DE3404154C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung zur
Unterdrückung von Schwingungen im Antriebsstrang eines
Kraftfahrzeuges, das von einer eine Gemischbildungsanlage
aufweisenden Brennkraftmaschine angetrieben wird gemäß
den weiteren im Oberbegriff des Patentanspruches
angegebenen Merkmalen.
Aus der DE-OS 30 45 840 ist eine Regeleinrichtung der
vorstehend genannten Bauart bekannt. Diese speziell für ein
kupplungsfreies Schalten ausgebildete Regeleinrichtung
umfaßt eine mit dem Kraftstoffregelorgan der Gemisch
bildungsanlage gekoppelte Korrektureinrichtung, die in
Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern, wie z. B.
der Motordrehzahl und des Motordrehmomentes das Kraft
stoffregelorgan derart verstellt, daß zu Beginn eines
Schaltvorganges das Antriebsmoment des Motors Null ist
und nach Ausrücken der eingelegten Gangstufe die Motor
drehzahl auf eine dem neu angewählten Getriebegang ent
sprechende synchrone Drehzahl angehoben wird. Bei der
primär auf ein ruckfreies Schalten ausgelegten Regeleinrichtung
bleiben die Einflüsse des Antriebsstranges unberücksichtigt,
so daß den in Folge von Fahrbahnunebenheiten
oder Lastwechsel im Antriebsstrang während des Fahrbe
triebes hervorgerufenen Schwingungen nicht entgegen
gewirkt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vom Aufbau
her aus der DE-OS 30 45 840 bekannte Regeleinrichtung so
zu gestalten, daß im Antriebsstrang durch Lastwechsel
hervorgerufene Schwingungen gedämpft werden.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen
des Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erreichten Vorteile bestehen darin,
daß in Folge von Lastwechseln oder Fahrbahnunebenheiten
im Antriebsstrang hervorgerufene Schwingungen durch eine
gezielte Änderung der Kraftstoffzumessung unabhängig
von der Stelle des Fahrpedals gedämpft werden, womit
die Lebensdauer des Getriebes und die der weiteren kraft
übertragenden Elemente im Antriebsstrang und gleich
zeitig der Fahrkomfort erhöht wird.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform
dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 einen schematisch dargestellten Antriebs
strang eines Kraftfahrzeuges mit einer Regel
einrichtung,
Fig. 2 ein schematisches Fahrzeugmodell und
Fig. 3 ein reduziertes Fahrzeugmodell nach Fig. 2.
Eine in der Fig. 1 mit 1 bezeichnete Regeleinrichtung
umfaßt einen Festwertspeicher 2, eine Recheneinheit 3, eine
Korrektureinheit 4, die Bestandteile eines Mikroprozessor
systems sind, und ein Stellglied 5. Ein Antriebsstrang 6
z. B. eines Nutzfahrzeuges, umfaßt eine Brennkraftmaschine
7 mit einer Gemischbildungsanlage 8, einer Antriebs
welle 9 mit einem Schwungrad 10, ein Getriebe 11 und ein
Differentialgetriebe 12, von dem Achswellen 13, 14 zu den
Antriebsrädern 15, 16 führen. Dem Schwungrad 10 ist ein
Meßfühler 17 zur Winkelgeschwindigkeitserfassung, der Antriebs
welle 9 ist ein Meßfühler 18 zur Torsionsmomenterfassung,
den Antriebsrädern 15, 16 sind Meßfühler 19, 20
zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit zugeordnet und
mit einem an dem Getriebemotor angeordneten Meßfühler 21 wird
die augenblicklich zur Anwendung kommende Schaltstufe
erfaßt. Mit signalübertragenden Leitungen korrespondieren
die Meßfühler 17 bis 21 mit der Regeleinrichtung 1.
Eine Auslenkung eines Fahrpedals 22 wird mit einem Meß
fühler 23 erfaßt und mit einer signalübertragenden Leitung
der Regeleinrichtung 1 zugeführt.
In der Fig. 2 ist ein Kraftfahrzeug als ein Mehrmassen
system dargestellt, bei dem ein Brennkraftmaschinenmoment
M₁ auf ein Schwungrad 10 der Brennkraftmaschine mit einem
Massenträgheitsmoment J₁ wirkt, wobei sich eine Winkel
geschwindigkeit ω₁ einstellt. Mit der Antriebswelle 9,
in der das Getriebe 11 zwischengeschaltet ist, erfolgt
die weitere Kraftübertragung zum Differentialgetriebe 12
und von dort mit den Antriebswellen 13, 14 zu den Antriebs
rädern 16, 15, die eine Winkelgeschwindigkeit ω₂′ aufweisen
und an denen aufgrund äußerer Kräfte ein Lastmoment M₂′
angreift.
In der Fig. 3 ist ein reduziertes Fahrzeugmodell dargestellt,
das von dem in Fig. 2 dargestellten Fahrzeugmodell
abgeleitet ist. Das Brennkraftmaschinenmoment M₁
wirkt bei einer Winkelgeschwindigkeit ω₁ auf das Brennkraft
maschinenschwungrad 10 mit dem Massenträgheitsmoment
J₁. Ein vor dem Getriebe gedachtes Fahrzeugersatz-
Schwungrad 24 mit einer Winkelgeschwindigkeit ω₂ besitzt
ein Massenträgheitsmoment J₂. An dem Fahrzeugersatz-
Schwungrad 24 greift ein auf die Getriebeeingangs
seite reduziertes Lastmoment M₂ an. Das Brennkraftmaschinen
schwungrad 10 und das Fahrzeug-Schwungrad 24
sind durch die Antriebswelle 9* verbunden, die ein Tor
sionsmoment M überträgt. Ein zwischen dem Fahrzeugmodell
und dem reduzierten Fahrzeugmodell bestehender Zusammen
hang ist mit den Beziehungen
und
beschreibbar, wobei
ω₂Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugersatz-Schwungrades 24,
iÜbersetzungsverhältnis des Getriebes,
i H Übersetzungsverhältnis des Differentialgetriebes,
ω₂′mittlere Winkelgeschwindigkeit der Antriebsräder,
J₂Massenträgheitsmoment eines als Fahrzeugersatz
gedachten Ersatzschwungrades vor dem Getriebe,
mFahrzeugmasse,
rRadius eines Antriebsrades,
M₂Lastmoment, reduziert auf die Getriebeeingangsseite und
M₂′an den Antriebsrädern wirkendes Lastmoment
ist.
Ein Vergleichsträgheitsmoment J ist nach der Beziehung
bestimmbar.
Für das reduzierte Fahrzeugmodell sind die Bewegungs
gleichungen
und
erstellbar, wobei
Δ ω
Differenz der Winkelgeschwindigkeit vom Brennkraft
maschinenschwungrad und dem Fahrzeugersatz-Schwungrad und
Δ ϕ
Verdrehwinkel der als Ersatz des Antriebsstranges
gedachten Torsionswelle zwischen Brennkraftmaschinen
schwungrad und Fahrzeugersatz-Schwungrad
ist.
Das Torsionsmoment M ist der Verdrehung Δ ϕ proportional
und mit der Beziehung
M = c · Δ ϕ (7)
beschreibbar, wobei
c Torsionssteifigkeit der Antriebswelle 9*
ist.
Einer vorgegebenen Fahrpedalstellung ist ein Solldrehmoment M 1S
zugeordnet, das die Regeleinrichtung 1 nach dem Regelungs
gesetz
M₁ = M 1S - K₁ Δ ω + K₂ Δ ϕ (8)
mit K₁, K₂ als Koeffizienten
mit dem Stellglied, das die Gemischtaufbereitungsanlage,
insbesondere die Einspritzpumpe einer selbstentzündenden
Brennkraftmaschine eines Nutzfahrzeuges, dahingehend be
einflußt, daß sich das Brennkraftmaschinenmoment M₁ ein
stellt.
Das so geregelte Gesamtsystem ist mit den Differential
gleichungen
beschreibbar.
Ein Exponential-Lösungsansatz (e pt ) für den homogenen Teil
führt bei der Berechnung der Eigenwerte p auf die charakteristische
Gleichung
Daraus sind die Bedingungen ableitbar, bei denen
die geregelte Bewegung stabil verläuft:
Vergleicht man die Gleichung (11) mit der allgemeinen
charakteristischen Gleichung eines Systems
2. Ordnung
so ist die Dämpfung "D" mit der Beziehung
und die Eigenkreisfrequenz ω₀ mit der Beziehung
beschreibbar.
Die Koeffizienten K₁ und K₂ für das Regelungsgesetz (8)
sind derart eingestellt, daß sich die gewünschte Dämpfung "D"
und die Eigenfrequenz ω₀ ergeben.
Während des Fahrbetriebes eines Nutzfahrzeuges mit einer
selbstzündenden Brennkraftmaschine wird vom Fahrer über das
Fahrpedal 22 ein gewünschtes Brennkraftmaschinen-Drehmoment
vorgegeben. Als Führungsgröße wird das Fahrpedalstellungs
signal, das von dem Meßfühler 23 erfaßt wird, der Korrektur
einrichtung 4 zugeführt. Das von der Korrektureinrichtung
4 angesteuerte Stellglied bewirkt eine Verstellung
des Verstellhebels der Einspritzpumpe der Gemischbildungs
anlage 8. Die Brennkraftmaschinen-Drehmomentänderung
erfolgt aufgrund der Regeleinrichtung in der Weise, daß
Schwingungen infolge der Drehsteifigkeit des Antriebsstranges
praktisch verhindert werden, was durch die Erfassung
der Winkelgeschwindigkeit ω₁ des Brennkraftmaschinen
schwungrades, des Torsionsmomentes M, des Übersetzungs
verhältnisses i und der Winkelgeschwindigkeit der Antriebsräder
ω₂′, die der Regeleinrichtung 1 zugeführt werden,
möglich ist. Der Recheneinheit 3 werden als Regelgröße
das Torsionsmoment M, und als weitere Zustandsgrößen
ω₁, ω₂′ zugeführt. Aus dem Festwertspeicher 2 werden
in Abhängigkeit der eingelegten Schaltstufe im Getriebe
21 die Koeffizienten K₁, K₂, die Torsionssteifig
keit c des Antriebsstranges und das Gesamtübersetzungsver
hältnis i · i H ausgelesen. In der Recheneinheit 3 wird
aus diesen Werten nach der Beziehung (7) der Verdrehwinkel
Δ ϕ und nach der Beziehung
Δ ω = ω₁ - i · i H · ω₂′ (15)
die Differenz Δ ω der Winkelgeschwindigkeit ω₁ von dem
Brennkraftmaschinenschwungrad 10 zu der Winkelgeschwindig
keit ω₂ des Fahrzeugersatz-Schwungrades 24 gebildet,
diese und die Koeffizienten K₁ und K₂ werden als Rückführgrößen der
Korrektureinheit 4 zugeführt. In der Korrektureinheit 4 wird mit dem
Regelungsgesetz (8) aus der Führungsgröße und den Rückführgrößen
eine das Stellglied 5 beeinflussende Ausgangsgröße ermittelt,
wodurch z. B. der Verstellhebel der
Einspritzpumpe in seiner Lage verändert wird, so daß
sich schließlich das vom Fahrer gewünschte Antriebsmoment
einstellt, das schwingungsfrei über die Antriebswelle 9
und die Achswellen 13, 14 zu den Antriebsrädern 15, 16
übertragen werden kann.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung wird bei
einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine die Drosselklappe
eines Vergasers von der Stellgröße beeinflußt.
Claims (1)
- Regeleinrichtung zur Unterdrückung von Schwingungen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, das von einer eine Gemischbildungsanlage aufweisenden Brennkraftmaschine angetrieben wird, die Gemischbildungsanlage mit einer Korrektureinrichtung gekoppelt ist, der mittels Meß fühlern erfaßte Drehzahlen am Getriebeein- und Getriebe ausgang und das im Getriebe momentan vorliegende Über setzungsverhältnis zugeführt werden, wobei aus den Betriebs parametern in der Korrektureinrichtung eine Stellgröße für ein Stellglied gebildet wird, mit der entsprechend der zugeführten Stellgröße ein Kraftstoffregelorgan der Gemischbildungsanlage verstellt und damit das Antriebsdrehmoment an der Eingangswelle des Getriebes verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße in Abhängigkeit der zugeführten Betriebsparameter nach der Beziehung M₁ = M 1s - K₁ Δ ω + K₂ Δ ϕermittelt wird, wobei in der Beziehung mitM₁Brennkraftmaschinendrehmoment, M 1sSolldrehmoment, K₁, K₂Koeffizienten, Δ ωDifferenz der Winkelgeschwindigkeit von Brenn kraftmaschinenschwungrad und Ersatzschwungrad, und Δ ϕVerdrehwinkel der als Ersatz des Antriebsstranges gedachten Torsionswelle zwischen Brennkraftmaschinen schwungrad und Ersatzschwungradbezeichnet sind.
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