überdrehzahlen am schwierigsten zu steuern ist. Andererseits ergibt die Führungskomponente eine Instabilität der Regeldrehzahl , wenn sie nicht ausgeglichen wird.

Der Integrator 20 mit variabler Empfindlichkeit enthält als Grundbestandteil einen Operationsverstärker 40 des Norton-Typs, dessen positive Eingangsklemme über einen Eingangswiderstand 42 mit der Leitung 14 verbunden ist. Ein aus einer Reihenschaltung eines Kondensators 44 mit einem Widerstand 46 bestehender Differentiator liegt parallel zum Widerstand 42. Das Ausgangssignal des Verstärkers 40 ist mit einer Leitung 48 verbunden, von der eine Rückkoppelschaltung zur negativen Eingangsklemme des Operationsverstärkers 40 führt, die aus einer Serienschaltung aus einem Widerstand 50 und einem Kondensator 52 besteht. Zusätzlich liegt ein weiterer Rückkoppelwiderstand 54 parallel zu den Bauelementen 50 und 52 und verbindet also gleichfalls die Leitung 48 mit der negativen Eingangsklemme des Verstärkers 40. Ein dritter Rückkoppelzweig, der nur beim Betriebszustand oder-Modus mit niedrigem Verstärkungsfaktor oder Gewinn wirksam ist, umfaßt eine Reihenschaltung aus zwei Widerständen 58 und 56 mit einem dazwischenliegenden Verbindungspunkt Ein Vorstrom wird dem Verstärker 40 in erster Linie durch eine Spannungsquelle Z+ zugeführt, die über einen Widerstand 62 zur negativen Eingangsklemme des Verstärkers 40 geschaltet ist. Dieses VorStromsignal bestimmt den Strompegel, der durch die Eingängsschaltung erreicht werden muß, damit ein Ausgangssignal erzeugt wird. Das über die Leitung 48 abgegebene Ausgangssignal der Schaltung 20 wird über einen Reihenwiderstand 64 der Leitung 22 zugeleitet und dort mit dem Führungswert oder Führungsterm vereinigt, der von der Schaltung 16 kommt, um auf diese Weise das Steuersignal für

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den Oszillator 24 mit veränder- oder steuerbarem Einschaltverhältnis zu bilden.

Der Beschleunigungsschalter 18 enthält einen Operationsverstärker 66 vom Norton-Typ, dessen negative Eingangsklemme über eine Serienschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator 70 mit der das Drehzahlsignal führenden Leitung 14 verbunden ist. Zwischen der negativen Eingangsklemme der Verstärkers 66 und seiner an Masse oder Erde lie-" .genden positiven Eingangsklemme ist ein Widerstand 72 geschaltet. Die Ausgangsklemme des Verstärkers 66 ist mit der Anode einer Diode 74 verbunden, deren Kathode mit dem Verbindungspunkt 60 zwischen den Widerständen 56 und 58 verbunden ist. Der Operationsverstärker ist so aufgebaut, daß der Ausgang hoch liegt, wenn die Eingangssignale in der Nähe von Erdpotential liegen. Bei sehr geringen Motorbeschleunigungswerten fließt kein bemerkenswerter Strom durch den Kondensator 70 und das Ausgangssignal des Verstärkers ist hoch, so daß ein Strom durch die Diode 74 fließt. Bei Beschleunigungszuständen, die Zwischenwerte oder hohe Werte annehmen, bevorzugt über einem Beschleunigungsschaltpunkt von annähernd 60 U.min .s , läßt der durch den Kondensator 70 zur negativen Eingangsklemme des Verstärkers 66 fließende Strom den Verstärker so umschalten, daß seine Ausgangsspannung niedrig wird und die Diode 74 in Sperrichtung vorspannt. Wenn die Diode 74 gesperrt ist, wird ein niedriger Verstärkungsfaktor des Integrators durch die Gesamtimpedanz der drei Rückkoppelzweige mit den Bauteilen 50 bis 58 bestimmt und der Vorstrom wird nur durch den Strom gebildet, der den Widerstand 62 durchfließt. Der geringe Vorstrom über den Widerstand 62 läßt den Integrator schon auf relativ kleine Eingangssignale reagieren, d.h. die Empfindlichkeit des Integrators ist relativ hoch. So ergibt sich bei über dem Beschleunigungsschaltpunkt liegender Motorbeschleunigung ein Ausgangssignal des Integrators, das zu dem Steuersignal

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an Leitung 22 so beiträgt, daß die Motorgeschwindigkeitsregelwirkung auch bei gemäßigten Geschwindigkeiten unterstützt wird. Bei vorliegenden sehr geringen Motorbeschleunigungswerten befindet sich die Diode 74 im Leitzustand und liefert über den Widerstand 58 einen zusätzlichen Vorstrom, der zusammen mit dem durch den Widerstand 62 fließenden Strom die Empfindlichkeit des Integrators verringert und eine relativ hohe Einstelldrehzahl in der Nähe der erwünschten Regeldrehzahl des Motors ergibt. Der zum Verbindungspunkt 60 fließende Strom macht die aus den Widerständen 56 und 58 bestehende Schaltung als Rückkoppel-Impedanzweg unwirksam und erhöht damit die Gesamt-Rückkoppelimpedanz auf den Wert, der sich durch die Bauteile 50, 52 und 54 ergibt; dadurch wird der Integrator in seinem Betriebszustand mit hoher"Verstärkung oder hohem Gewinn versetzt. Die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers dient dann als Stromsenke für den durch den Widerstand 56 fließenden Strom.

Die hier beschriebene Schaltung 20 wird normalerweise auf diesem Fachgebiet als "Integrator" bezeichnet, wenn sie auch nicht im mathematischen Sinn ein idealer Integrator ist. Beim Betriebszustand mit hoher Verstärkung bewirkt der Rückkoppelkreis eine große Zeitkonstante in der Größenordnung von einigen s. Damit werden sich schnell ändernde Eingangssignale effektiv integriert, während die Schaltung für sich längsam ändernde Eingangssignale als Verstärker wirkt. Beim Betriebszustand mit niedriger Verstärkung ist. die Zeitkonstante kleiner und der Integrator erzeugt, wenn sich rasch ändernde Eingangssignale, die beispielsweise eine Beschleunigung darstellen, anliegen, ein verstärktes Ausgangssignal, das in seiner Form dem Eingangssignal ähnelt, wenn auch eine leichte Verzögerung des Ausgangssignals gegenüber den Änderungen des Eingangssignales auftritt.

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Infolge dieser Wirksamkeit der Schaltung wird ein hervorragend stabilisierend wirkendes Signal erzeugt. Beim Betriebszustand mit niedriger Verstärkung ergibt das differenzierte Eingangssignal eine Integrator-Ausgangssignalkomponente, die einen Quasi-Führungsterm darstellt, der den Führungsterm der Schaltung 16 verstärkt und so ein Auftreten von Überdrehzahlen vorweg zu verhindern hilft. Beim Betriebszustand mit hoher Verstärkung ergibt das gleiche Eingangssignal einen drehzahlproportionalen . oder stabilisierenden Term, der die durch den Führungsterm induzierte Instabilität kompensiert. So gibt die Ausgangssignalkomponente in jedem Betriebszustand infolge des differenzierten Eingangssignals eine vorteilhafte Wirkung für den Betrieb des Systems.

Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung der über der Motordrehzahl aufgetragenen Ausgangsspannung des Integrators bei einem Beispiel eines Lastkraftwagenmotors. Die durchgezogene Linie 78 stellt den hohen Integratorgewinn dar, der in der Nähe der Regelgeschwindigkeit (Punkt a) bei Gleichgewichtsbedingungen auftritt. Die beim Punkt b eingestellte Drehzahl beträgt 3930 U.min"¹ und die Vollast-Regeldrehzahl beträgt 4000 U.min ^. Wenn der Motor einen Beschleunigungswert aufweist, der geringer als der Beschleunigungsschaltpunkt von 60 U.min -s ist, kann das dynamische Eingangssignal das Ausgangssignal des Integrators bei Drehzahlen, die geringfügig kleiner als der Einstellpunkt b sind,auf kleine Werte treiben. Auch bei diesen geringen. Beschleunigungswerten erzeugt die Schaltung 16 einen kleinen Führungsterm, so daß das „Gesamt-Steuersignal zur sanften Abwandlung der Drosselstellung bei Geschwindigkeiten wirksam ist, die etwas unter dem Punkt b liegen. Wenn die Beschleunigung bis in die Nähe der Regelgeschwindigkeit anhält, steigt das Steuersignal entsprechend der Steigung der Geraden 78 an und schließt die Drossel weit

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genug, um die Drehzahl etwa auf den Punkt c (4035 U.min ) am oberen Ende der ansteigenden Geraden 78 einzuregeln. Durch die resultierende Beschleunigungsabnahme kann das nicht drehzahlbegrenzte Steuersignal längs der Geraden 78 abnehmen, bis schließlich bei der Vollast-Regelgeschwindigkeit Punkt a oder bei einer leicht höheren Teillast-Regelgeschwindigkeit ein Ausgleich erfolgt. Infolge des stabilisierenden Terms wird das System trotz vorliegender kleiner Störungen bei der Regeldrehzahl beruhigt.

Sind Beschleunigungswerte vorhanden, die über dem Be-

— 1 —1. schleunigungsschartpunfct von 60 U.min .s liegen, wird die Diode 74 in Sperrichtung vorgespannt, so daß der an der negativen Eingangsklemme des Verstärkers 40 anliegende Eingarigs-Vorstrom auf den über den Widerstand 62 fließenden Strom verringert wird. Damit wird der zur Erzeugung eines Integrator-Ausgangssignals am Eingang des Verstärkers 40 erforderliche Strom geringer. Deshalb reagiert der Integrator empfindlicher auf das an der Leitung 14 vorhandene Eingangssignal, als es bei Betrieb mit hoher Verstärkung der Fall ist. In Fig. 3 stellt Punkt d bei 3570 U.min""¹ die höchste Einstellpunkt-Drehzahl dar, die im Zwischenbeschietinigüngsbereich auftreten kann. Bei höheren Beschleunigungswerten läuft der Einstellpunkt des Integrators zu fortschreitend niedriger werdenden Drehzahlen. Das geschieht deshalb, weil das Eingangsdifferenzierglied aus den Bauteilen 44 und 46 auf die Motorbeschleunigung so reagiert, daß das tatsächlich einsetzende Ausgangssignal des Integrators schon bei viel geringeren Drehzahlen auftritt, als es durch das proportionale Drehzahleingangssignal allein erreicht: würde. Wenn die Wirksamkeit des Beschleunigungsschalters den Einstellpunkt auf einen niedrigeren Wert ändert, ändert sich, gleichzeitig der Gewinn oder der Verstärkungsfaktor des Integrators auf einen geringeren Wert, so daß die Steigung der Kurve des Integratorausgangssignals, in Fig. 3 durch die gestrichelt eingezeichnete Gerade 76

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dargestellt , viel kleiner ist als die Steigung der Geraden 78, die den hohen Verstärkungsfaktor darstellt; sie ist jedoch ausreichend groß, um eine Integrator-Sättigung bei annähernd dem gleichen Punkt c am oberen Ende der ansteigenden Gerade zu erreichen. Diese Auslegung verringert Diskontinuitäten der Betriebspunkte, wenn der Ausgangswert des Beschleunigungsschalters sich von niedrig auf hoch ändert. Wenn die Motorbeschleunigung über den Wert von 60 U.min .s ansteigt, nimmt der Drehzahl-Einstellpunkt auf Werte unter dem Punkt d ab. Zusätzlich wird bei höheren Beschleunigungswerten die Steigung des Integrator-Ausgangssignals flacher, so daß, wie in Fig. 3 durch die durchgezogene Gerade 80 dargestellt, die tatsächliche Arbeitskurve des Integrators etwas links von der gestrichelt eingezeichneten Geraden 76 liegt; dabei läuft auch die Gerade 80 mit der Geraden 76 etwa in der Nähe des Punktes c zusammen. Diese dynamische Integratorwirkung ergibt, daß bei mittleren Motorbeschleunigungswerten der Integrator sehr empfindlich auf einen Anstieg des Drehzahlsignals über Leitung 14 antwortet und ausreichend schnell ein beträchtliches Integratorausgangssignal erzeugt, um drohenden Überdrehzahlen entgegenzuwirken und sie möglichst gering zu halten. Selbstverständlich wird bei diesen mittleren Beschleunigungswerten von der Schaltung:16 zusätzlich ein Führungstermbestandteil erzeugt, der zusätzlich dem drohenden Auftreten von Überdrehzahlen entgegenwirkt.

Bei hohen Motorbeschleunigungswerten von beispielsweise mehr als 1000 U.min „s arbeitet das Steuersystem im wesentlichen in der gleichen Weise, wie sie bei gemäßigten oder Zwischen-Beschleunigungswerten beschrieben wurde. Jedoch ist nun der von der Schaltung 16 gelieferte Führungsterm-Bestandteil vorherrschend und kann bereits bei sehr niedrigen Motordrehzahlen auftreten. Dabei.wirkt der Quasi-Führungsterm, den der Integrator abgibt, noch unterstützend und auch dieser

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Quasi-Führungsterm kann schon bei geringen Drehzahlen auftreten. Durch diese Schaltungsauslegung sind die Auswirkungen der verschiedenen Bestandteile des Steuersignals bei allen Beschleunigungszustanden so ausgeglichen, daß ein Integratorausgangssignal im richtigen Betriebsspannungsbereich sicher erreicht wird, wenn die Motordrehzahl die Regeldrehzahl erreicht, so daß sich ein glatter Übergang von der Beschleunigungsbegrenzung auf die Drehzahlbegrenzung ergibt. Gleichgültig, ob der Betriebszustand bei hoher oder gemäßigter Motorbeschleunigung vorhanden ist, so wird immer dann, wenn die Motordrehzahl in die Nähe der Regeldrehzahl kommt, durch das Schließen der Drossel die Motorbeschleunigung auf einen Wert unter dem Beschleunigungsschalter-Schaltpunkt reduziert sein, so daß die Beschleunigung schnell aufhört oder sogar eine Drehzahlabnähme erfolgt. Dadurch, daß der Integrator in seinen Betriebszustand mit hohem Verstärkungsfaktor zurückkehrt, erzeugt er ein Ausgangssignal, das sich proportional zu den Drehzahländerungen ändert. Dieses als Komponente des Steuersignals wirkende Ausgangssignal ist ein stabilisierendes Signal, das die dynamische Instabilität ausgleicht, die durch den sich rasch ändernden Führungsterm der Schaltung 16 erzeugt wird. Dann bewegt sich das Ausgangssignal des Integrators wie im Fall der geringeren Beschleunigung längs der Geraden 78 nach unten, bis es bei der Regeldrehzahl zur Ruhe kommt.

Die Vollast-^Regeldrehzahl bei Punkt a wurde bereits besprochen; jedoch ändert sich die Regeldrehzahl in Abhängigkeit von der Fahrzeuglast. Beim Betriebszustand mit geringer oder keiner Last ist die Regeldrehzahl höher, wie es beispielsweise dem Punkt e entspricht. Der Integrator mit hohem Verstärkungsfaktor bewirkt nun, daß die Regeldrehzahlen bei Vollast und bei keiner Last nahe aneinander gehalten werden, da bei Gleichgewichtsbedingungen die steile Gerade 78 das vorherrschende Signal darstellt. Auch der Wiederbeaufschlagungspunkt b (es

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wird erinnert, daß unter"Wiederbeaufschlagung" die höchste Drehzahl zu verstehen ist, bei der volle Leistung ohne Beaufschlagung der Regelsteuerung unter Gleichgewichtsbedingungen erreicht werden kann) ist sehr dicht an der Vollast-Regeldrehzahl, wodurch die Drehzahl, bei der die volle Motorleistung unter Gleichgewichtsbedingungen erzeugt werden kann, möglichst groß gehalten wird. Der Betrag der Überdrehzahl,der durch die erfindungsgemäße Schaltung zugelassen wird, bewegt sich in der Größenordnung von 50 bis 100 ü.min über der Regeldrehzahl je nach Betriebsbedingung. Dadurch ergibt sich eine bedeutende Verbesserung gegenüber bekannten Regelschaltungen.

Das beschriebene Motordrehzahl-Begrenzersystem umfaßt so eine auf die Motordrehzahl reagierende Steuereinheit, die folgende Bestandteile umfaßt: eine Einrichtung, die einen Führungsterm-Bestandteil für das Steuersignal erzeugt, einen Integrator mit variabler Empfindlichkeit, der auf die Motordrehzahl so reagiert, daß er mit geringer Empfindlichkeit bei kleinen Beschleunigungswerten und mit höherer Empfindlichkeit bei Beschleunigungswerten, die einen vorbestimmten Wert überschreiten, arbeitet, um ein Integralterm des Steuersignals zu erzeugen, einen auf die Motorbeschleunigung reagierenden Beschleunigungsschalter, der die Empfindlichkeit des Integrators bei dem vorbestimmten Beschleunigungswert umsteuert und einen Differentiator oder ein Differenzierglied, das auf das Drehzahlsignal so reagiert, daß es dem Integrator ein Eingangssignal liefert, welches einen pseudoproportionalen Stabilisierungsterm des Steuersignals ergibt. Dieses System ergibt eine ausgezeichnete Beeinflussung oder Gegensteuerung bei drohenden überdrehzahlen und zwar bei jeder möglichen Beschleunigung, während gleichzeitig die Stabilität bei der Gleichgewichts-Regeldrehzahl aufrechterhalten bleibt und die maximale Wiederbeaufschlagung, wie sie vorher definiert wurde, jederzeit gewährleistet bleibt.

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Dabei wird im einzelnen das Steuersignal an ein Magnetventil 26 weitergegeben, das wiederum eine Unterdrucksteuerung 28 beeinflußt, die die Beaufschlagung des Gaspedals 32 so "übersteuern" kann, daß die Drossel 30 bei Annäherung an die Regeldrehzahl entgegen dem Willen des Fahrers zur Schließstellung: bewegt wird. Die Steuerschaltung aus der Führungskomponente 16, dem Beschleunigungsschalter 18 und dem Integrator 20 mit variabler Empfindlichkeit ergibt ein Steuersignal, das in einem Oszillator 24 mit steuerbarem Einschaltverhältnis für die Beaufschlagung des Magnetventils 26 aufbereitet wird. Dieses Steuersignal umfaßt außer der Führungskomponente eine stabilisierende Komponente und eine integrierte Drehzahlkomponente. Das integrierte Signal wird mit der stabilisierenden Komponente durch den Integrator 20 geschaffen, der eine geringe Empfindlichkeit und hohe Verstärkung bei kleinen Motorbeschleunigungen aufweist, während bei Motörbeschleunigungen, die über einem vorbestimmten Schal tpünkt des Beschleunigungsschalters 18 liegen, geringe Verstärkung und hohe ,Empfindlichkeit vorliegen.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche:

1J System zur Begrenzung von Motordrehzahlen auf Werte in der Nähe einer Regeldrehzahl mit einer Einrichtung zur Begrenzung der Motordrehzahl und einer Steuerschaltung zur Betätigung der Motordrehzahl-Begrenzungseinrichtung, die eine Drehzahleinrichtung zur Erzeugung eines der Motordrehzahl proportionalen elektrischen Drehzahlsignals, und eine auf das Drehzahlsignal zur Erzeugung eines Steuersignals reagierende Modifizierungsschaltung enthält, die die Motordrehzahl-Begrenzungseinrichtung in Abhängigkeit von -der Motordrehzahl beaufschlagt, wobei die Modifizierungsschaltung eine Führungsschaltung umfaßt, die einen Führungsterm in Übereinstimmung mit der Motorbeschleunigung erzeugt sowie einen Integrator, der parallel zur Führungsschaltung liegt und ebenfalls Komponenten des Steuersignals erzeugt,

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dadurch gekennzeichnet / daß der Integrator einen mit der Drehzahleinrichtung (10) verbundenen Integrator (20) mit variabler Empfindlichkeit umfaßt, der so eingerichtet, daß er wahlweise während niedriger Motorbeschleunigungswerte in einer Betriebsart mit geringer Empfindlichkeit und bei gemäßigten und hohen Beschleunigungswerten in einer Betriebsart mit hoher Empfindlichkeit betreibbar ist, daß der Integrator eine Empfind— lichkeits-Einstelleinrichtung (56, 58, 60, 62) umfaßt und daß die Steuerschaltung eine mit der Drehzahleinrichtuhg (10) verbundene Beschleunigungseinrichtung (18) umfaßt, die auf die Motorbeschleunigung reagiert und mit der Empfindlichkeit-Ein .stelleinrichtung des Integrators so verbunden ist, daß sie die jeweiligen Betriebsarten mit hoher bzw. geringer Empfindlichkeit bewirkt, wobei die Integrator-Eingangsimpedanz ein auf das Drehzahlsignal zur Erzeugung einer stabilisierenden Komponente im Ausgangssignal reagierendes Differenzierglied (44, 46) umfaßt, wodurch die Steuerschaltung in die Lage versetzt ist, die Motordrehzahl-Begrenzungseinrichtung (26, 28) zur Begrenzung der Motordrehzahl auf einen Regelwert bei allen vorkommenden Motorbeschleunigungswerten zu betätigen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch g e k e nn zeichnet, daß der Integrator (20) mit variabler Empfindlichkeit in seinem Verstärkungsverhalten ebenfalls variabel ist und wahlweise in einer während geringer Motorbeschleunigung wirksamen Betriebsart mit geringer Empfindlichkeit und hoher Verstärkung oder in einer während gemäßigter und hoher Motorbeschleunigungswerte wirksamen Betriebsart mit hoher Empfindlichkeit und geringer Verstärkung betreibbar ist, daß die Beschleunigungseinrichtung einen mit der Drehzahleinrichtung (10) verbundenen Beschleunigungsschalter (18) umfaßt, der in Abhängigkeit von der Motorbeschleunigung

■ einen ersten Schaltzustand über einem vorgegebenen Beschleunigungs-Schaltpunkt und einen zweiten Schaltzustand

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uhterhalb des vorgegebenen Schaltpunktes annimmt, mit einer mit dem Beschleunigungsschaler (18) verbundenen Einrichtung (74), die auf den Schaltzustand zur Nachstellung der Rückkoppelimpedanz des Integrators und seines Eingängs-Vörstromes so reagiert, daß dann, wenn der Beschleünigungsschälter in seinem ersten Zustand ist, der Integrator eine geringe Verstärkung und hohe Empfindlichkeit für kleine Eingangssignale besitzt und, wenn der Schalter in seinem zweiten Zustand ist, der Integrator eine hohe Verstärkung und eine geringere Empfindlichkeit für kleine Eingangssignale besitzt, und daß das Differenzierglied (44, 46) in der Integrator-Eingangsimpedanz auf das Drehzahlsignal in der erwähnten Weise zur Erzeugung einer stabilisierenden Komponente im Ausgangssignal reagiert, wenn der Integrator hohen Gewinn zeigt, und zur Erzeugung eines weiteren Führungsterms, wenn der Integrator niedrigen Gewinn zeigt. ,.-"."'.

System nach Anspruch 1 öder 2, dadurch g e k e η η ze i c h η et, daß der Integrator (20) mit variabler Empfindlichkeit einen Operationsverstärker (40) umfaßt, an dessen erster Eingangsklemme eine Integrator-Eingangsimpedanz angeschaltet ist, die ein das Drehzahlsignal empfangendes Differenzierglied (44, 46) umfaßt zur· Erzeugung einer stabilisierenden Komponente im Ausgangssignal, während zwischen der Verstärker-Ausgangsklemme und einer zweiten Eingangsklemme eine Rückkoppelschaltung (50, 52, 54, 56, 58) zur Erzeugung der Integratorwirkung /liegt und eine Eingangs-Vorstromeinrichtung (62) mit der zweiten Eingangsklemme zur Bestimmung eines Empfindlichkeit's-Nennwertes verbunden ist, wobei die Empfindlichkeit-Einstelleinrich-tung (56, 58, 60, 74) wahlweise einen zusätzlich Vorstrom zum Eingang liefern kann, um die Empfindlichkeit zu verringern, und daß die Beschleunigungseinrichtung einen mit der zweiten Eingangsklemme verschalteten

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Beschleunigungsschalter (18) umfaßt, um wahlweise den-, zusätzlichen Vorstrom an diese zu steuern.

4. System nach Anspruch 1 oder 2/ dadurch gekennzeichnet , daß der Integrator (20) mit variabler Empfindlichkeit auch variable Verstärkung aufweist, und einen Operationsverstärker (40) mit einem kapazitiven Rückkoppelzweig (50, 52), einem ersten Widerstands-Rückkoppelzweig (54) und einem zweiten, aus¹ einer Reihenschaltung von zwei Widerständen (56, 58) mit einem Verbindungspunkt (60) bestehenden Widerstands-Rückkoppelzweig umfaßt, wobei die Rückkoppelzweige parallel zueinander zwischen Ausgang des Verstärkers und seinem Eingang liegen, wodurch der Rückkoppelweg die Integratorverstärkung bestimmt, daß die Empfindlichkeits-Einstelleinrichtung eine mit dem Eingangdes Verstärkers verbundene Vorstromeinrichtung (62, Z+)umfaßtund daß eine Steuereinrichtung zur Erhöhung der Verstärkung und Erniedrigung der Empfindlichkeit vorgesehen ist durch Aufbringen einer relativ hohen Spannung an dem Verbindungspunkt (60), um den Eingangs-Vorstrom zu erhöhen und den zweiten Widerstandszweig (56, 58) zu sperren, bestehend aus einem mit der Drehzahleinrichtung (10) verbundenen Beschleunigungsschalter (18), der auf die Motorbeschleunigung reagiert und mit dem Verbindungspunkt (60) so verbunden ist, daß wahlweise Spannung angelegt wird, um die jeweiligen Empfindlichkeits- und Verstärkungs-Änderungen zu bewirken und daß die Integrator-Eingangsimpedanz ein mit dem Eingang des Operationsverstärkers (40) verbundenes, das Drehzahlsignal empfangendes Differenzierglied (44, 46) umfaßt, um eine stabilisierende Komponente im Ausgangssignal zu erzeugen, wenn der Integrator in der Betriebsart mit hoher Verstärkung ist, sowie einen zweiten Führungsterm, wenn der Integrator in der Betriebsart mit niedriger Verstärkung ist.

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