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Einrichtung zum Regeln der Fahrgeschwindigkeit
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eines Kraftfahrzeugs Stand der Technik Die Erfindung bezieht sich
auf eine Einrichtung zum Regeln der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit
einer elektrischen Regelung nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Es sind Einrichtungen bekannt (DE-PS 27 1>4 113), bei denen ein
durch eine mechanische Kupplung auftrennbarer Stellregelkreis für ein kraftstoffmengen
bzw. gemischbestimmendes Element von einer Signalvorgabe gespeist wird, die wenigstens
durch Vergleich eines Istgeschwinligkeitssignals mit einem Sollgeschwindigkeitssignal
erhalten wird. Dabei steht der Sollwertgeber in Wirkverbindung mit dem Fahrpedal,
das vom Kraftfahrzeugführer betätigt wird. Die mechanische Kupplung als Verbindung
zwischen Stellreglerausgang und kraftstoffmengen- bzw. gemischbestimmendem Element
ist dabei erforderlich, um bei einem Bremsvorgang eine ausreichend schnelle Drosselung
der Kraftstoffzufuhr zu ermöglichen dadurch, daß beim Lösen der Kupplung das kraftstoffmengen-bzw.
gemischbestimmende
Element mittels Federkraft in die Ruhelage zurückgeht. Die Einstellung der Kraftstoffzumessung
geschieht hierbei auf rein mechanische Weise.
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Es sind des weiteren Einrichtungen bekannt (DE-OS 22 03 907), die
einen besonderen Stellregelkreis für das Kraftstoff zu messende Element nicht aufweisen,
dafür aber eine Differenziereinrichtung enthalten, in der ein geschwindigkeitsproportionales
Signal differenziert und das Ergebnissignal hierauf einem Zweipunktregler zugeführt
wird. Diese Maßnahme ist vorgesehen, um das Regelverhalten des Zweipunktreglers
im Übergangsbereich zu stabilisieren und der Einstellträgheit des Systems aufgrund
Fehlens eines besonderen Stellregelkreises für das Kraftstoff zumessende Element
entgegenzuwirken.
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Es sind des weiteren Einrichtungen bekannt (DE-OS 25 45 294), die
zur geschwindigkeitsabhängigen Verminderung des Grades der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs
eine Differenziereinrichtung enthalten, der ein geschwindigkeitsabhängiges Signal
zugeführt wird und deren Ausgangssignal von einem Steuersignal - dieses vermindern
- subtrahiert wird. Dadurch soll erreicht werden, daß bei Beschleunigungsvorgängen
aus niedrigen Geschwindigkeiten ein Durchdrehen der Antriebsräder und ein dadurch
verursachtes Ausbrechen des Fahrzeugs verhindert wird.
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Als nachteilig beim Stand der Technik erweist sich, daß eine Massenbelastung
jeweiliger Stellglieder bzw. Stellorgane zu einer unerwünschten Verlängerung der
Ansprechzeiten bekannter Regeleinrichtungen führt und im übrigen die Möglichkeit
einer einfachen Kupplung bekannter automatischer Getriebe an die Fahrgeschwindigkeitsregelung
nicht gegeben ist.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Mengenregeleinrichtung
für Kraftstoff- bzw. Kraftstoff-Luft-Gemisch zu schaffen, die über ein massenbelastbares
Stellglied, auf welcher der Fahrzeugführer auf Wunsch Einfluß nehmen kann, die Fahrgeschwindigkeit
regelt. Dabei soll mit elektronischen Mitteln Massenträgheitselementen und ihre
nachteiligen Einflußnahme auf das Ansprechverhalten einer solchen Mengenregeleinrichtung
entgegengewirkt werden.
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Ausgehend von einer Einrichtung der eingangs genannten Gattung wird
diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
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Vorteile der Erfindung Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß
eine kurze Ansprechzeit der Mengenregeleinrichtung für Kraftstoff bzw. Kraftstoff-Luft-Gemisch
auf Schwankungen der Fahrgeschwindigkeit beibehalten werden kann, auch dann, wenn
das Stellglied in Wirkverbindung mit wenigstens einem massenbehafteten Stellorgan
steht. Dies kommt besonders in Verbindung mit einem automatischen Getriebe zum Tragen.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß trotz Massenbehaftung
des Stellgliedes auf elektromechanisch wirkende Teile - z.B. eine Kupplung oder
ein besonderes Kraftstoffsperrventil - verzichtet werden kann, wenn die erfindungsgemäße
Mengenregeleinrichtung mit einer elektronischen Steuerung zur Kraftstoffzumessung
kombiniert wird.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in folgendem näher beschrieben und erläutert. Es zeigen Figur
1a eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung in Verbindung mit
einer
Diesel-Brennkraftmaschine, Figur 1b eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Anordnung in Verbindung mit einer Otto-Brennkraftmaschine, Figur 2 das Blockschaltbild
einer Regeleinrichtung und Figur 3 eine schematische Veranschaulichung beispielhaft
ausgeführter Elemente der Übertragungsstrecke des Stellregelkreises bei gleichzeitiger
Ansteuerung eines automatischen Getriebes.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele Figur 1a und Figur 1b zeigen
grob schematische Blockdiagramme von Mengenregeleinrichtungen für Kraftstoff bzw.
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Kraftstoff-Luft-Gemisch. Gemäß Figur 1a ist eine Diesel-Brennkraftmaschine
1 bezüglich der Zumessung des Kraftstoffes durch eine Kraftstoffpumpe 5 über eine
Steuerleitung 7 mit einem elektronischen Zumessungssteuergerät 2 verbunden. Ein
Drehzahlgeber 10 an der Brennkraftmaschine ist über die Signalleitung 9 mit dem
Zumessungssteuergerät 2 und der erfindungsgemäßen Mengenregeleinrichtung für Kraftstoff
- repräsentiert durch die Blöcke 3 und 4 -verbunden. Das Steuergerät 2 weist in
der Regel noch weitere Eingänge 11 zur Abfrage weiterer Sensoren auf.
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Über die Verbindungsleitung 12 ist das Steuergerät 2 mit der Mengenregeleinrichtung
3, 4 gekoppelt. Der Block 4 repräsentiert ein massenbehaftetes Stellglied, das über
ein Verbindungselement 54 in Wirkverbindung mit einem Fußfahrpedal 17 steht und
durch Verbindungswege 15 und 16 in die übrige Regeleinrichtung eingefügt ist, die
der Block 3 zusammenfaßt. Dieser Block wird im weiteren durch eine Sollgeschwindigkeitsvorgabe
13, ein Istgeschwindigkeitssignal 14, ein Bremssignal 22 und ein Abschaltsignal
43 angesteuert. Über ein Verbindungselement 45 ist das Stellglied 4 mit einem automatischen
Getriebe 44 verbunden.
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Figur 1b veranschaulicht eine abgewandelte Anordnung zur Beeinflussung
des Kraftstoff-Luft-Gemisches einer Otto-Brennkraftmaschine 1'. Die Kraftstoffzumessung
geschieht hier durch das Einspritzventil 6, das über die Verbindungsleitung 7' vom
Zumessungssteuergerät 2' angesteuert wird. Über eine Verbindungsleitung 8 wird die
Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ausgelöst. Das Stellglied 4 steht außer mit
dem Fußfahrpedal 17 und dem automatischen Getriebe 44 über das Verbindungselement
19 mit der Drosselklappe 18 in Verbindung, die die Ansaugluftmenge bemißt.
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Das Steuergerät 2' weist noch weitere Eingänge 11' zur Abfrage weiterer
Sensoren auf, so z.B. eines Ansaugluftmassenmessers 21 über eine Leitung 20. Übrige
Teile entsprechen den in Figur 1a aufgeführten.
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Figur 2 veranschaulicht die Blöcke 3 und 4 im einzelnen.
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Die Fahrgeschwindigkeits-Soll und -Istsignale 13 und 1 wirken auf
einen eigentlichen Geschwindigkeitsregler 25, der diese Signale durch Vergleich
miteinander verknüpft.
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Das Ergebnissignal wird in einer nachfolgenden Begrenzungseinrichtung
26 in Abhängigkeit von der maximal möglichen Stellung des Fußfahrpedals, erforderlichenfalls
als Funktion der Drehzahl, begrenzt.
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Zum einen dient dieses begrenzte Signal 27 als Sollwertvorgabe am
Eingang des Reglers 28, der eine Vergleichs-und Verstärkungsoperation ausführt.
Die Regelgröße 23 steuert einen elektrohydraulischen oder elektropneumatischen Wandler
29 an. Die gewandelte Stellgröße 24 wirkt auf ein hydraulisches oder pneumatisches
Stellwerk 30, das über das Verbindungselement 15 mit dem Stellglied 4 gekoppelt
ist. Das Stellglied 4 ist seinerseits durch das Element 23 mit dem Fußfahrgeber
17 gekoppelt.
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Über die Verbindung 16 wirkt das Stellglied 4 auf einen Stellungsgeber
31 ein. Das Signal 32 des Stellungsgebers 31 ist zum einen auf den invertierenden
Eingang des
Reglers 28 zurückgeführt, zum anderen repräsentiert
es die erste Eingangsgröße eines nachfolgenden Signaladdierers 37.
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Zum anderen ist das begrenzte Signal 27 an den Eingang eines Differentiators
33 geführt, dessen Ergebnissignal 34 vom Block 35 vorzugsweise nach positiven und
negativen Anteilen unterschiedlich stark begrenzt. Das so aufbereitete Signal 36
repräsentiert die zweite Eingangsgröße des nachfolgenden Signaladdierers 37. Das
Ergebnissignal 38 des Signaladdierers ist über den elektronischen Umschalter 39
an die Verbindungsleitung 12 zum eingangs erwähnten Steuergerät 2 bzw. 2' zur Mengenzumessung
des Kraftstoffes geschaltet. Der Umschalter 39 wird von einer Umschaltsteuerung
41 betätigt, die auf ein Bremssignal 22 die Verbindungsleitung 12 vom Ausgang des
Signaladdierers 37 trennt und stattdessen an ein vorgegebenes Signal, insbesondere
ein Leerlaufsignal 40 schaltet. Die Steuerung 41 macht diese Umschaltung rückgängig,
sobald eine positive Veränderung der Position des Stellgliedes 4 und damit das Ausgangssignal
32 des Stellungsgebers 31 seit Umschaltung auf das Leerlaufsignal 40 eine vorgegebene
Schwelle übersteigt. Der Block 44 repräsentiert ein automatisches Getriebe mit einem
massenbehafteten Sensor zum Empfang der Lasteingabe, der über das ebenfalls massenbehaftete
Verbindungselement 45 mit dem Stellglied 4 in Verbindung steht. Der Block 3 wird
durch ein gemeinsames Signal 43, das an die Funktionsglieder 28, 33 und 41 geführt
ist, aktiviert.
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Figur 3 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel des Stellregelkreises.
Der das Lagesollsignal 27 mit dem Lageistsignal 32 vergleichende Regler 28 steuert
über eine elektrische Verbindungsleitung 23 einen elektropneumatischen Wandler 29
an, der über die Unterdruckleitung
24 in Verbindung mit einem
pneumatischen Stellwerk 30 steht. Dieses wirkt über ein Verbindungsgestänge 15 auf
das Stellglied 4 ein, das als Hebel ausgebildet ist, der am einen Ende 55 schwenkbar
gelagert ist und von einer Feder 52 gegen ein Ruhelager 53 geführt wird.
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Mittels des Verbindungsgliedes 54 ist der Hebel mit dem Fußfahrpedal
17 gekoppelt. Ein weiteres Verbindungselement 16 überträgt die Lage des Hebels auf
einen Potentiometer 31, an dem das Lageistsignal 32 abgegriffen wird. Über einen
Bowdenzug 45, bestehend aus Mantel 46 und Seele 47, ist der Hebel 4 in der Art mit
einem automatischen Getriebe 44 verbunden, daß der Mantel am einem Ende 50 am Getriebegehäuse
44 und am anderen Ende 51 am Hebel 4 befestigt ist, während die Seele am getriebeseitigem
Ende 48 an einem Stellorgan 52 und am anderen Ende 49 am Fahrzeugchassis befestigt
ist. Abhängig von der Lage des Hebels 4 kann so eine Lastvorgabe an das automatische
Getriebe übertragen werden. Je nach Ansteuersinn des Getriebes und Anlenkung des
Bowdenzugs kann auch das Ende 49 der Seele am Hebel 4 und das Ende 51 des Mantels
am Fahrzeugchassis befestigt sein.
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Aus Figur 2 und Figur 3 wird deutlich, daß die Regeleinrichtung auch
bei Massenbehaftung des Stellgliedes 4 eine Nutzung der kurzen Ansprechzeit eines
Steuergerätes 2 bzw. 2' erlaubt, in dem die Überbrückung der Übertragungselemente
28, 29, 30, 34 und 31 des Stellregelkreises durch den differenzierenden Übertragungsweg
über die Elemente 34 und 35 vermögend der Addierstufe 37 zu einer dynamischen Vorsteuerung
des Istsignals 32, d.h. zu einer schnellen Ausregelung von Störungen, führt. Da
die Beeinflussung der Kraftstoffzumeßmenge im Zumeßsteuergerät 2 bzw. 2' in praktisch
vernachlässigbarer
Verzögerung erfolgen kann, ermöglicht die erfindungsgemäße
Mengenregeleinrichtung auch eine sehr schnelle Drosselung der Kraftstoffzufuhr bei
einer Abbremsung des Fahrzeuges, deren Beginn vom Bremssignal 22 signalisiert wird.
In jedem Fall kann das Stellglied 4 seine stabile Behauptungsposition ohne Überschwingen
erreichen. Eine geeignete, vorzeichenabhängige Begrenzung des Signals 34 im Block
35 erlaubt außer einem Schutz des Getriebes 44 vor Drehmomentüberlastung auch eine
Optimierung des dynamischen Verhaltens der Brennkraftmaschine im geschlossenen Regelkreis,
so daß sich eine wesentlich kürzere Ansprechzeit der Fahrgeschwindigkeitsregelung
ergibt als dies ohne den dynamischen Eingriff aufgrund der Massenträgheit des Stellgliedes
und der damit verbundener Elemente möglich wäre.
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Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann anstelle des elektrohydraulischen
oder elektropneumatischen Wandlers 29 und des hydraulischen oder pneumatischen Stellwerks
30 auch ein elektromotorisches oder elektromagnetisches Stellwerk treten. Des weiteren
kann es sich in der Praxis als zweckmäßig erweisen, den Funktionsblock 3 einkörperlich
verbunden mit dem Steuergerät 2, 2' zur Kraftstoffzumessung auszuführen, ohne daß
dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.