DE3605117C2

DE3605117C2 - Vorrichtung zur Regelung der Fahrgeschwindigkeit

Info

Publication number: DE3605117C2
Application number: DE3605117A
Authority: DE
Inventors: Eiichi Kamei; Hideaki Namba
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1985-02-18
Filing date: 1986-02-18
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2006-02-19
Also published as: JPS61191435A; DE3605117A1; US4840245A; JPH0645311B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine und einem Kraftübertragungsmechanismus als ein geregeltes Objekt gemäß dem Oberbe griff des Anspruchs 1 (US 4 047 507).

Bei einer Geschwindigkeitsregelvorrichtung für ein Kraftfahrzeug wird die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs durch eine Fahrgeschwindigkeitsdetek torvorrichtung erfaßt und dann der Öffnungsgrad der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs derart geregelt, daß die Abweichung der erfaßten Fahr geschwindigkeit von einer voreingestellten konstanten Geschwindigkeit zu null wird. Eine derartige Regelvor richtung ist beispielsweise aus der Veröffentlichung des japanischen geprüften Gebrauchsmuster JP 59-33874 Y2 bekannt.

Bei dieser bekannten Vorrichtung ist es wünschenswert, daß die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs nicht von der konstanten Geschwindigkeit abweicht und daß mögliche Abweichungen unterdrückt werden. Des weiteren ist es wünschenswert, daß der Kraftstoffverbrauch der Brenn kraftmaschine so klein als möglich gemacht wird.

Bei der bekannten Regelvorrichtung für die Fahr geschwindigkeit wird jedoch die Regelung der Kraftstoff menge unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit durch das Justieren der Drosselklappe bewirkt, und daher treten zwischen diesen beiden Regelsystemen Interferenzen bzw. gegenseitige Beeinflussungen auf, wenn man die Ansprech charakteristik bzw. das Regelverhalten verbessern möchte. Insbesondere wird, wenn die Fahrgeschwindigkeit ab sinkt, die Drosselklappe geöffnet, um die Fahrgeschwindigkeit zu erhöhen, und dann wird die zugeführte Luftmenge erhöht, um die Kraftstoffzufuhr zu erhöhen. Folglich wird die Fahrgeschwindigkeit er höht. Inzwischen regelt das Regelsystem für den Kraft stoff die Kraftstoffzufuhr, um den Kraftstoffverbrauch zu optimieren. Folglich wird die Leistung des Motors ver ringert, was wiederum zu einer verringerten Fahr geschwindigkeit führt. In dieser Weise werden die oben erwähnten Regelschritte wiederholt durchgeführt, was zu einem Schwingen des Systems führt. Folglich variiert die Fahrgeschwindigkeit um den gegebenen Sollwert.

Bei dieser bekannten Regelvorrichtung für die Fahr geschwindigkeit ist die Ansprech- bzw. Regelcharakteri stik des Regelsystems nicht befriedigend, da das Re gelsystem nicht auf dynamischen Charakteristika bzw. dynamischen Parametern, wie beispielsweise der trägen Masse, basiert. Wenn das Fahrzeug auf einer bergigen Straße mit Steigungen und Gefälle gefahren wird, variiert die Fahrgeschwindigkeit drastisch.

Aus der US 4,047,507 ist eine Vorrichtung zur Regelung der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs bekannt, wel che eine Detektorvorrichtung zur Erfassung des Unterdrucks im Ansaugrohr eines Verbrennungsmotors, einen Fahrgeschwin digkeitsdetektor, eine Kraftstoff/Luftgemisch-Zuführvor richtung und einen Sollgeschwindigkeitsgeber aufweist. Steigt die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit über eine ein gestellte Sollgeschwindigkeit an, so wird der Treibstoffzu fuhrwert herabgesetzt. Die durch die Herabsetzung der Treibstoffzufuhr verursachte Erniedrigung der Fahrgeschwin digkeit wird von einem Diskriminator festgestellt, worauf der Öffnungsgrad des Drosselventils und die Treibstoffzu fuhr dahingehend eingestellt werden, daß die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit wieder zu dem Sollwert zurückkehrt. Der sprungartige Abfall der Fahrgeschwindigkeit bewirkt eine Verschlechterung des Fahrverhaltens des Kraftfahrzeugs.

Aus der DE 34 16 812 A1 ist ein Regler zur Regelung von Prozeßgrößen in Motorfahrzeugen bekannt, wodurch gute Re geleigenschaften unter allen Betriebsbedingungen erhalten werden. Bei dem Regler handelt es sich um einen Einschritt regler, welcher durch einen Adaptionsblock ergänzt ist, der die Regelparameter automatisch einstellt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von der Vor richtung gemäß der US 4,047,507, eine Vorrichtung zur Rege lung der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs vorzuse hen, bei welcher das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs mög lichst wenig beeinträchtigt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Regelung der Fahrgeschwindigkeit mit einer Brennkraftmaschine und einem Kraftübertragungsmechanismus als ein geregeltes Objekt geschaffen, das folgendes auf weist: eine Detektorvorrichtung für die Zufuhrluftmenge zum Erzeugen eines Luftzufuhrsignals, das kennzeichnend für den der Brennkraftmaschine zugeführten Luftstrom ist, eine Fahrgeschwindigkeitsdetektorvorrichtung zum Er zeugen eines Fahrgeschwindigkeitssignals, kennzeich nend für die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, eine Kraftstoff/Luftgemisch-Zuführvorrichtung, über die Luft und Kraftstoff der Brennkraftmaschine zugeführt werden, wobei die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch Einstellung des Luftstroms und/oder der der Brennkraftmaschine zuge führten Kraftstoffmenge geregelt wird, eine Sollgeschwin digkeitseinstellvorrichtung zum Einstellen einer kon stanten Reisegeschwindigkeit bzw. Sollgeschwindigkeit entsprechend dem Fahrgeschwindigkeitssignal, wenn ein Reisemodus ausgewählt ist, einer Sollwerteinstellvor richtung für die Zufuhrluftmenge zum Einstellen einer Luftzufuhr entsprechend einem minimalen Kraftstoffver brauch, der es ermöglicht, daß eine konstante Reise geschwindigkeit auf der Basis eines Korrelationsmusters zwischen der Kraftstoffmenge und der Luftzufuhr, das entsprechend der konstanten Sollgeschwindigkeit vorein gestellt wird, beibehalten wird, und einen optimalen Zu standsregler mit zusätzlichem Integralteil (integral-ad ded optimal regulator) zum Bestimmen der konstanten Soll- bzw. Reisegeschwindigkeit aufgrund der Sollzufuhrluft menge, und von Reglereingangs- bzw. Reglerausgangswerten des geregelten Objekts, von einem Rückkopplungsbetrag bzw. von Rückkopplungsbeträgen zu der Regelgröße bzw. zu den Regelgrößen der Kraftstoff/Luftgemisch-Zufuhrvor richtung auf der Basis einer Arbeitsgleichung bzw. auf der Basis von Arbeitsgleichungen, die zur Abschätzung des inneren Zustands des geregelten Objekts verwendet werden, und die entsprechend einem dynamischen Modell eines Systems bezüglich des geregelten Objekts im voraus fest gelegt werden, und auch auf der Basis von optimalen Re glerkoeffizienten, wobei der optimale Zustandsregler mit zusätzlichem Integralteil dann eines oder mehrere Re glersignale auf der Basis des festgelegten Rückkopp lungsbetrag bzw. der festgelegten Rückkopplungsbeträge an die Kraftstoff/Luftgemisch-Zuführvorrichtung ausgibt.

Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das unerwünschte Schwingen bzw. Oszillieren der Fahrgeschwindigkeit effektiv verhindert wird, während die Ansprech- bzw. Regelcharakteristik verbessert wird, und die Variationen der Fahrgeschwindigkeit auf einen vernachlässigbar kleinen Wert vermindert werden, selbst wenn ein Kraftfahrzeug auf hügeligen Straßen ge fahren wird. Diese Vorteile ergeben sich aufgrund der Anwendung der Mehrvariablenregelung (multi-variable feedback control) gemäß der modernen Regelungstheorie.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß ein minimaler Kraftstoffverbrauch gewährlei stet ist, unabhängig davon, ob dauernde Abweichungen oder Variationen der Abmessungen des Motors oder der zugehö rigen Peripheriegeräte vorhanden sind, da der minimale Kraftstoffverbrauch mittels einer lernenden Logik gefun den wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine Sollzufuhrluftmenge auf einen Wert festgelegt wird, der die zugeführte Kraftstoffmenge auf der Basis einer Korrelation zwischen der zugeführten Luftmenge und der zugeführten Kraftstoffmenge minimiert, wenn die Fahr geschwindigkeit konstant gemacht wird. Die Regelvorrich tung ist als ein optimaler Zustandsregler mit zusätzli chem Integralteil (integral-added optimal regulator) ausgebildet, der den Rückkopplungsbetrag auf der Basis optimaler Reglerkoeffizienten (optimal feedback gain) bestimmt, die entsprechend einem dynamischen Modell des Systems bezüglich der Funktion eines zu regelnden Objekts unter Einschluß der Brennkraftmaschine vorbestimmt worden sind.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorlie genden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung.

Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Diagramm der grundlegenden Struktur der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 ein Fahrgeschwindigkeitsdiagramm, das den Zusammenhang zwischen der Kraftstoffmenge und der zugeführten Luftmenge während der Fahrt des Automobiles zeigt,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Brennkraftma schine und der zugehörigen Peripheriegeräte als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4 ein Diagramm des Regelsystems der Ausführungsform gemäß Fig. 3,

Fig. 5 ein Blockdiagramm, das zur Identifizierung eines Modells des Systems der Ausführungsform von Fig. 3 und 4 verwendet wird,

Fig. 6 ein Signalflußdiagramm, das zur Aufstellung der Übertragungsfunktion verwendet wird,

Fig. 7 ein Flußdiagramm einer Regelung mittels eines optimalen Zustandsreglers mit zusätzlichem Inte gralteil gemäß der beschriebenen Ausführungs form,

Fig. 8 ein Flußdiagramm eines Regelungsablaufs zur Mi nimierung des Kraftstoffverbrauchs, und

Fig. 9 einen Graphen, der die Regelcharakteristik der beschriebenen Ausführungsform zeigt.

In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche oder ent sprechende Teile und Elemente durchgehend mit den glei chen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläute rung der grundlegenden Struktur der vorliegenden Erfin dung. Das zu regelnde Objekt ist eine Brennkraftmaschine und ein Kraftübertragungsmechanismus eines Fahrzeugmo tors. Das geregelte Objekt wird mit dem Bezugszeichen M1 bezeichnet und eine Drosselklappe M3 des Motors spricht auf eine Drosselklappenbetätigungsvorrichtung M4 an, die wiederum auf ein Signal (Drosselklappenöffnungsgrad θ) aus einem optimalen Zustands regler mit zusätzlichem Integralteil M10 anspricht, der später beschrieben wird. Das geregelte Objekt M1 ist mit einer oder mehreren Einspritzdüsen M2, einem Zufuhrluft mengenmesser bzw. einer Zufuhrluftmengenmeßvorrichtung (Detektorvorrichtung M5), einer Fahrgeschwindigkeitsdetektorvorrichtung M6 und einer Hilfsdetektorvorrichtung M7 ausgerüstet. Die Kombination der Einspritzdüse M2, der Drosselklappe M3 und der Drosselklappenbetätigungsvorrichtung M4 wird nachfolgend als Kraftstoff/Luftgemisch-Zuführvorrichtung M11 bezeichnet. Das Regelungssystem gemäß Fig. 1 umfaßt des weiteren eine Sollwerteinstellvorrichtung M9 für die zugeführte Luftmenge und eine Sollgeschwindigkeits einstellvorrichtung M8. Die verschiedenen genannten Bau teile und Vorrichtungen sind miteinander verbunden und bilden eine Vorrichtung zur Regelung der Fahrge schwindigkeit, wobei diese Vorrichtung folgendes auf weist: die Kraftstoff/Luftgemisch-Zufuhrvorrichtung M11, durch die Luft und Kraftstoff der Brennkraftmaschine des geregelten Objekts M1 zugeführt werden, der Zufuhrluft mengenmeßvorrichtung M5, der Fahrgeschwindigkeitsde tektorvorrichtung M6 und der Hilfsdetektorvorrichtung M7, wobei die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch Einstellung der zugeführten Luftmenge und/oder der dem Motor zuge führten Kraftstoffmenge geregelt wird, eine Soll geschwindigkeitseinstellvorrichtung M8 zur Vorgabe einer Sollgeschwindigkeit entsprechend einem Fahrgeschwindigkeitssignal, wenn ein Fahrmodus fest gelegt ist, eine Sollwerteinstellvorrichtung M9 für die zugeführte Luftmenge, die einer minimalen Kraftstoffmenge entspricht, mittels der die Reisegeschwindigkeit bzw. Fahrgeschwindigkeit auf der Basis eines Korrelationsmu sters, das entsprechend der Fahrgeschwindigkeit vor bestimmt wird, zwischen der Kraftstoffmenge und der zu geführten Luftmenge aufrechterhalten wird, einen optima len Zustandsregler mit zusätzlichem Integralteil M10 (integral-added optimal regulator) zum Festlegen des Rückkopplungsbetrags bzw. der Rückkopplungsbeträge der Regelgröße bzw. der Regelgrößen auf der Basis einer Be stimmungsgleichung bzw. Bestimmungsgleichungen (operating equation), die zur Abschätzung des inneren Zustands des geregelten Objekts M1 verwendet werden, die entsprechend einem dynamischen Modell des Systems bezüglich des gere gelten Objekts M1 vorbestimmt sind, und optimaler Re glerkoeffizienten (optimal feedback gain) durch Empfang der Sollzufuhrluftmenge, der Fahrgeschwindigkeit und der Führungsgröße(n) des geregelten Objekts M1, und zur Aus gabe von einem oder mehreren Regelsignalen basierend auf dem festgelegten Rückkopplungsbetrag, bzw. Rückkopplungs beträgen zu der Kraftstoff/Luftgemisch-Zufuhrvorrichtung M11.

Die Sollwerteinstellvorrichtung M9 für die zugeführte Luftmenge ist zur Einstellung einer Zufuhrluftmenge aus gelegt, die die zugeführte Kraftstoffmenge bei einer ge gebenen Fahrgeschwindigkeit folgendermaßen mini miert:
Fig. 2 zeigt ein Fahrgeschwindigkeitsdiagramm, durch das die Beziehung zwischen zugeführten Kraftstoffmenge (Kraftstoffzufuhrbetrag FR) und der zugeführten Luftmenge (Zufuhrluftmenge AR) während der Fahrt eines Kraftfahrzeugs darstellt. Es sei angenommen, daß das Kraft fahrzeug sich gemäß einem Punkt "b" bewegt, wobei die zugeführte Luftmenge Ab und die zugeführte Kraftstoff menge Fb ist. Es versteht sich, daß die vorherige Ge schwindigkeit beibehalten wird, selbst wenn die zuge führte Luftmenge um ΔAo erhöht und die zugeführte Kraft stoffmenge um ΔFo verringert wird, so daß die zugeführte Kraftstoffmenge FR minimal wird. (Siehe Punkt "a", defi niert durch Aa und Fa). Die Sollwerteinstellvor richtung M9 ist für die zugeführte Luftmenge zur Festlegung der zugeführten Luftmenge ausgelegt, die eine mini male Kraftstoffmenge FR bei einer vorgegebenen Fahr geschwindigkeit SPD* ermöglicht. Sie ist in der im folgenden beschriebenen elektronischen Regelvorrichtung enthalten.

Die elektronische Regelvorrichtung gemäß Fig. 3 umfaßt einen Mikro prozessor MPU und Speichervorrichtungen in Form von ROMs und RAMs und periphere Bauteile, darunter Eingabe/Ausga be-Bauteile. Der Mikroprozessor dient zur Durchführung der Regelung, so daß der Fahrzustand des Fahrzeugs sich einem Sollzustand annähert, wobei ein durch die Soll geschwindigkeitseinstellvorrichtung M8 eingestellter Sollwert und Variable des geregelten Objekts (M1) verwendet werden, wobei ein Rückkopplungsbetrag verwendet wird, der durch optimale Reglerkoeffizienten festgelegt wird, die wiederum mittels eines dynamischen Modells eines Systems bezüglich der Brennkraftmaschine und dem Kraftübertragungsmechanismus des Fahrzeugs fest gelegt sind. Hierfür umfaßt die elektronische Regelvor richtung einen optimalen Zustandsregler M10 mit zusätz lichem Integralteil, der optimale Reglerkoeffizienten un ter Verwendung einer Sollzufuhrluftmenge, die durch die Sollwerteinstellvorrichtung für die zugeführte Luftmenge M9 eingestellt worden ist, und der bzw. den Variablen des geregelten Objekts M1 festlegt.

Ein Verfahren zum Aufbau eines derartigen optimierten Zustandsreglers mit zusätzlichem Integralteil ist im De tail, beispielsweise in dem Buch "Linear System Control Theory" von Katsuhisa Furuta, Verlag Shokodo Japan, 1976, beschrieben. Eine Übersicht über dieses Verfahren zur Bildung eines solchen Reglers wird nachfolgend gegeben:
In der folgenden Beschreibung bezeichnen die Bezugszei chen F, X, A, B, C, y, u, L, G, Q, R, T, P Vektoren bzw. Matrizen. Ein hochgestelltes ^T, z. B. A^T, bezeichnet eine transponierte Matrix. Mit einem hochgestellten ^-1, z. B. A^-1 bezeichnet man eine inverse Matrix. Ein Symbol ^∧, z. B. bezeichnet einen Schätzwert bzw. eine Näherung. Ein Symbol ^-, z. B. bezeichnet einen durch ein anderes System behandelten Betrag, d. h. einen Zustandsbeobachter (state observer), der nachfolgend nur noch als Beobachter (observer) bezeichnet wird, wobei dieser Betrag durch Transformation oder ähnliches von dem System erzeugt wird, das ein geregeltes Objekt darstellt. Ein Symbol, "*", z. B. y*, bezeichnet einen Sollwert bzw. eine Soll größe.

In der modernen Regelungstheorie ist es bekannt, daß bei der Regelung eines zu regelnden Objekts, d. h. in diesem Fall der Brennkraftmaschine und dem Kraftübertragungsme chanismus, das dynamische Verhalten des geregelten Ob jekts in einem diskreten Zeitsystem wie folgt beschrieben wird:

X (k) = A · X (k-1) + B · u (k-1) (1)

y (k) = C · X (k) (2)

Die Gleichung 1 wird Zustandsgleichung und die Gleichung (2) wird Ausgangsgleichung genannt. Der Ausdruck X (k) bezeichnet die Zustandsvariablen, die den inneren Zustand des geregelten Objekts M1 darstellen. Der Term u (k) be zeichnet Vektoren, die Variablen umfassen, die kenn zeichnend für die Führungsgröße (Reglereingang) des ge regelten Objekts M1 sind. Der Term y (k) bezeichnet Vek toren, die Variablen umfassen, die den Reglerausgang des zu regelnden Objekts M1 darstellen. Die Gleichungen (1) und (2) sind jeweils in einem diskreten Zeitsystem beschrieben und die Laufvariable "k" bezeichnet den Wert zum jetzigen Zeitpunkt, während die Laufvariable "k-1" den Wert zu einem Zeitpunkt bezeichnet, der einen Ab tastzyklus vor dem jetzigen Zeitpunkt liegt.

Die Zustandsvariablen X (k), die die internen Zustände des geregelten Objekts M1 kennzeichnen, stellen Informa tionen die Systemgeschichte betreffend dar, die notwendig und hinreichend zur Voraussage der zukünftigen Entwick lung des Regelungssystems sind. Damit wird das dynamische Modell des Systems, die Betriebsweise des geregelten Ob jekts M1 betreffend, deutlich, und wenn wir die Vektoren bzw. Matrizen A, B und C der Gleichungen (1) und (2) festlegen, ist es möglich, das zu regelnde bzw. das ge regelte Objekt unter Verwendung der Zustandsvariablen X (k) optimal zu regeln. Ein derartiges Regelsystem muß er weitert und entwickelt werden, was nachfolgend beschrie ben wird.

Es ist schwierig, von so einem komplexen Objekt, wie das geregelte Objekt M1 mit einer Brennkraftmaschine, theo retisch ein genaues dynamisches Modell zu erstellen, und es ist daher notwendig, dieses durch Experimente zu fin den. Es wird ein Verfahren zur Erstellung eines solchen Modells vorgestellt, das Systemidentifikation genannt wird, wobei das geregelte Objekt M1 unter einem gegebenen Zustand betrieben wird. Dazu wird das Modell entsprechend der Zustandsgleichung (1) und der Ausgangsgleichung (2) kon struiert, mit denen eine lineare Näherung des gegebenen Zustands durchgeführt wird. Daher kann, obwohl das dyna mische Modell bezüglich der Betriebsweise für den Fall des geregelten Objekts M1 mit einer Brennkraftmaschine nicht-linear ist, eine lineare Näherung durch Aufteilung in eine Mehrzahl von normalen Betriebszuständen durchge führt werden, und es ist daher möglich, jedes dieser dynamischen Modelle festzulegen.

Falls das zu regelnde Objekt von der Art ist, von dem vergleichsweise leicht ein physikalisches Modell aufge stellt werden kann, kann das Modell, d. h. die Matrizen A, B und C des dynamischen Systems durch Systemidentifika tion festgelegt werden, was wiederum mittels eines Ver fahrens, wie z. B. in dem Frequenzgangverfahren oder der Spektralanalyse bzw. Schwingungsanalyse durchgeführt werden kann. Für den Fall eines geregelten Objekts in Form eines mehrvariabligen Systems, wie der Brennkraft maschine, ist es jedoch schwierig, ein derartiges physi kalisches Modell aufzustellen, das genau approximiert wird, und in einem solchen Fall wird das dynamische Mo dell mittels dem Verfahren der kleinsten Quadrate (least square method), dem Verfahren mit instrumentellen Variab len (instrumental variable method) oder der On-Line-Iden tifikation erzeugt.

Ist einmal ein dynamisches Modell festgelegt, wird der Betrag der Rückkopplung aus den Zustandsvariablen X (k), den Reglerausgängen y (k) und den zugehörigen Sollwerten y* (k) festgelegt, so daß die Führungsgröße u (k) theore tisch und optimal festgelegt wird. In einem System mit einer Brennkraftmaschine und einem Kraftübertragungsme chanismus können die Variablen, die die Funktion bzw. die Arbeitsweise der Brennkraftmaschine direkt beeinflussen, wie die tatsächlich angesaugte Luftmenge und das dynami sche Verhalten der Verbrennung, oder die Menge des Kraftstoffs in dem Verbrennungsgemisch, dem Ausgangs drehmoment der Brennkraftmaschine, etc. als Zustandsva riable X (k) behandelt werden. Die meisten dieser Variab len sind jedoch nur schwer direkt zu messen. Deshalb ist in der elektronischen Regeleinheit eine Vorrichtung, ein sogenannter Zustandsbeobachter bzw. Beobachter vorgese hen, mit dem es möglich ist, die Zustandsvariablen des Systems unter Verwendung der Führungsgrößen bzw. Regler eingänge und der Reglerausgänge des Systems abzuschätzen. Dies ist der sogenannte Beobachter der modernen Rege lungstheorie, und es sind verschiedene Arten von Beobach tern und verschiedene Arten zu deren Festlegung bekannt. Dies ist im Detail beispielsweise in der Veröffentlichung "Mechanical System Control" von Katsuhisa Furuta, Verlag Ohm Co. Ltd., 1984, beschrieben, und der Beobachter kann als ein Beobachter minimaler Ordnung (minimal order ob server) oder als ein in endlicher Zeit ausregelnder Be obachter (finite time settling observer) entsprechend der Art des zu regelnden Objekts ausgestaltet werden, d. h. in diesem Fall entsprechend einem System, dessen Hauptbe standteile die Brennkraftmaschine und der Kraftübertra gungsmechanismus sind.

Die elektronische Regeleinheit steuert die in Kraftstoffeinspritzdüsen M2 und die Drosselklappenbetätigungsvorrichtung M4 in einem erweiterten System unter Verwendung gemessener Zu standsvariablen oder unter Verwendung von Zustandsvariab len (k), die mittels des oben erwähnten Beobachters abgeschätzt worden sind, und einem akkumulierten Wert ZAR, der durch Akkumulierung der Differenzen zwischen einer Sollzufuhrluftmenge AR*, die durch die Sollwerteinstellvor richtung M9 für die zugeführte Luftmenge eingestellt worden ist, und einer aktuell zugeführten Luftmenge AR erhalten worden ist, und auch einem akkumulierten Wert ZSPD der Differenzen zwischen der durch die Sollgeschwin digkeitseinstellvorrichtung M8 eingestellten Soll geschwindigkeit SPD* und der tatsächlichen Fahrgeschwin digkeit SPD, indem ein optimaler Rückkopplungsbetrag aus diesen beiden Werten und aus vorbestimmten optimalen Re glerkoeffizienten gebildet wird. Diese akkumulierten Werte sind notwendig, da die Sollwerte der Betriebszu stände in Abhängigkeit der Anforderungen des geregelten Objekts M1 variieren. Bei der Regelung eines Servo- bzw. Regelungssystems wird im allgemeinen verlangt, eine Rege lung zur Eliminierung der bleibenden Regelabweichung zwischen dem Sollwert und einer aktuellen Regelgröße durchzuführen, und dies entspricht der Notwendigkeit der Berücksichtigung von 1/S^l (Integration der l. Ordnung in einer Übertragungsfunktion). Für den Fall, daß eine Zu standsgleichung mit der Übertragungsfunktion des Systems erstellt wird, welches mittels Systemidentifikation, wie oben beschrieben, bestimmt wird, ist es vorteilhaft, einen solchen integrierten Betrag im Hinblick auf die Stabilität gegenüber Rauschen einzuschließen. In der vorliegenden Erfindung gilt l = 1, d. h. es wird die In tegration erster Ordnung berücksichtigt. Wenn daher der akkumulierte Wert zur Erweiterung des Systems in die oben genannte Zustandsvariable X (k) eingeführt wird, um einen Rückkopplungsbetrag aus diesen Werten und vorbestimmten optimalen Reglerkoeffizienten F festzulegen, werden die Reglereingänge des zu regelnden Objekts als ein optimaler Zustandsregler mit zusätzlichem Integralteil festgelegt.

Als nächstes wird der Zusammenhang mit den optimalen Re glerkoeffizienten beschrieben. In einem optimalen bzw. angepaßten Regler, dem, wie oben beschrieben, ein inte grales Element angefügt wird, wird der Weg zum Auffinden einer Führungsgröße, die einen Leistungsindex bzw. ein Gütekriterium J minimiert, klar gemacht, während auch bekannt ist, daß die optimalen Reglerkoeffizienten auch aus einer Lösung der Riccati-Gleichung, den Matrizen A, B, C der Zustandsgleichung (1) und der Ausgangsgleichung (2) und den für das Gütekriterium verwendeten Wichtungs parametern (siehe oben erwähntes Buch) abgeleitet werden können. Hierzu werden die Wichtungsparameter anfänglich willkürlich festgelegt, um die Wichtung bei der Regelung, durch das Gütekriterium J, des Verhaltens der Brenn kraftmaschine usw. zu verändern. Es ist möglich, einen optimalen Wert durch Wiederholung der Simulation durch Änderung der Wichtungsparameter um einen gegebenen Betrag aus dem Verhalten der Betriebszustandvariablen festzule gen, der sich als Ergebnis einer Simulation ergibt, die mit einem großen Computer und einem willkürlich vorgege benen Wichtungsparameter durchgeführt wird. Als Ergebnis werden auch optimale Reglerkoeffizienten F festgelegt.

Deshalb ist die elektronische Regeleinheit in der Vor richtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung als ein optimaler Zustandsregler mit zusätzlichem Integralteil ausgebildet, wobei ein dynamisches Modell der Brennkraftmaschine usw. verwendet wird, das vorhergehend durch Systemidentifikation fest gelegt wird, und die Parameter des darin enthaltenen Be obachters und optimale Reglerkoeffizienten F usw. werden vorausgehend durch Simulation unter Verwendung der Brennkraftmaschine und des Kraftübertragungsmechanismus festgelegt.

Es ist erläutert worden, daß die Zustandsvariablen X(k) den inneren Zustand der Brennkraftmaschine usw. kenn zeichnende Größen sind, es ist jedoch nicht notwendig, daß diese Variablen einer tatsächlichen physikalischen Größe entsprechen, und sie können deshalb als ein Vektor mit einer passenden Ordnung festgelegt werden.

Die Vorrichtung zur Regelung der Fahrgeschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung mit der oben beschrie benen Struktur funktioniert so, daß die zugeführte Luft menge entsprechend einer minimalen Kraftstoffmenge, mit tels der eine konstante Reisegeschwindigkeit beibehalten werden kann, durch die Sollwerteinstellvorrichtung M9 für die zugeführte Luftmenge festgelegt wird, und die Brennkraftmaschine arbeitet mit dieser zugeführten Luft menge und dieser minimalen Kraftstoffmenge. Folglich wird erwartet, daß die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf eine konstante Geschwindigkeit mit minimalem Kraftstoffver brauch geregelt wird. Da des weiteren die Regelvorrich tung auf der Basis der modernen Regelungstheorie kon struiert worden ist, wird auch erwartet, daß die Abwei chungen der Fahrgeschwindigkeit von der Sollgeschwindigkeit während des Fahrens auf einen sehr kleinen Wert gedrückt werden.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden an hand der Zeichnungen im Detail beschrieben. Fig. 3 ist ein schematisches strukturelles Diagramm, das die Brenn kraftmaschine und die zugehörigen peripheren Bauteile zeigt, die in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung der Fahrgeschwindigkeit verwendet werden. Fig. 4 ist ein Diagramm des Rege lungssystems, das ein Regelungsmodell eines Systems zeigt, bei dem die Betriebs- bzw. Arbeitszustände der Brennkraftmaschine geregelt werden. Die Fig. 5 und 6 sind Blockdiagramme zur Beschreibung der Systemidentifi kation. Die Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, das ein Beispiel einer Regelung zeigt, die durch eine elektronische Regel einheit durchgeführt wird. Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, das ein Beispiel der Regelung zur Bestimmung der zuge führten Luftmenge zeigt, bei der der Kraftstoffverbrauch minimal wird. Diese Zeichnungen werden in der genannten Reihenfolge nachfolgend beschrieben.

Fig. 3 zeigt einen Vierzylinder-Viertakt-Ottomotor (Brennkraftmaschine) 1 in Verbindung mit einem einzigen Zylinder und in der Reihenfolge von dem stromaufwärts liegenden Teil mit einem nicht dargestellten Luftfilter, einem Luftmengenmesser 3 zur Messung der zugeführten Luftmenge AR, einem Zufuhrluft-Temperatursensor 5 zum Erfassen der Temperatur Tha der zugeführten Luft, einer Drosselklappe 7 zur Regelung der zugeführten Luftmenge, einem Ausgleichsbehälter 9 und elektromagnetischen Ein spritzdüsen 11. Die Auspuffgase der Brennkraftmaschine 1 werden über einen Auspuff 14 mit einem nicht dargestell ten Abgasreiniger, Schalldämpfer usw. nach außen abge führt. Eine Verbrennungskammer bzw. ein Zylinder weist einen Kolben 15, ein Einlaßventil 17, ein Auslaßventil 19, eine Zündkerze 21 usw. auf. Diese Teile werden jedoch nicht beschrieben, da deren Funktion bekannt ist. In die Zündkerze 21, die zur Erzeugung einer Entladung mittels einer von einer Zündspule 24 über einen Verteiler 25 zu geführten Hochspannung ausgelegt ist, ist ein Halblei terdrucksensor eingebaut, um den Verbrennungsdruck, d. h. die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine bzw. das Ausgangsdrehmoment T zu erfassen.

Zusätzlich weist die Brennkraftmaschine 1 einen Kühl flüssigkeitstemperatursensor 29 zum Erfassen der Tempe ratur Thw der Kühlflüssigkeit, einen in den Verteiler 25 eingebauten Drehzahlsensor 31 zur Ausgabe eines Impuls signals mit einer Frequenz, die der Drehzahl N der Brennkraftmaschine 1 entspricht, einen Zylinderbestim mungssensor 33 zur Ausgabe eines Einzelimpulses für jede Umdrehung (720° Kröpfwinkel (crank angle)) der Brennkraft maschine 1 auf. Der Öffnungsgrad der Drosselklappe 7 wird mittels einer Drosselklappenbetätigungsvorrichtung 35 gesteuert, dessen Primärantrieb ein Gleichstrommotor ist. Das Bezugszeichen 37 bezeichnet in Fig. 3 einen Gaspe dalsensor zum Erfassen des Öffnungsgrades bzw. des Betä tigungsgrades Acc eines Gaspedals 38.

Bei der Brennkraftmaschine 1 mit zugehörigen peripheren Geräten, die den erwähnten Aufbau aufweisen, werden die Kraftstoffeinspritzmenge FR, der Öffnungsgrad der Dros selklappe θ usw. durch einen elektronischen Regelschalt kreis 40 geregelt. Der elektronische Regelschaltkreis 40 wird aus einer Batterie 43 über einen Zündschalter 41 mit elektrischer Energie versorgt und umfaßt einen herkömm lichen Mikroprozessor bzw. eine zentrale Verarbeitungs einheit (CPU) 44, ein ROM 45, ein RAM 46, ein Siche rungs-RAM 47 (Packup-RAM), ein Eingabebauteil 49, ein Ausgabebauteil 51 usw., wobei die genannten Bauteile und Bauelemente über einen Bus 53 miteinander verbunden sind.

Das Eingabebauteil 49 des elektronischen Regelschalt kreises 40 empfängt aus entsprechenden Sensoren Signale, die kennzeichnend für den Betriebszustand der Brenn kraftmaschine und dem eigenen Betriebszustand sind. Ins besondere umfaßt er nicht dargestellte Eingabeeinheiten zum Empfang von Signalen aus der Luftmengenmeßvorrich tung 3, kennzeichnend für die zugeführte Luftmenge AR, für die Temperatur Tha der zugeführten Luft aus dem Zufuhr luft-Temperatursensor 5, für die Fahrzeuggeschwindigkeit aus einem Fahrgeschwindigkeitssensor 55, für die Kühlflüssigkeitstemperatur Thw aus dem Kühlflüssigkeits sensor 29, für die Drehzahl N der Brennkraftmaschine 1 aus dem Drehzahlsensor 31, für die Zylinderbestimmung aus dem Zylinderbestimmungssensor 33 und ein Signal aus einem Setzschalter 56 zum Festlegen, ob der Reisemodus ange wählt ist oder nicht.

Das Ausgabebauteil 51 gibt Regelsignale aus, um über die Drosselklappenbetätigungsvorrichtung 35 den Öffnungsgrad θ der Drosselklappe 7, die Kraftstoffeinspritzmenge FR durch Öffnen und Schließen der Kraftstoffeinspritzdüsen bzw. -ventile 11 und den Zündzeitpunkt über die Zündspule 24 zu steuern. Die Regelung durch den Mikroprozessor 44 des elektronischen Regelschaltkreises 40 wird später im Detail anhand der Flußdiagramme der Fig. 6 und 7 beschrieben.

Nun wird das Regelungssystem des elektronischen Regel schaltkreises 40 anhand des Funktionsblockdiagramms von Fig. 4 beschrieben. Insbesondere wird das Auffinden der Vektoren bzw. Matrizen A, B, C der Zustandsgleichung (1) und der Ausgangsgleichung (2) mittels Systemidenti fikation und auch das Verfahren zum Auffinden des Be obachters und der Reglerkoeffizienten F, die darauf ba sieren, anhand von konkreten Beispielen beschrieben. Fig. 4 ist ein Funktionsblockdiagramm, das nicht einen kon struktiven Aufbau zeigt. Das in Fig. 4 gezeigte Rege lungssystem wird in der Praxis durch Ausführung einer Reihe von in dem Flußdiagramm in Fig. 6 gezeigten Pro grammen auf der Basis eines diskreten Zeitsystems reali siert.

In Fig. 4 ist eine konstante Reisegeschwindigkeit bzw. Sollgeschwindigkeit SPD* eine Fahrgeschwindigkeit zu einem Zeitpunkt, in dem der Setzschalter 56 ausgeschaltet wird, und diese Geschwindigkeit wird in einer Einstell vorrichtung für die Reisegeschwindigkeit P1 eingespei chert. Eine Sollzufuhrluftmenge AR* wird durch eine Sollwerteinstellvorrichtung für die zugeführte Luftmenge P2 als ein Wert eingestellt, der einen minimalen Kraft stoffverbrauch bewirkt. Das Verfahren hierzu wird später im Detail anhand von Fig. 8 beschrieben, wobei die kon stante Reisegeschwindigkeit SPD*, eine aktuelle erfaßte Fahrgeschwindigkeit SPD und eine Kraftstoffeinspritz menge FR verwendet wird. Ein erster Integrator P3 wird zur Erzeugung eines akkumulierten Wertes ZSPD(k) durch Akkumulierung der Abweichungen SSPD der aktuellen Fahr geschwindigkeit von der Sollgeschwindigkeit SPD* verwendet, während ein zweiter Integrator P4 zur Er zeugung eines akkumulierten Wertes ZAR (k) durch Akkumu lierung der Abweichungen SAR der aktuellen zugeführten Luftmenge AR von der Sollzufuhrluftmenge AR* verwendet wird.

Das Bezugszeichen P5 bezeichnet eine Störungsextrahier vorrichtung, die von verschiedenen Werten (ARa, Na) Stö rungskomponenten unter Gleichgewichtsbedingungen in Ver bindung mit der zugeführten Luftmenge AR und der Drehzahl N extrahiert. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das dynamische Modell, das einen weiten Bereich des kontrol lierten Objekts M1 erfaßt, durch Bilden linearer dynami scher Modelle in Verbindung mit einer Vielzahl von Be triebszuständen konstruiert wird, indem der Zustand der Brennkraftmaschine 1 als die Abfolge einer Vielzahl sol cher Gleichgewichtszustände aufgefaßt wird, um eine line are Approximation eines nicht-linearen Systems durchzu führen. Deshalb werden die Variablen (AR, SPD) des gere gelten Objekts M1 als Störungsterme δAR (= AR - ARa), δSPD (= SPD - SPDa) relativ zu einem vorbestimmten nächstkommenden Arbeitspunkt behandelt. Die Führungsgröße zu dem geregelten Objekt M1, d. h. der Öffnungsgrad θ der Drosselklappe, eine Regelgröße, die sich auf die Kraft stoffeinspritzmenge FR bezieht, die durch die oben er wähnten Integratoren P3 und P4, den Beobachter P6 und das Bestimmungsbauteil P7 für den Rückkopplungsbetrag erzeugt werden, werden ebenfalls als Störungskomponenten δθ und δFR behandelt.

Der Beobachter P6 erzeugt abgeschätzte Zustandsvariable (k) durch Abschätzung der Zustandsvariablen X (k), die den inneren Zustand des geregelten Objekts darstellen, wobei die Störungsterme δθ und δFR der Führungsgröße und die Störungsterme δAR und δSPD der Reglerausgabe verwendet werden, und die abgeschätzten Zustandsvariablen X (k) und die oben erwähnten akkumulierten Werte ZSPD (k) und ZAR (k) werden mit den optimalen Reglerkoeffizienten F in dem Bestimmungsbauteil P7 für den Rückkopplungsbetrag multi pliziert, um Manipulationsbeträge (δθ, δFR) zu erhalten. Da der Satz der Manipulationsbeträge (δθ, δFR) Störungs terme bezüglich dem Reglereingang bzw. den Führungsgrößen entsprechend dem Gleichgewichtsbetriebszustand, der durch die Störungsextrahiervorrichtung P5 ausgewählt worden ist, darstellen, werden die Variablen θ und FR der Be triebsbedingung des geregelten Objekts M1 durch Addition von Referenzsetzwerten (reference setting values) θa und FRa entsprechend dem Gleichgewichtszustand und den Stö rungskomponenten in einem Referenzsetzwertadditionsbau teil P8 (reference setting value adding portion) festge legt.

Damit ist der Aufbau des Regelungssystems kurz beschrie ben. Der Grund, warum die Reglerausgänge bzw. Stellgrößen (θ, FR) und die Reglereingänge bzw. Führungsgrößen (AR, SPD) bei dieser Ausführungsform verwendet werden, ist, daß diese Variablen grundlegende Werte bezüglich der Ausgaben der Regelgrößen M1 sind. Daher wird bei dieser Ausfüh rungsform das geregelte Objekt bzw. die geregelten Va riablen M1 als ein mehrvariabliges System mit zwei Ein gängen und zwei Ausgängen aufgefaßt. Zusätzlich können hierzu beispielsweise noch der Zündzeitpunkt und die rückgeführte Abgasmenge als Größen die Ausgangsleistung des geregelten Objekts M1 betreffend verwendet werden, und diese Größen können bei der Konstruktion eines Modellsy stems berücksichtigt werden. Das oben erwähnte Modell mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen wird nachfolgend zur Konstruktion des dynamischen Modells des geregelten Ob jekts M1 verwendet, und zusätzlich hierzu werden die Kühlflüssigkeitstemperatur Thw und die Temperatur Tha der zugeführten Luft zu der Brennkraftmaschine 1 als Faktoren verwendet, die das dynamische Verhalten des Systems än dern. Die Kühlflüssigkeitstemperatur Thw usw. ändern nicht die Struktur des Regelungssystems des geregelten Objekts M1, sie ändern jedoch dessen dynamisches Zu standsverhalten. Wenn daher das dynamische Modell in Verbindung mit dem Regelungssystem des geregelten Objekts konstruiert wird, werden die Vektoren bzw. Matrizen A, B, C, der Zustandsgleichung (1) und der Ausgangsgleichung (2) entsprechend der Kühlflüssigkeitstemperatur Thw usw. der Brennkraftmaschine 1 festgelegt.

Vorstehend wurde der konstruktive Aufbau der Brennkraft maschine 1 und die Struktur des Regelungssystems anhand eines Systems mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen als ein Beispiel für die Regelung der abgegebenen Leistung des geregelten Objekts M1 beschrieben. Nun wird die Kon struktion des dynamischen Modells durch tatsächliche Systemidentifikation, die Erzeugung des Beobachters P6 und die Festlegung optimaler Reglerkoeffizienten F beschrieben.

Zuerst wird ein dynamisches Modell des geregelten Objekts M1 konstruiert. Fig. 5 ist ein Diagramm, das das System des geregelten Objekts M1 unter Gleichgewichtsbetriebs bedingungen als ein System mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen dargestellt durch Übertragungsfunktionen G1(z) bis G4(z) zeigt. Die Laufvariable (z) kennzeichnet z-Transformationen der abgetasteten Werte der Eingangs/ Ausgangs-Signale, und es wird angenommen, daß G1(z) bis G4(z) von passender Ordnung sind. Damit ist die gesamte Übertragungsfunktionsmatrix G(z) gegeben durch:

Wenn bei einem System mit zwei Eingängen und zwei Aus gängen, wie dem geregelten Objekt M1 dieser Ausführungs form, Interferenzen zwischen dem Eingangs- und Ausgangs variablen auftreten, ist es extrem schwierig, ein physi kalisches Modell aufzustellen. In einem solchen Fall ist es möglich, die Übertragungsfunktion durch Simulation mittels der sogenannten Systemidentifikation zu erzeugen.

Das Verfahren der Systemidentifikation ist im Detail in der Veröffentlichung "System Identification" von Setsuo Sagara, Society of Instrument and Control Engineers (SICE) of Japan, 1981 beschrieben und die Identifikation wird hier nach dem Verfahren der kleinsten Quadrate durchgeführt.

Das geregelte Objekt M1 wird in einen vorbestimmten Be triebszustand versetzt und die Variation (Rückkopplungsbetrag) δθ des Dros selklappenöffnungsgrades wird zu null gemacht, um ein passendes Testsignal als die Variation (Rückkopplungsbetrag) δFR der zugeführten Kraftstoffmenge zu addieren und die Eingabedaten δFR zu diesem Zeitpunkt, und die Variation δSPD der Reise geschwindigkeit als ein Ausgang werden Nmal abgetastet. Dies wird als Eingabedatenreihe {u(i)} = {δFRi} und als Ausgabedatenreihe {y(i)} = {δSPDi} mit i=1, 2, 3 . . . N, ausgedrückt. Hier kann das System als ein System mit einem Eingang und einem Ausgang betrachtet werden und die Übertragungsfunktion G1 (z) ist gegeben durch:

G1 (z) = B (z^-1)/A (z^-1) (3)

daher gilt:

G1 (z) = (b0+b1 · z^-1 + . . . +bn · z^-n)/ (1+a1 · z^-1+a2 · z^-2+ . . . +an · z^-n) (4)

Hierbei ist z^-1 ein Einheitsschiebeoperator, für den gilt

z^-1 · x (k) = x (k-1).

Wenn wir die Parameter a1 bis an und b0 bis bn in der Gleichung (4) aus den Eingabe- und Ausgabedatenreihen {u(i)} und {y(i)} bestimmen, läßt sich die Übertra gungsfunktion G1 (z) festlegen. Diese Parameter werden in der Systemidentifikation unter Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate festgelegt, so daß der folgende Aus druck einen minimalen Wert annimmt:

Bei der beschriebenen Ausführungsform wurden die ent sprechenden Parameter unter der Annahme von n = 2 er zeugt. Für diesen Fall ist ein Signalflußdiagramm des Systems in Fig. 6 gezeigt, und unter Verwendung der Zu standsvariablen X1 (k) können die Zustands- und die Ausgangsgleichung hiervon durch die Gleichungen (6) und (7) ausgedrückt werden:

Unter Verwendung der Parameter A1′, B1′, C1′ für die Parameter A, B, C für den Fall, daß es sich um ein System mit einem Eingang und einem Ausgang handelt, ergibt sich:

Bei dieser Ausführungsform ergeben sich folgende Para meter in Verbindung mit G1 (z):

[a1 a2] = [-1.91 0.923]
[b0 b1 b2] = [0 4.86 × 10^-3 4.73 × 10^-3]

Nach dem gleichen Verfahren lassen sich die Übertragungsfunktionen G2 (z) bis G6 (z) und auch die Systempa rameter A 2′ bis A 4′, B 2′ bis B 4′ und C 2′ bis C 4′ berechnen, nämlich die Vektoren bzw. Matrizen A, B, C der Zustandsgleichung (1) und der Ausgangsgleichung (2) festlegen.

Auf diese Weise wird das dynamische Modell für die vor liegende Ausführungsform durch Systemidentifikation er zeugt, und dieses dynamische Modell kann in der Art fest gelegt werden, daß eine lineare Approximation in der Um gebung eines Zustands erfüllt wird, in dem sich das unter einem gegebenen Zustand betriebene geregelte Objekt be findet. Daher wird die Übertragungsfunktion G1 (z) bis G4 (z) jeweils durch das obige Verfahren in Verbindung mit einer Mehrzahl von Gleichgewichtsbetriebszuständen er zeugt, und die Vektoren bzw. Matrizen A, B, C in den je weiligen Zustandsgleichungen (1) und Ausgangsgleichungen (2) werden erzeugt, wo die Beziehung zwischen den Ein gängen und Ausgängen davon innerhalb der Störungsgrößen erfüllt ist.

Nun wird das Verfahren zum Festlegen des Beobachters P6 beschrieben. Das Gopinath-Verfahren zur Festlegung des Beobachters ist im einzelnen in der Veröffentlichung "Basic System Theory" von Katsuhisa Furuta und Akira Sano, Verlag Corona Co., Ltd., 1978, beschrieben, und bei dieser Ausführungsform wird der Beobachter als ein Be obachter mit minimaler Ordnung (minimal order observer) festgelegt.

Der Beobachter P6 wird zur Abschätzung der interen Zu standsvariablen X (k) des geregelten Objektes M1 aus den Störungskomponenten (δAR, δSPD) der Variablen des Reglerausgangs des geregelten Objekts M1 und aus den Störungskomponenten (δθ, δFR) der Variablen des Regler eingangs verwendet. Der Grund, weswegen die durch den Beobachter P6 abgeschätzten Zustandsvariablen X (k) als Zustandsvariablen X (k) bei der Regelung des geregelten Objekts M1 verwendet werden können, wird nachfolgend er läutert. Es sei angenommen, daß der Ausgang X (k) aus dem Beobachter P6 gemäß der folgenden Gleichung (9) erzeugt wird:

(k) = (A-L · C) · (k-1) + B · u (k-1) + L · y (k-1) (9)

In Gleichung (9) ist L eine willkürlich vorgegebene Ma trix. Durch Modifikation der Gleichungen (1), (2) und (9) ergibt sich:

[X (k) - (k)] = (A-L · C) [X (k-1) - (k-1)] (10)

Wird daher die Matrix L so gewählt, daß ein Eigenwert der Matrix (A - L · C) sich innerhalb eines Einheitskreises (k) → X (k) mit k → ∞ befindet, ist es folglich möglich, die internen Zustandsvariablen des geregelten Objekts M1 unter Verwendung der vorherigen Reihen u (*), y (*) des Eingangsregelungsvektors u (k) und des Ausgangsvektors y (k) genau abzuschätzen.

Die Vektoren bzw. Matrizen A, B, C der Zustandsgleichung (1) und der Ausgangsgleichung (2) werden beide durch Systemidentifikation mittels der Methode der kleinsten Quadrate bestimmt und können mittels einer Ähnlichkeits transformation in die folgende Observable mit kanonischer Struktur unter Betrachtung der neuen Zustandsvariablen (k) = T^-1 · X (k) mit der nichtsingulären Matrix T um geformt werden, da das System beobachtet ist.

Hierbei ist

und es ergeben sich die folgenden Gleichungen bei Verwendung einer passenden nichtsingulären Matrix T.

Nun sei die Matrix L durch L = [-α1 -α2 . . . -αn]^T ersetzt und wir können einen in endliche Zeit ausregeln den Beobachter (finite time settling observer) unter Verwendung der folgenden Gleichungen (13), (14) und (15) festlegen:

Dabei werden

mittels Ähnlichkeitstrans formation aus A, B und C erzeugt, und es ist auch gesichert, daß die Regelung mittels der Zustandsgleichung durch diese Operation korrekt wiedergegeben wird.

Während der Beobachter P6 unter Verwendung der Vektoren bzw. Matrizen A, B und C der mittels Systemidentifikation erzeugten Zustandsgleichung festgelegt worden ist, wird der Ausgang des Beobachters nachfolgend durch (k) aus gedrückt.

Nun wird das Verfahren zum Auffinden der optimalen Reg lerkoeffizienten (optimal feedback gain) F beschrieben. Da dieses Verfahren im einzelnen in der oben erwähnten Ver öffentlichung "Linear System Control Theory" erläutert ist, werden nachfolgend nur die Ergebnisse unter Weglas sung der Details aufgezeigt. Verwendet man

δu (k) = u (k) - u (k-1) (17)

δy (k) = y (k) - y (k-1) (18)

in Verbindung mit den Variablen u (k) der Reglereingänge und die Variablen y (k) der Reglerausgänge, wodurch sich ein optimaler Reglereingang u (k) ergibt, wird das nach folgende Gütekriterium J minimiert, führt dies zur Lösung eines Regelungsproblems mittels eines optimalen Zu standsreglers mit zusätzlichem Integralteil in Bezug auf das Regelungssystem des geregelten Objekts M1.

Hierbei bezeichnen Q und R Wichtungsparametermatrizen und k bezeichnet die Zahl der Abtastungen, die zu Beginn der Regelung 0 ist, während die rechte Seite der Gleichung (19) ein Ausdruck in sogenannter quadratischer Form unter Verwendung der diagonalen Matrizen Q und R ist.

Hierbei ergeben sich die optimalen Reglerkoeffizienten F mittels:

F = - (R + ^T · P · B)^-1 · ^T · P · A (20)

In Gleichung 20 ist A und B gegeben durch

Des weiteren ist P eine Lösung der folgenden Riccati- Gleichung:

Hierbei dient das Gütekriterium J von Gleichung (19) zur Reduzierung der Abweichung der Betriebszustandsvariablen y (k), d. h. der Variablen y (k) die die zugeführte Luftmenge δAR und die Fahrgeschwindigkeit δSPD umfassen, von dem Sollwert y* (k), mit den Variablen u (k) = [ δθ δFR] als Reglereingänge des zu regelnden ge regelten Objects M1. Die Wichtung der Regelung der Va riablen u (k) der Reglereingänge kann durch Änderung der Werte der Wichtungsparametermatrizen Q und R verändert werden. Daher können die zustandsvariablen X(k) als ab geschätzte Zustandsvariable (k) unter Verwendung der Gleichung (9) erzeugt werden, wenn man die optimalen Reg lerkoeffizienten F unter Verwendung der Gleichung (20) und durch Erzeugung von P durch Lösung der Gleichung (23) mit willkürlich gewählten Wichtungsparametermatrizen Q und R erzeugt, wobei das dynamische Modell des geregelten Objekts M1, d. h. die Matrizen A,B,C, die den oben er wähnten Matrizen A, B, C entsprechen, die zuvor erzeugt worden sind. Daher ergeben sich die Variablen u (k) des Reglereingangs des geregelten Objekts M1 auf folgende Weise:

u (k) = F · [X1 (k), X2 (k) . . . Xn (k) ZSPD (k) ZAR (k)]^T (24)

Durch wiederholte Simulation mit den Wichtungsparameter matrizen Q und R, die solange verändert werden, bis sich eine optimale Regelcharakteristik ergibt, werden die op timalen Reglerkoeffizienten F erzeugt.

Damit ist die Konstruktion des dynamischen Modells des Regelungssystems des geregelten Objekts mittels System identifikation unter Verwendung des Verfahrens der kleinsten Quadrate beschrieben, und die Festlegung des in endlicher Zeit ausregelnden Beobachters und die Berech nung der optimalen Reglerkoeffizienten F werden im voraus durchgeführt, und die aktuelle Regelung mit der elektro nischen Regelungseinheit 40 wird nur unter der Verwendung der Ergebnisse hiervon durchgeführt.

Nun wird eine tatsächliche, von dem elektronischen Regel schaltkreis 40 durchgeführte Regelung anhand des Fluß diagramms von Fig. 7 beschrieben. Bei der nachfolgenden Beschreibung wird eine Größe, die im momentanen Verar beitungszyklus behandelt wird, als eine Größe mit der Laufvariable (k) und eine Größe, die im vorhergehenden Zyklus bearbeitet worden ist, wird mit der Laufvariablen (k-1) dargestellt.

Nachdem der Reisemodus durch den Setzschalter 56 ausge wählt worden ist, führt der Mikroprozessor 44 einen Schritt 100 und die nachfolgenden Schritte wiederholt durch. Als erstes wird in dem Schritt 100 der Ausgangs zustand des geregelten Objekts, d. h. die Zufuhrluftmenge AR (k-1), die Fahrgeschwindigkeit SPD (k-1) usw. aus den entsprechenden Sensoren eingelesen.

In einem nachfolgenden Schritt 110 wird, wenn der Setz schalter 56 ausgeschaltet ist, die in dem RAM 46 gespei cherte Fahrgeschwindigkeit SPD ausgelesen, und dann wird in einem Schritt 120 eine Sollzufuhrluftmenge AR* so festgelegt, daß der Kraftstoffverbrauch durch die Brenn kraftmaschine 1 minimal wird, und diese Berechnung wird in einer Weise ausgeführt, wie sie später anhand von Fig. 8 beschrieben werden wird. Diese Verarbeitungsschritte entsprechen den Funktionen der Einstellvorrichtungen P1 und P2 von Fig. 4.

In einem Schritt 130 wird die Abweichung SSPD (k-1) einer aktuellen erfaßten Fahrgeschwindigkeit SPD (k-1) von den Sollfahrgeschwindigkeit SPD* und die Abweichung SAR (k-1) von einer aktuell zugeführten Luftmenge AR (k-1) von der Sollzufuhrluftmenge AR* erzeugt. In einem nachfolgenden Schritt 140 werden die jeweiligen in dem Schritt 130 erzeugten Abweichungen akkumuliert, um den akkumulierten Wert ZSPD (k) mit ZSP (k) = ZSPD (k-1) + SSPD (k-1) und dem anderen akkumulierten Wert ZAR (k) = ZAR (k-1) + SAR (k-1) zu erzeugen. Diese Prozeßschritte entsprechen der Funktion der Integratoren P3 und P4 in Fig. 4.

In einem folgenden Schritt 150 wird aus dem in Schritt 100 gelesenen Ausgangszustand des geregelten Objekts un ter den Gleichgewichtszuständen, die die lineare Appro ximation erfüllen, wenn das dynamische Modell des gere gelten Objekts M1 konstruiert wird, ein nächstkommender Zustand, der nachfolgend als Arbeitspunkt ARa, SPDa be zeichnet wird, erzeugt. In einem Schritt 160 ergibt sich der in Schritt 100 gelesene Ausgangszustand des geregel ten Objekts M1 als Störungskomponenten (δAR, δSPD) bezüg lich der Gleichgewichtszustandspunkte (ARa, SPDa). Diese Bearbeitung entspricht der Funktion der Störungsextra hiervorrichtung P5 von Fig. 4.

In einem nachfolgenden Schritt 170 wird die Temperatur Thw der Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine 1 einge lesen, und da sich das dynamische Modell der Brennkraft maschine 1 entsprechend der Temperatur Thw der Kühlflüs sigkeit ändert, werden die Parameter , , L und die im Beobachter im voraus für die jeweiligen Temperaturen Thw der Kühlflüssigkeit vorbereiteten optimalen Regler koeffizienten F ausgewählt.

In einem Schritt 180 wird mittels der folgenden Gleichung (25) unter Verwendung der in dem Schritt 170 gewählten Größen , , L, der Störungskomponenten (δAR, δSPD), die in dem Schritt 160 erzeugt worden sind, den im vor herigen Zyklus erzeugten Zustandsvariablen (k-1) = [X1(k-1) X2(k-2) . . . X4,k-1)]^T, den Störungskomponenten δFR(k-1), δθ(k-1) der Kraftstoffeinspritzmenge FR(k-1) und des Öffnungsgrades θ(k-1) der Drosselklappe, die beide in dem vorhergehenden Zyklus erzeugt worden sind, die neue Zustandsvariable (k) erzeugt. Diese Bearbei tung entspricht der Funktion des Beobachters P6 in Fig. 4, und dieser Beobachter P6 ist bei dieser Ausführungsform als ein in endlicher Zeit ausregelnder Beobachter aus gelegt. Es wird folgende Berechnung durchgeführt:

In einem folgenden Schritt 190 werden die in Schritt 180 erzeugten geschätzten Zustandsvariablen X (k), die in dem Schritt 140 erzeugten akkumulierten Werte ZSPD (k), ZAR (k), die im voraus vorbereiteten und in dem Schritt 170 ausgewählten Reglerkoeffizienten, gegeben durch

als Vektoren multipliziert, um die Störungskomponenten δFR (k) und δθ (k) des Manipulationsbetrags mit [δFR (k) δθ (k)] = F · [ (k) ZSPD (k) ZAR (k)]^T zu erzeugen. Das entspricht der Funktion des Bestimmungsbauteiles P7 für den Rückkopplungsbetrag aus Fig. 4.

In einem Schritt 200 werden die in dem Schritt 190 er zeugten Störungskomponenten δFR(k), δθ(k) der Manipula tionsbeträge den entsprechenden Manipulationsbeträgen FRa, θa an den Gleichgewichtszustandspunkten zuaddiert und es ergeben sich die Manipulationsbeträge FR(k), θ(k), die den Kraftstoffeinspritzdüsen 11 und der Drosselklap penbetätigungsvorrichtung 35 der Brennkraftmaschine 1 aktuell zugeführt werden.

In einem folgenden Schritt 210 wird der Wert "k" für die Anzahl der Abtastungen um eins inkrementiert, und die er läuterte Serie von Prozeßschritten 100 bis 210 ist been det.

Durch kontinuierliche Durchführung der erläuterten Rege lung führt die elektronische Regeleinheit 40 eine Rege lung unter Verwendung optimaler Reglerkoeffizienten als ein optimaler Zustandsregler mit zusätzlichem Integral teil durch, der das geregelte Objekt M1 auf die konstante Fahrgeschwindigkeit SPD* und die Sollzufuhrluftmenge AR einregelt.

Nun wird eine Programmroutine beschrieben, die zur Er zeugung der Sollzufuhrluftmenge AR* für den Schritt 120 dient. In dieser in dem Flußdiagramm von Fig. 8 gezeigten Routine wird die Sollzufuhrluftmenge AR*, die den Kraft stoffverbrauch minimiert, durch die nachfolgenden Schritte berechnet, während die gleiche Fahr geschwindigkeit SPD(k) beibehalten wird. In der folgenden Beschreibung wird der Sollwert des vorhergehenden Zyklus mittels AR* (k-1) ausgedrückt und der neu errechnete Sollwert für den momentanen Zyklus wird durch AR* (k) ausgedrückt.

Die Programmroutine beginnt mit einem Schritt 300, in dem bestimmt wird, ob die Sollfahrgeschwindigkeit SPD* (k) gleich dem vorherigen Wert SPD* (k-1) ist, und ob die momentane Fahrgeschwindigkeit SPD (k) gleich der Sollfahrgeschwindigkeit SPD* (k) ist. Für den Fall, daß keine dieser beiden Gleichungen erfüllt ist, hat das Regelungssystem keinen Gleichgewichtszustand er reicht und es wird daher festgelegt, daß das Bestimmen der Zufuhrluftmenge, die den Kraftstoffverbrauch mini miert, nicht durchgeführt werden kann, und der Funktions ablauf verzweigt zu einem Schritt 310. Es wird die Zu fuhrluftmenge AR (SPD), die aus einer voreingestellten Tabelle unter Verwendung der Fahrgeschwindigkeit SPD vorgegeben wird, als die Sollzufuhrluftmenge AR* (k) festgelegt. Danach geht der Programmablauf zu dem Schleifenende NEXT über, um die Programmroutine zu been den. Unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von Fig. 7 wird die Sollzufuhrluftmenge AR* (k) in dem Schritt 120 aus der Tabelle unter der Annahme abgeleitet, daß das geregelte Objekt M1 sich in einem Einschwingzustand be findet.

Da andererseits das geregelte Objekt M1 als sich im Gleichgewichtszustand befindlich betrachtet wird, wenn gleichzeitig gilt SPD* (k) = SPD* (k-1) und SPD* (k) = SPD (k), ist es dann möglich, die Zufuhrluftmenge aufzusuchen, die den Kraftstoffverbrauch minimiert. Der Funktionsablauf geht zu einem Schritt 320 über. In dem Schritt 320 wird fest gelegt, ob eine Marke (Flag) Fs "1" ist oder nicht. Da der Wert der Marke Fs vor Beginn der Suche null ist, führt die Abfrage zu "nein" und es wird zu einem Schritt 330 übergegangen. In dem Schritt 330 wird die Marke Fs unter Annahme auf "1" gesetzt, daß die Suche nach der Zufuhrluftmenge, bei der die Fahrgeschwindigkeit SPD (k) gleich der Sollfahrgeschwindigkeit SPD* (k) mit minimalem Kraftstoffverbrauch beibehalten werden kann, begonnen wird und ein Koeffizient D kennzeichnend für die Suchrichtung, d. h. entweder die Richtung des Vermehrens der zugeführten Luftmenge oder die Richtung des Vermin derns der zugeführten Luftmenge, wird auf "1" gesetzt, während ein Zähler Cs zum Zählen der Anzahl der Durch führungen dieser Prozesse auf "0" gesetzt wird.

In einem nachfolgenden Schritt 340 wird geprüft, ob der Wert des Zählers Cs null überschritten hat oder nicht. Da unmittelbar nach dem Start der Suche Cs = 0 gilt, verz weigt der Betriebsablauf zu einem Schritt 350, um die Sollzufuhrluftmenge AR* (k) um Dx ΔAR ausgehend von dem vorhergehenden Sollwert AR* (k-1) zu verändern, d. h. zu erhöhen. In einem folgenden Schritt 360 wird der Wert des Zählers Cs um 1 inkrementiert, um die vorliegende Programmroutine über das Schleifenende NEXT zu beenden.

Nachdem die Suche gestartet worden ist, wenn diese Rou tine ausgeführt wird, ergeben die Abfragen in den Schritten 320 und 340 in beiden Fällen "ja". Der Be triebsablauf geht über zu einem Schritt 370, um zu prü fen, wie die Störungskomponenten δFR (k) in Verbindung mit der Kraftstoffeinspritzmenge FR (k) bezüglich der Gleichgewichtszustandspunkte im Vergleich mit den Stö rungskomponenten δFR (k-1) des vorhergehenden Zyklus geändert werden.

Wenn der Wert δFR(k) - δFR(k-1) kleiner als ein vor bestimmter Wert -ΔF ist, wird davon ausgegangen, daß die Kraftstoffeinspritzmenge noch weiter reduziert werden kann und der Schritt 350 und die nachfolgenden Schritte werden zur Fortführung der Suche durchgeführt. Dies ist bezeichnend für eine Situation in Fig. 5, wobei man sich von dem Punkt "b" dem Punkt "a" nähert.

Wenn andererseits der Wert δFR(k) - δFR(k-1) größer als der vorbestimmte Wert ΔF ist, wird davon ausgegangen, daß sich die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht und der Wert des Suchrichtungskoeffizienten D wird in einem Schritt 380 auf "-1" gesetzt, um die Suchrichtung umzu kehren. Dann werden die zuvor erwähnten Schritte 350 und 360 durchgeführt. Daher wird die Sollzufuhrluftmenge AR* (k) reduziert, und der Öffnungsgrad e der Drosselklappe wird ebenfalls reduziert werden. Dies entspricht einer Suche in einer Richtung von Punkt "c" zu dem Punkt "a" in Fig. 2.

Durch die Suche in Richtung Verminderung der Kraftstoff einspritzmenge wird ein Punkt gefunden, für den gilt, daß der Wert δFR(k) - δFR(k-1) innerhalb der gegebenen Abweichung ±ΔF liegt. Das ist der Punkt, der der Zufuhr luftmenge entspricht, bei der der Kraftstoffverbrauch während des Fahrens minimal wird. Dann wird davon ausge gangen, daß die Suche beendet ist, und die Marke Fs wird in einem Schritt 390 auf "0" gesetzt. In einem folgenden Schritt 400 wird die zu diesem Zeitpunkt erhaltene Soll zufuhrluftmenge AR* (k-1) mit einem Wert aus einer Ta belle ersetzt, die die Zufuhrluftmenge durch die Fahr geschwindigkeit SPD festlegt, d. h. AR (SPD) = AR* (k-1). In einem nachfolgenden Schritt 410 wird der Wert von AR* (k-1) aufgefrischt, weil die zuvor festgelegte Sollzu fuhrluftmenge AR* (k-1) auch in dem momentanen Zyklus verwendet wird. Dann wird diese Routine durch das Schleifenende NEXT beendet.

Wenn demnach ein Suchprozeß beendet ist, wird die Suche durch die Prozeßschritte von Anfang an und den Schritten 320, 330 und 340 fortgesetzt.

Durch wiederholte Ausführung der Regelungsroutine gemäß den Fig. 7 und 8 regelt die Vorrichtung zur Regelung der Fahrgeschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur die Fahrgeschwindigkeit auf die Sollfahrgeschwindigkeit, sondern bewirkt auch, daß der Kraftstoffverbrauch minimal wird, wie dies oben be schrieben ist. Hier ist das System, das das geregelte Objekt M1 regelt, ein optimaler Zustandsregler mit zu sätzlichem Integralteil (integral-added optimal regula tor), bei dem durch Reglerkoeffizienten eine optimale Rückkopplung erreicht wird, so daß die Steuerung des Drosselklappenöffnungsgrades θ und der Kraftstoffein spritzmenge FR schnell ansprechend und stabil realisiert werden, was mit den bisherigen konventionellen Techniken nicht möglich war. Folglich wird das Fahrverhalten des Fährzeugs nicht gestört und es ist damit möglich, den Kraftstoffverbrauch FR durch Veränderung des Öffnungs grades θ der Drosselklappe zu minimieren.

Da das dynamische Modell sich auch mit der Temperatur Thw der Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine 1 verändert, wird die Regelung durch Umschalten der Parameter des Beobachters und der optimalen Reglerkoeffizienten in Ab hängigkeit der Temperatur Thw der Kühlflüssigkeit durch geführt, wodurch eine stabile Regelung unabhängig von den Änderungen der Temperatur Thw der Kühlflüssigkeit ermög licht wird.

Es ist damit nun möglich, die Kraftstoffeinspritzmenge für die Brennkraftmaschine 1 zu optimieren, d. h. zu mi nimieren, da ein derartig hervorragendes Ansprechen und Stabilität zum ersten Mal realisiert worden sind. Obwohl auch bisher schon die Suche nach der minimalen Kraft stoffeinspritzmenge durch Ansteuerung der Drosselklappe durch eine Betätigungsvorrichtung mittels herkömmlicher Regelung möglich war, konnten solche Konstruktionen in der Praxis nicht eingesetzt werden, da deren Reaktion bzw. Ansprechverhalten dürftig und die Stabilität gering war.

Fig. 9 zeigt die Charakteristik der Regelung gemäß der vorliegenden Erfindung mit der tatsächlichen Fahrge schwindigkeit SPD, die der vorgegebenen Sollfahrgeschwindigkeit SPD* folgt.

Während bei der vorstehend erläuterten Ausführungsform das geregelte Objekt M1 mit der Brennkraftmaschine 1 und dem Kraftübertragungsmechanismus als ein System mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen aufgefaßt worden ist, weil die Kraftstoffeinspritzmenge FR und der Öffnungsgrad θ der Drosselklappe als Eingänge und die Zufuhrluftmenge AR und die Fahrgeschwindigkeit SPD als Ausgänge be trachtet worden sind, um den optimalen Zustandsregler mit zusätzlichem Integralteil durch Konstruktion eines dyna mischen Modells unter Verwendung von Systemidentifikation mittels dem Verfahren der kleinsten Quadrate zu bilden, ist es auch möglich, ein Modell eines Systems unter Be rücksichtigung anderer Eingänge und Ausgänge passend zu der verwendeten Brennkraftmaschine und dem Kraftübertra gungsmechanismus zu konstruieren, ohne den Kern der Er findung zu ändern bzw. ohne deren Schutzumfang zu ver lassen.

Claims

1. Vorrichtung zur Regelung der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine und einem Kraftübertragungsmechanismus als ein geregeltes Objekt (M1), mit

a) einer Detektorvorrichtung (M5) für eine Zufuhrluft menge (AR) zum Erzeugen eines Luftzufuhrsignals, das kenn zeichnend für den der Brennkraftmaschine zugeführten Luft strom ist,
b) einer Fahrgeschwindigkeitsdetektorvorrichtung (M6) zum Erzeugen eines Fahrgeschwindigkeitssignals kennzeichnend für die Fahrgeschwindigkeit (SPD) des Fahrzeugs,
c) einer Kraftstoff/Luftgemisch-Zuführvorrichtung (M11), über die Luft und Kraftstoff der Brennkraftmaschine zuge führt werden, wobei die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahr zeugs durch Einstellung des Luftstroms und/oder der der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge beeinflußt wird,
d) einer Sollgeschwindigkeitseinstellvorrichtung (M8) zur Vorgabe einer Sollgeschwindigkeit (SPD*) entsprechend dem augenblicklichen Fahrgeschwindigkeitssignal, wenn die Vorrichtung zur Regelung der Fahrgeschwindigkeit aktiviert wird, gekennzeichnet durch
e) eine Sollwerteinstellvorrichtung (M9) für eine Sollzu fuhrluftmenge (AR*) zum Einstellen einer Luftzufuhr entspre chend einem minimalen Kraftstoffverbrauch, der es ermög licht, daß eine konstante Fahrgeschwindigkeit auf der Basis eines Korrelationsmusters zwischen der Kraftstoffmenge und der Luftzufuhr, das entsprechend der Sollgeschwindigkeit (SPD*) voreingestellt wird, beibehalten wird, und
f) einen optimalen Zustandsregler (M10) mit zusätzli chem Integralteil (integral-added optimal regulator) zum Bestimmen von einem Rückkopplungsbetrag/mehreren Rückkopp lungsbeträgen (δFR, δθ) einer Regelgröße/von Regelgrößen der Kraftstoff/Luftgemisch-Zuführvorrichtung (M11) aufgrund der Sollzufuhrluftmenge (AR*), der eingestellten Sollgeschwin digkeit (SPD*), der erfaßten Zufuhrluftmenge (AR) und der er faßten Fahrgeschwindigkeit (SPD) des geregelten Objektes (M1), wobei der optimale Zustandsregler (M10) mit zusätzli chem Integralteil eines oder mehrere Regelsignale (FR, θ) auf der Basis des bestimmten Rückkopplungsbetrags/der bestimmten Rückkopplungsbeträge (δFR, δθ) an die Kraft stoff/Luftgemisch-Zuführvorrichtung (M11) ausgibt und da durch die Fahrgeschwindigkeit (SPD) auf der durch die Soll geschwindigkeitseinstellvorrichtung (M8) vorgegebenen Soll geschwindigkeit (SPD*) konstant hält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optimale Zustandsregler (M10) mit zusätzlichem In tegralteil
einen ersten Intregator (P3; Schritt 140 von Fig. 7) zum Herleiten eines ersten akkumulierten Wertes (ZSPD) von Unterschieden zwi schen der Sollgeschwindigkeit (SPD*) und der erfaßten Fahr geschwindigkeit (SPD);
einen zweiten Integrator (P4; Schritt 140 von Fig. 7) zum Herleiten eines zweiten akkumulierten Wertes (ZAR) von Unterschieden zwischen der Sollzufuhrluftmenge (AR*) und der erfaßten Zufuhrluft menge (AR);
eine Beobachtungseinrichtung (P6; Schritt 180 von Fig. 7) zum Herleiten von abgeschätzten Werten (), welche den inneren Zustand des geregelten Objektes (M1) darstellen, auf der Grundlage von Rückkopplungsbeträgen (δθ, δFR, δAR, δSPD) von Arbeits punkten (θa, FRa, ARa, SPDa) eines Drosselklappenöffnungsgra des (θ), eines Kraftstoffzufuhrbetrags (FR), der Zufuhr luftmenge (AR) und der Fahrgeschwindigkeit (SPD) des Fahrzeuges und von Parametern (b11, b12, I11, I12, . . . , I42 beim Schritt 180 von Fig. 7) und von Differenzgleichungen (Schritt 180 von Fig. 7), welche in Übereinstimmung mit einem dynamischen Modell des geregelten Objektes (M1) vorbestimmt sind, zum Abschätzen des inneren Zustands des geregelten Objektes (M1); und
eine Rückkopplungsbetragsbestimmungseinrichtung (P7) zum Herleiten des Rückkopplungsbetrag (δθ) für den Drosselklappenöffnungsgrad (θ) und des Rückkopplungsbetrages (δFR) für den Kraftstoffzufuhrbetrag (FR) auf der Grundlage eines inneren Produktes (Schritt 190 von Fig. 7) des ersten akkumulierten Wertes (ZSPD), des zweiten akkumulierten Wertes (ZAR), der abgeschätzten Werte () und von Rückkopplungsverstärkungen (f11, f12, f13, f14, . . . f26 beim Schritt 190 von Fig. 7), welche in Übereinstimmung mit dem dynamischen Modell des geregelten Objektes (M1) vorbe stimmt sind,
enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kraftstoff/Luftgemisch-Zuführvorrichtung (M11) folgendes aufweist:

a) eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzdüsen (M2), die in einem Einlaß der Brennkraftmaschine angeordnet sind und die auf Steuersignale ansprechen, um Kraftstoff so zuzufüh ren, daß die Kraftstoffzufuhr dadurch geregelt ist,
b) eine in dem Einlaß angeordneten Drosselklappe (M3), und
c) eine Drosselklappenbetätigungsvorrichtung (M4) zum Einstellen des Drosselklappenöffnungsgrads (θ) der Drosselklappe (M2) ent sprechend einem Steuersignal.