DE3518589C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelverfahren sowie auf eine Regelvorrichtung der in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 7 genannten Art.

Bei einem in der EP-A1-1 40 228 angegebenen Regelverfahren sowie einer Regelvorrichtung wird als der bestimmte re­ präsentative Betriebsparameter des Kraftfahrzeugantriebs das Untersetzungsverhältnis des Getriebes benutzt. Außer dem Detektor zum Erfassen des Istwertes dieses Betriebs­ parameters ist ein weiterer Detektor vorgesehen, mit dem die jeweilige Arbeitsstellung des Stellglieds feststell­ bar ist, um ein Steuersignal zu erzeugen, das den Integralverstärkungsfaktor einer dem Integrator nachge­ schalteten Multiplizierstufe und den Proportionalverstärkungsfaktor einer den Proportionalre­ gelfaktor bestimmenden weiteren Multiplizierstufe steuert. Der Integralverstärkungsfaktor wird dabei umge­ kehrt proportional zur Ableitung einer Funktion der Ar­ beitsstellung des Stellglieds in bezug auf das Überset­ zungsverhältnis geändert.

Aus dem DE-Buch Merz-Ludwig "Grundkurs der Regelungstech­ nik", 2. Aufl., Teil A, München 1964, Seiten 50 bis 63, sind die prinzipiellen Regeleigenschaften von P-, I- und PI-Reglern bekannt, wobei es für den Fachmann selbstver­ ständlich ist, daß ein P-Regler hinsichtlich des dynami­ schen Regelverhaltens besser ist als ein I-Regler, wäh­ rend dieser wiederum hinsichtlich des statischen Regel­ verhaltens besser ist als ein P-Regler.

Bei einem in der EP-A1-1 11 854 angegebenen weiteren Re­ gelverfahren sowie einer Regelvorrichtung wird eine Dif­ ferenz zwischen Sollwert und Istwert des stufenlos änder­ baren Untersetzungsverhältnisses des Getriebes gebildet. Diese Differenz wird mit einer ersten Konstanten multi­ pliziert und dann an einen Addierer gegeben. Andererseits wird die Differenz nach der Zeit differenziert, mit einer weiteren Konstanten multipliziert und dann an den zweiten Eingang des Addierers gegeben. Das Ausgangssignal des Addierers wird mit einem vorbestimmten Wert verglichen, um immer dann den vorbestimmten Wert anstelle des Aus­ gangssignals des Addierers als Befehlssignal abzugeben, wenn das Ausgangssignal des Addierers größer als dieser vorbestimmte Wert ist. Dadurch wird die Größe des Be­ fehlssignals auf diesen vorbestimmten Wert begrenzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Regelverfahren sowie eine Regelvorrichtung der in den Oberbegriffen der Pa­ tentansprüche 1 und 7 angegebenen Art so auszubilden, daß unter Beibehaltung einer möglichst geringen Ansprechver­ zögerung ein Überregeln bzw. Regelschwingungen verhindert werden, ohne daß eine bleibende Regelabweichung auftritt.

Bei einem Regelverfahren sowie einer Regelvorrichtung der genannten Art ist diese Aufgabe durch die in den kenn­ zeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 7 angegebe­ nen Merkmale gelöst.

Nach der erfindungsgemäßen Lehre wird die auf dem Inte­ gralregelfaktor basierende erste Komponente des das Stellglied steuernden Befehlssignals immer dann vermin­ dert, wenn das die Abweichung zwischen Sollwert und Ist­ wert angebende erste Signal einen Absolutwert hat, der größer als ein vorbestimmter Wert ist. Ist dagegen dieser Absolutwert geringer als der vorbestimmte Wert, so wird die auf dem Integralregelfaktor basierende erste Kompo­ nente ohne Verminderung in das Befehlssignal einbezogen, um ein schnelles Ansprechen der Regelung sicherzustellen. Andererseits wird durch die Verminderung der ersten Kom­ ponente eine Überregelung verhindert, d. h. es treten selbst bei großen Abweichungen des Istwertes von dem Sollwert keine Regelschwingungen auf. Durch das sowohl einen Integral- wie auch einen Proportionalregelfaktor aufweisende Befehlssignal tritt bei der erfindungsgemäßen Lehre keine bleibende Regelabweichung mehr auf.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch ein Blockdiagramm einer ersten Aus­ führungsform,

Fig. 2 ein Flußdiagramm bezüglich der Betriebsweise der ersten Ausführungsform in einem mikrocomputerge­ steuerten Regelsystem,

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 4 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 einer dritten Ausführungsform, und

Fig. 5 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 einer fünften Ausführungsform der Erfindung.

Es soll zunächst die erste Ausführungsform beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Kraftfahrzeugantrieb, bestehend aus einer Maschine 46, einem Getriebe (38) mit stufenlos veränderbarem Untersetzungsverhältnis, das zwischen die Maschine und die Räder geschaltet ist. Das Getriebe 38 wird von einem Stellglied 36 kontinu­ ierlich verstellt. Da das Untersetzungsverhältnis des Getriebes 38 stufenlos veränderlich ist, ändert die Maschine 36 ihre Drehzahl stufenlos in Abhängigkeit von einer Änderung im Untersetzungsverhältnis des Ge­ triebes 38. Mit 30 sind verschiedene Signale bezeichnet, die den Betriebszustand des Fahrzeugs angeben. Diese Signale 30 werden als Eingangssignale einer Maschinen­ solldrehzahl-Bestimmungseinheit 32 zugeführt, die eine als Sollwert in Abhängigkeit der Signale 30 vorzugeben­ de Maschinendrehzahl bestimmen. Eine solche Maschinen­ drehzahl wird in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Verstellmuster (oder einer Drehzahlverhältnisänderung) bestimmt. Wenn das Untersetzungsverhältnis des Getrie­ bes in Übereinstimmung mit dem vorbestimmten Verstell­ muster geregelt wird, dann arbeitet die Maschine gemäß einer Kurve mit minimalem Kraftstoffverbrauch.

Das Ausgangssignal der Einheit 32, das eine Maschinen­ solldrehzahl angibt, wird als Eingangssignal einem Rück­ kopplungsregler 34 zugeführt. Auf später noch zu be­ schreibende Weise erzeugt der Rückkopplungsregler 34 ein Befehlssignal, das ein Untersetzungsverhältnis an­ gibt, mit welchem die Maschinensolldrehzahl erzielt wird, und das Befehlssignal wird dem Stellglied 36 zu­ geführt. Das Stellglied 36 wird in die zugehörige Be­ triebsposition gebracht, um das Untersetzungsverhält­ nis auf einen Sollwert zu bringen, in Übereinstimmung mit dem Befehlssignal, und das Untersetzungsverhältnis wird in bekannter Weise auf den vorbestimmten Sollwert gebracht. Da das Getriebe 38 mit der Maschine 46 in Antriebsverbindung steht, ändert sich die Maschinen­ drehzahl in Abhängigkeit mit einer Änderung des in dem Getriebe 38 eingerichteten Untersetzungsverhältnisses.

Die Maschinendrehzahl 46 wird durch einen Drehzahlsen­ sor 44 ermittelt, dessen Ausgangssignal dem Rückkopp­ lungsregler 34 zugeführt wird. Bezüglich des Montage­ ortes des Maschinendrehzahlsensors 44 ist es vorteil­ haft, die Maschinendrehzahl auf der Ausgangsseite der Maschine, beispielsweise an der Getriebeeingangswelle, zu ermitteln, um Fehler aufgrund von Schlupf innerhalb einer hydraulischen Kupplung oder eines hydraulischen Drehmomentwandlers zu vermeiden im Falle, daß eine sol­ che hydraulische Einheit zwischen der Maschine 46 und dem Getriebe 38 vorgesehen ist.

Der Rückkopplungsregler 34 arbeitet wie folgt:

An einem Summierpunkt 34 a wird eine Abweichung ermit­ telt, indem die herrschende Maschinendrehzahl von der Maschinensolldrehzahl abgezogen wird. Das Ergebnis wird durch einen Integrator 34 b integriert und der Ausgang des Integrators 34 b wird mit einer Integralverstärkung Ki in einer Multiplizierstufe 34 c multipliziert. Der Ausgang der Multiplizierstufe 34 c gelangt über einen Schalter 34 f zu einem Summierpunkt 34 e. Der Schalter 34 f wird vom Ausgang eines Integrierregelungsunterbrechers 34 g betätigt. Weiterhin wird der Ausgang des Addierpunk­ tes 34 a mit einer Proportionalverstärkung Kp in einer weiteren Multiplizierstufe 34 d multipliziert. Das dort erhaltene Ergebnis gelangt zu dem Summierpunkt 34 e, wo die Signale vom Schalter 34 f und der Multiplizierstufe 34 d miteinander addiert werden. Das Ergebnis gelangt zu dem Stellglied 36. Von dem Integrierregelungsunter­ brecher 34 g wird der Schalter 34 eingeschaltet, wenn der Absolutwert der Abweichung am Summierpunkt 34 a kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, während, wenn die Abwei­ chung größer als der vorbestimmte Wert ist, der Schal­ ter 34 f ausgeschaltet wird und der Integrator 34 b auf seinen Anfangswert (z. B. Null) rückgesetzt wird. Im Fal­ le, daß die Abweichung der herrschenden Maschinendreh­ zahl von der Solldrehzahl kleiner als der vorbestimmte Wert ist, wird der Schalter 34 f eingeschaltet, so daß das Ausgangssignal der Multiplizierstufe 34 c zum Aus­ gangssignal der Multiplizierstufe 34 d addiert wird und das Ergebnis zur Erzeugung eines Verstellbefehlssignals zum Betätigen des Stellgliedes 36 verwendet wird. Wenn andererseits der Absolutwert der Abweichung größer als der vorbestimmte Wert liegt (beispielsweise bei schnel­ ler Beschleunigung), dann wird der Integrator 34 b ge­ löscht und der Schalter 34 f wird ausgeschaltet, so daß das Signal zum Betätigen des Stellgliedes 36 nur auf der Grundlage des Proportionalregelfaktors bestimmt wird. Selbst wenn ein ausreichend großer Wert für die Integralverstärkung Ki vorgegeben ist, erscheinen sol­ che Nachteile, wie ein Überregeln und Regelschwingun­ gen nicht, da die Integralverstärkung Ki nicht hinzu­ addiert wird, wenn die Abweichung der Ist-Drehzahl von der Soll-Drehzahl größer als der vorbestimmte Wert ist.

Die oben beschriebene Regelung kann mit Hilfe eines mikrocomputer-gesteuerten Reglers ausgeführt werden. Das Regelflußdiagramm ist in Fig. 2 dargestellt. Zu­ nächst wird aufgrund der verschiedenen Eingangssignale 30, die den Betriebszustand des Fahrzeugs angeben (Schritt 101) bestimmt, ob der Wählhebel in einem D- Bereich oder einem L-Bereich steht (Schritt 102), eine Maschinensolldrehzahl für den D-Bereich wird bestimmt, wenn der Wählhebel in den D-Bereich gestellt wird (Schritt 103), und ein Solluntersetzungsverhältnis für den L-Bereich wird bestimmt, wenn der Wählhebel auf den L-Bereich gestellt wird (Schritt 104). Eine Abweichung e der herrschenden Maschinendrehzahl von der Solldreh­ zahl wird durch arithmetische Operation ermittelt (Schritt 106). Ein Proportionalregelfaktor für den Rückkopplungsbetrieb wird durch arithmetische Operation bestimmt (Schritt 107). Es wird eine Entscheidung ge­ troffen, ob der Absolutwert der Abweichung kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert c ist, oder nicht (Schritt 108). Wenn er kleiner oder gleich dem vorbe­ stimmten Wert ist, dann geht die Regelung zum Schritt 109 über, wo ein Integralsteuerfaktor durch arithmeti­ sche Operation bestimmt wird (d. h., die Integralver­ stärkung Ki wird mit dem Integral der Abweichung e mul­ tipliziert), sodann wird das erhaltene Ergebnis im Schritt 107 zu dem Ergebnis addiert, das im Schritt 109 erhalten wird, um ein Verstellbefehlssignal für den Verstellantrieb zu erzeugen (Schritt 110), und dann wird das Verstellbefehlssignal ausgegeben (Schritt 113). Wenn im Schritt 108 entschieden wird, daß der Absolut­ wert der Abweichung größer als der vorbestimmte Wert ist, dann geht die Regelung zum Schritt 111 über, wo der Integrator auf einen vorbestimmten Anfangswert rückgestellt wird, sodann wird das im Schritt 107 erhal­ tene Ergebnis als Befehlssignal für den Verstellantrieb vorgegeben (Schritt 112) und dann wird dieses Ergebnis als Befehlssignal dem Verstellantrieb zugeführt (Schritt 113).

Es wird nun die zweite Ausführungsform beschrieben.

Diese Ausführungsform entspricht im wesentlichen der zuerst beschriebenen Ausführungsform mit der Ausnahme, daß ein Schalter 34 f, wie in Fig. 1, nicht vorhanden ist und das Ausgangssignal eines integrierenden Regel­ unterbrechers 34 g einer Multiplizierstufe 34 c zugeführt wird. Die Multiplizierstufe 34 c ist so gestaltet, daß sie eine Integralverstärkung Ki auf Null oder auf einen sehr kleinen Wert in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des integrierenden Steuerunterbrechers 34 g setzt. Bei dieser Regelanordnung nimmt das Ausgangssignal eines Summierpunktes 34 e auf Null oder auf einen sehr kleinen Wert ab, wenn die Abweichung von Ist- zur Soll-Drehzahl größer als ein vorbestimmter Wert ist. Auf diese Weise ergibt sich bei dieser Ausführungsform dasselbe Ergeb­ nis, wie bei der zuerst beschriebenen.

Nachfolgend soll ein drittes Ausführungsbeispiel be­ schrieben werden.

Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 darin, daß eine Stellglied-Sollpositions­ bestimmungseinheit 48 vorgesehen ist. Diese Einheit 48 bestimmt die Stellung, auf die ein Stellglied gebracht werden soll, auf der Grundlage verschiedener Eingangs­ signale 30. Das Ausgangssignal der Einheit 48 wird als Eingang einem Summierpunkt 34 e zugeführt. Die übrige Regelanordnung ist die gleiche wie bei der Anordnung nach Fig. 1. Kurz gesagt, bei dieser Ausführungsform wird eine Vorwärtssteuerung mit einer Rückkopplungsrege­ lung nach Fig. 1 kombiniert. Da bei dieser Ausführungs­ form ein integrierender Steuerunterbrecher 34 g in der gleichen Weise arbeitet wie jener nach der ersten Aus­ führungsform, ergibt sich im wesentlichen das gleiche Betriebsverhalten und die gleiche Wirkung wie bei der ersten Ausführungsform. Da der Vorwärtssteuerungsfak­ tor hinzuaddiert wird, wird das Stellglied 36 im Ver­ gleich zu den vorangehend erläuterten Ausführungsformen sehr schnell betätigt.

Schließlich wird die vierte Ausführungsform beschrie­ ben.

Diese Ausführungsform unterscheidet sich von jener nach Fig. 1 dadurch, daß die vorliegende Erfindung bei einem Regelsystem angewendet ist, das eine Solluntersetzungs­ verhältnis-Bestimmungseinheit 32′ und einen das herr­ schende Untersetzungsverhältnis ermittelnden Detektor 44′ anstelle der Einheit 32 und des Sensors 44 enthält. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten im wesentlichen dadurch, daß das Untersetzungsverhältnis in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl beeinflußt wird. Im übrigen ergibt sich im wesentlichen dieselbe Betriebsart und Wirkung wie bei der ersten Ausführungs­ form. Die zu regelnde Größe kann auch bei den zweiten und dritten Ausführungsformen auf das Untersetzungsver­ hältnis geändert werden.

Claims (12)

1. Regelverfahren für einen ein Getriebe mit stufenlos änderbarem Untersetzungsverhältnis und eine mit diesem verbundene Antriebsmaschine enthaltenden Kraftfahrzeugan­ trieb, wobei das Getriebe ein Stellglied umfaßt und auf ein einer Arbeitsstellung des Stellgliedes entsprechendes Untersetzungsverhältnis verstellbar ist, das folgende Verfahrensschritte umfaßt:
Bestimmen eines Sollwertes eines bestimmten repräsentati­ ven Betriebsparameters des Kraftfahrzeugantriebes, der sich mit dem Untersetzungsverhältnis des Getriebes än­ dert,
Ermitteln des Istwertes des bestimmten repräsentativen Betriebsparameters,
Bestimmen einer Abweichung des Istwertes von dem Sollwert und Erzeugen eines die Abweichung angebenden ersten Si­ gnals,
Integrieren des ersten Signals, um einen Integralregel­ faktor zu bestimmen, und Erzeugen eines diesen angebenden zweiten Signals,
Erzeugen eines einen Proportionalregelfaktor angebenden dritten Signals, das porportional dem ersten Signal ist,
Erzeugen eines Befehlssignals, das eine auf dem zweiten Signal basierende erste Komponente und eine auf dem drit­ ten Signal basierende zweite Komponente aufweist, und Steuern des Stellgliedes im Ansprechen auf das Befehls­ signal,
gekennzeichnet durch
Einstellen der ersten Komponente derart, daß diese einen niedrigeren Wert hat, wenn das erste Signal einen Abso­ lutwert (|e|) hat, der größer als ein vorbestimmter Wert (c) ist, als den Wert, wenn das erste Signal einen Abso­ lutwert (|e|) hat, der kleiner als der vorbestimmte Wert (c) ist.

2. Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß für den bestimmten repräsentativen Betriebspara­ meter die Antriebsmaschinen-Drehzahl benutzt wird.

3. Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß für den bestimmten repräsentativen Betriebspara­ meter das Untersetzungsverhältnis des Getriebes benutzt wird.

4. Regelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste Komponente auf Null vermindert wird, wenn der Absolutwert (|e|) der Abwei­ chung größer als der vorbestimmte Wert (|e|) ist.

5. Regelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Wert des Integralregelfak­ tors vermindert wird, wenn der Absolutwert (lel) der Ab­ weichung größer als der vorbestimmte Wert (c) ist.

6. Regelverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Integralregelfaktor auf Null vermindert wird, wenn der Absolutwert (|e|) der Abweichung größer als der vorbestimmte Wert (c) ist.

7. Regelvorrichtung für einen ein Getriebe mit stufenlos änderbarem Untersetzungsverhältnis und eine mit diesem verbundene Antriebsmaschine enthaltenden Kraftfahrzeugan­ trieb, wobei das Getriebe ein Stellglied umfaßt und auf ein einer Arbeitsstellung des Stellgliedes entsprechendes Untersetzungsverhältnis verstellbar ist, mit
einem Detektor (44; 44′) zum Erfassen des Istwertes eines bestimmten repräsentativen Betriebsparameters des Kraft­ fahrzeugantriebes, der sich mit dem Untersetzungsverhält­ nis des Getriebes ändert,
einem Summierglied (34 a) zum Bestimmen einer Abweichung des Istwertes von einem Sollwert und zum Erzeugen eines diese Abweichung angebenden ersten Signals,
einem Integralregler (34 b, 34 c) zum Integrieren der Ab­ weichung (e) des Istwertes von dem Sollwert, um einen In­ tegralregelfaktor zu bestimmen und ein diesen angebendes zweites Signal zu erzeugen,
einem Proportionalregler (34 d) zum Erzeugen eines einen Proportionalregelfaktor angebenden dritten Signals, das der Abweichung (e) proportional ist, und
einer Einrichtung (34 e) zum Erzeugen eines Befehlssignals aufgrund des Integralregelfaktors und des Proportionalregelfaktors, das eine auf dem Integralregel­ faktor basierende erste Komponente und eine auf dem Pro­ portionalregelfaktor basierende zweite Komponente auf­ weist, wobei das Stellglied (36) im Ansprechen auf das Befehlssignal steuerbar ist, insbesondere zur Durchfüh­ rung des Regelverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente im An­ sprechen auf die Abweichung (e) derart eingestellt wird, daß sie einen niedrigeren Wert hat, wenn die Abweichung einen Absolutwert (|e|) hat, der größer als ein vorbe­ stimmter Wert (c) ist, als den Wert, wenn der Absolutwert (|e|) kleiner als der vorbestimmte Wert (c) ist.

8. Regelvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Integralregler (34 b, 34 c) einen Integrator (34 b) aufweist, der rücksetzbar ist, so daß sein Aus­ gangssignal einen Anfangswert hat, wenn der Absolutwert (|e|) der Abweichung größer als der vorbestimmte Wert (c) ist.

9. Regelvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Eingabe des Integralregelfaktors in das Be­ fehlssignal verhindert wird, wenn der Absolutwert (|e|) der Abweichung größer als der vorbestimmte Wert (c) ist.

10. Regelvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Integralregler (34 b, 34 c) eine Multi­ plizierstufe (34 c) zum Multiplizieren eines Integralverstärkungsfaktors (Ki) mit dem Ausgangssignal des Integrators (34 b) aufweist, um den Integralregelfak­ tor zu erzeugen, wobei der Integralverstärkungsfaktor (Ki) auf einen des Wertes Null und eines bestimmten Wer­ tes nahe Null gesetzt wird, wenn der Absolutwert (|e|) der Abweichung größer als der vorbestimmte Wert (c) ist.

11. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die das Befehlssignal erzeu­ gende Einrichtung (34 e) auch auf das die Abweichung (e) angebende erste Signal zum Erzeugen des Befehlssignals anspricht.

12. Regelvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß weiterhin eine Einrichtung (48) zum Bestim­ men einer Sollstellung des Stellgliedes und zum Erzeugen eines Stellglied-Regelfaktorsignals vorgesehen ist und daß die das Befehlssignal erzeugende Einrichtung (34 e) auch auf das Stellglied-Regelfaktorsignal anspricht.