DE3924922A1 - Zugkraftsteuerung fuer fahrzeuge - Google Patents
Zugkraftsteuerung fuer fahrzeugeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zugkraftsteuerung, und
insbesondere auf eine Zugkraftsteuerung für Fahrzeuge, bei
denen der Schlupf der Antriebsräder erfaßt und die Motorleistung
so gedrosselt wird, daß der Schlupf der Antriebsräder
unterdrückt wird.
Wird ein Fahrzeug angelassen oder ist es bereits in Fahrt und
wird rasch auf das Gaspedal getreten, kommt es zu einem
Schlupf der Antriebsräder. Der Schlupf macht sich in der Form
bemerkbar, daß unmittelbar nach dem raschen Durchtreten des
Gaspedals die Leistung des Motors erhöht wird, wodurch an den
Antriebsrädern ein Antriebsdrehmoment entsteht, das die übertragbare
Kraft überschreitet, wie sie durch den Reibungskoeffizienten
zwischen den Antriebsrädern und der Fahrbahnoberfläche
vorgegeben ist. Auf diese Weise wird beim Auftreten
eines Schlupfes an den Antriebsrädern die Stabilität im Fahrverhalten
beeinträchtigt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Zugkraftsteuerung
für Fahrzeuge zu entwickeln, mit deren Hilfe sich
das Auftreten einer Schlupfwirkung an den Antriebsrädern beim
Anfahren oder Beschleunigen eines Fahrzeugs verhindern läßt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Zugkraftsteuerung
gelöst, die folgende Einrichtungen aufweist:
- - einen Raddrehzahlgeber für die Antriebsräder, der die Umlaufgeschwindigkeit eines Antriebsrades eines Fahrzeugs erfaßt;
- - einen Fahrgeschwindigkeitsgeber zur Erfassung der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs;
- - einen Schlupfwertgeber zur Erfassung eines Schlupfs der Antriebsräder anhand der Differenz zwischen einem Ausgangssignal des Raddrehzahlgebers und einem Ausgangssignal des Fahrgeschwindigkeitsgebers;
- - einen Einstellkreis zur Einstellung eines Sollausgangsdrehmoments eines Motors des Fahrzeugs anhand eines Ausgangssignals des Schlupfwertgebers;
- - einen Einstellkreis zur Einstellung einer Sollansaugluftmenge bezogen auf eine vorgegebene Anzahl von Umdrehungen des Motors entsprechend dem Solldrehmoment, das der Einstellkreis zur Einstellung eines Sollausgangsdrehmoments vorgibt;
- - ein Drosselventil zum Einstellen der in den Motor angesaugten Luftmenge;
- - einen Motordrehzahlgeber zur Erfassung der Drehzahl des Motors;
- - einen Ansaugluft-Strömungsmesser zur Erfassung der tatsächlich in den Motor angesaugten Ansaugluftmenge bezogen auf die vorgegebene Anzahl von Umdrehungen des Motors;
- - einen Einstellkreis zum Einstellen eines Korrekturfaktors für den Drosselöffnungswinkel der Drosselklappe anhand der Differenz zwischen der Sollansaugluftmenge, die vom Einstellkreis vorgegeben ist, und der tatsächlich in den Motor angesaugten Ansaugluftmenge, die von dem Ansaugluft-Strömungsmesser vorgegeben ist;
- - einen Einstellkreis zur Einstellung des Sollöffnungswinkels der Drosselklappe entsprechend dem Korrekturfaktor für den Drosselöffnungswinkel, den der Einstellkreis vorgibt;
- - und eine Drosselklappen-Antriebseinrichtung zum Öffnen/ Schließen der Drosselklappe entsprechend dem Sollöffnungswinkel, den der entsprechende Einstellkreis vorgibt.
Erfindungsgemäß wird zu jedem Regelzyklus-Zeitpunkt t auf
der Grundlage einer Differenz zwischen einer Sollansaugluftmenge
pro vorgegebener Anzahl von Motorumdrehungen und der
tatsächlich gemessenen Ansaugluftmenge pro Umdrehung des Motors
der Öffnungswinkel einer Drosselklappe korrigiert, wodurch
sich die folgenden Auswirkungen ergeben.
- 1. Bei einem Motor mit Turbolader bzw. Lader, der auf der Anströmseite einer Drosselklappe druckbeaufschlagt wird, läßt sich die Motorleistung in angemessener Form regeln.
- 2. Bei einer Vorrichtung zur Veränderung der Motorleistung durch eine Regelung der Ansaugluft auf andere Weise als über eine Drosselklappe, z. B. durch eine zeitliche Regelung eines veränderlichen Ventils, läßt sich die Motorleistung in entsprechender Form regeln.
- 3. Bei einer Vorrichtung zur Regelung der Motorleistung mit Hilfe einer Vielzahl von Drosselklappen darunter einer Drosselklappe, die mit dem Gaspedal gekoppelt ist und einer Drosselklappe, die der ersten nachgeschaltet und nicht mit dem Gaspedal gekoppelt ist, läßt sich ebenfalls die Motorleistung in angemessener Weise regeln.
Nachstehend wird nun die Erfindung anhand einiger bevorzugter
Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung näher beschrieben und erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild mit einer Gesamtdarstellung eines
ersten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen
Zugkraftreglers;
Fig. 2A und 2B jeweils Blockschaltbilder, aus denen sich die
Funktionsgruppen der Steuerung aus Fig. 1 entnehmen
lassen;
Fig. 3 eine Graphik, die die Beziehung zwischen einem Öffnungswinkel-
Korrekturwert R ti und der Winkelgeschwindigkeit
ω des Motors bei seiner Umdrehung veranschaulicht;
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs
des ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung;
Fig. 5 eine Graphik, die die Beziehung zwischen einer Ansaugluftmenge
und einem Motorausgangsdrehmoment veranschaulicht,
wenn die Motordrehzahl Ne als Parameter
eingesetzt wird;
Fig. 6 eine Graphik, die die Beziehung zwischen den Regelverstärkungsfaktoren
KP, KI und KD, sowie der Motordrehzahl
Ne veranschaulicht;
Fig. 7 eine Graphik, die die Beziehung zwischen der Ansaugluftmenge
A/N pro Motorspiel und dem Drosselöffnungswinkel
R veranschaulicht, wenn die Motordrehzahl Ne
als Parameter eingesetzt wird;
Fig. 8 ein Blockschaltbild mit der Darstellung einer veränderten
Ausführungsform eines R-Einstellkreises;
Fig. 9 eine Graphik, die die Beziehung zwischen dem Drosselöffnungswinkel
R und einem Korrekturkoeffizienten K α
veranschaulicht;
Fig. 10 ein Blockschaltbild, das eine weitere veränderte Ausführungsform
eines R-Einstellkreises zeigt;
Fig. 11 ein Blockschaltbild mit der Gesamtdarstellung eines
zweiten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen
Zugkraftreglers;
Fig. 12A und 12B jeweils Blockschaltbilder, aus denen sich
die Funktionsgruppen einer Steuerung aus Fig. 11 entnehmen
lassen;
Fig. 13 ein Blockschaltbild mit der Darstellung einer weiteren
Ausführungsform des Zugkraftreglers in der ersten
und in der zweiten Ausführungsform.
Ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zugkraftreglers
ist in einer Übersicht in Fig. 1 dargestellt,
wobei für dieses Ausführungsbeispiel ein Fahrzeug mit Vorderradantrieb
herangezogen wurde. Unter dem Bezugszeichen 11 ist
ein Luftreiniger angegeben, der mit einem Ende einer Ansaugleitung
13 verbunden ist, über die in den Motor 12 Luft angesaugt
wird. Im Motor 12 bezeichnen die Bezugszeichen 14 ein
Einlaßventil, 15 ein Auslaßventil und 16 einen Verbrennungsraum.
In der Ansaugleitung 13 ist eine Drosselklappe 18 angeordnet,
deren Öffnungswinkel mit Hilfe eines Motors 17 eingestellt
werden kann, wobei dieser Motor beispielsweise einen Schrittmotor
umfaßt.
Im Luftreiniger 11 ist ein Luftströmungsmesser 19 in der Art
eines Kármán-Wirbelströmungselements vorgesehen. Der Luftströmungsmesser
19 erfaßt in einer Zeiteinheit (z. B. innerhalb
einer Sekunde) die Ansaugluftmenge Qa, die in den Motor
12 angesaugt wird. Mit dem Bezugszeichen 20 ist ein Öffnungswinkelmesser
20 angegeben, der den Öffnungswinkel der Drosselklappe
18 erfaßt, nämlich den Drosselöffnungswinkel R. Der
Öffnungswinkelmesser 20 ist beispielsweise mit einem Potentiometer
ausgerüstet. Die Ausgänge des Luftströmungsmessers
19 und des Öffnungswinkelmessers 20 sind mit einer Steuerung
21 verbunden, die den Zugkraftregler so regelt, daß ein
Schlupf der Antriebsräder verhindert wird.
Die Steuerung 21 weist beispielsweise einen Mikrocomputer
auf, sowie einen Speicher, ein Rechenwerk, ein Register, und
dergleichen.
Das Bezugszeichen 22 markiert einen Raddrehzahlgeber, der die
Umlaufgeschwindigkeit VF der Antriebsräder eines Fahrzeugs
erfaßt, während 23 einem Raddrehzahlgeber zur Erfassung der
Umlaufgeschwindigkeit VR der angetriebenen Räder des Fahrzeugs
entspricht, und 24 den Motordrehzahlgeber zur Erfassung
der Drehzahl Ne des Motors 12 darstellt. Die Ausgänge der
Raddrehzahlgeber 22 und 23 sowie des Drehzahlgebers 24 sind
mit der Steuerung 21 verbunden. Der Ausgang der Steuerung 21
ist seinerseits mit einer Motorantriebsschaltung 25 über eine
Steuerleitung a verbunden. Wichtig dabei ist, daß die Motorantriebsschaltung
25 mit dem Ausgang des Öffnungswinkelmessers
20 verbunden ist, während der Ausgang der Motorantriebsschaltung
25 mit dem Stellmotor 17 verbunden ist.
Die genauen Einzelheiten zur Auslegung der Steuerung 21 aus
Fig. 1 werden nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2A und 2B
erläutert. Der Ausgang des Raddrehzahlgebers 23 ist mit einem
Bezugdrehmomentrechner 31 und einem Schlupfwertrechner 32
verbunden. Der Raddrehzahlgeber 22 dagegen ist nur mit dem
Schlupfwertrechner 32 verbunden. Der Solldrehmomentrechner
errechnet einen Bezugswert für das Drehmoment Tg, das auf die
Fahrbahn übertragbar ist, und zwar anhand eines Fahrzeugbeschleunigungssignals
GB, das aus dem Drehzahlsignal VR für
die angetriebenen Räder erhalten wird. Das Bezugsdrehmoment
Tg wird folgendermaßen errechnet:
Tg = GB × W × Re
wobei W das Fahrzeuggewicht und Re der Radius eines Rades
ist.
Der Schlupfwertrechner 32 errechnet nun anhand der Drehzahl
VF für die Antriebsräder und anhand der Drehzahl VR für die
angetriebenen Räder einen Schlupfwert DV (= VF - VR). Der
Schlupfwertrechner 32 ist seinerseits mit einem Rechner 33
zur Berechnung eines Korrekturfaktors für das Drehmoment verbunden,
in welchem ein Proportionalwert und ein Integralwert,
die dem Schlupfwert DV entsprechen, in geeigneter Weise so
miteinander verknüpft werden, daß ein Korrekturwert Ta für
das Drehmoment errechnet wird.
Der Bezugs-Drehmomentrechner 31 ist mit dem "+"-Anschluß eines
Subtrahierkreises 34 verbunden, während der Korrektur-
Drehmomentrechner 33 mit dem "-"-Anschluß desselben Subtrahierkreises
verbunden ist. Im Subtrahierwerk 34 wird das Korrektur-
Drehmoment Ta vom Bezugsdrehmoment Tg subtrahiert,
woraus sich ein Sollausgangs-Drehmoment T ϕ für die Antriebswelle
ergibt.
Der Subtrahierkreis 34 ist mit einem Solldrehmomentrechner 35
verbunden, der den Sollwert des Drehmoments des Motors berechnet.
Dieser Solldrehmomentrechner 35 dividiert das Sollausgangsdrehmoment
T ϕ für die Antriebswelle durch das Übersetzungsverhältnis
eines Getriebes, oder dergleichen, und errechnet
daraus als Motorleistung das Solldrehmoment Te für
den Motor. Der Solldrehmomentrechner 35 ist mit einem Soll-
Ansaugluftrechner 36 verbunden, welcher eine Ansaugluftmenge
A/Nt errechnet, bezogen auf eine vorgegebene Anzahl von Motorumdrehungen,
die zur Erzeugung des Solldrehmoments Te pro
Motorspiel erforderlich ist. Der Sollansaugluftrechner 36 ist
mit dem "+"-Anschluß eines Subtrahierkreises 37 verbunden.
Da ein Arbeitsspiel einem Betriebszyklus eines Zylinders im
Motor entspricht, in dem dieser den Ansaug-, Verdichtungs-,
Arbeits- und Ausschubtakt vollständig durchläuft, ist unter
der Ansaugluftmenge pro Arbeitsspiel des Motors eine Luftmenge
zu verstehen, die in den Motor 12 angesaugt wird, bis ein
Arbeitsspiel vollständig abgelaufen ist. Aus diesem Grunde
bedeutet bei einem Viertaktmotor, bei dem der Motor bis zum
Abschluß eines Arbeitsspiels zweimal umläuft, eine Ansaugluftmenge
pro Motorspiel eine Luftmenge, die nach jeweils
zwei Motorumdrehungen in den Motor 12 angesaugt wurde.
Die Ansaugluftmenge Qa pro Zeiteinheit, die der Luftströmungsmesser
19 erfaßt, und die vom Motordrehzahlgeber 24 erfaßte
Motordrehzahl Ne werden einem Multiplikatorkreis 38 zugeführt,
in welchem die Ansaugluftmenge Qa pro Zeiteinheit
mit "120/Ne" multipliziert wird, wobei das so gebildete Produkt
der Ansaugluftmenge A/Nr pro Arbeitsspiel des Motors
durch tatsächliche Messung ermittelt wird.
Die Bedeutung des im Multiplikatorkreis 38 multiplizierten
Wertes "120/Ne" wird nachstehend erläutert. Da die Ansaugluftmenge
Qa, die der Luftströmungsmesser 19 erfaßt, einer
Ansaugluftmenge pro Sekunde entspricht, wird sie mit 60 multipliziert,
so daß sich die Ansaugluftmenge (60 Qa) pro Minute
ergibt. Da, wie bereits vorstehend erläutert wurde, zwei Motorumdrehungen
einem Arbeitsspiel entsprechen, ist die Anzahl
von Betriebszyklen des Motors, der pro Minute Ne-mal umläuft,
Ne/2. Aus diesem Grunde entspricht die Ansaugluftmenge pro
Motorspiel 600 Qa/(Ne/2), d. h. dem Produkt aus (120/Ne) und
der Ansaugluftmenge Qa. Die Ansaugluftmenge A/Nr wird dem
"-"-Anschluß des Subtrahierkreises 37 zugeführt, der seinerseits
nun eine Ansaugluftmengen-Differenz A/N = A/Nt - A/Nr
berechnet.
Die Ansaugluftmengen-Differenz A/N wird einem R-Einstellkreis
39 zugeführt, der einen Öffnungswinkel-Korrekturwert
R ti für die Drosselklappe 18 errechnet, der zur Aufhebung
der Ansaugluftmengen-Differenz A/N durch PID-Regelung benötigt
wird. Genauer gesagt, wird die Ansaugluftmengen-Differenz
A/N einem PID-Regler 391 im R-Einstellkreis 39 zugeführt,
der dann den Öffnungswinkel-Korrekturwert R ti für die
Drosselklappe 18 berechnet, der zur Aufhebung der Ansaugluftmengendifferenz
A/N bei jedem vorgegebenen Zeitpunkt t im
Regelzyklus benötigt wird. Der PID-Regler 391 ist mit einem
Veränderungskreis 392 für die Regelverstärkung verbunden, der
die Regelverstärkungsfaktoren KP, KI und KD ermittelt, die
zur PID-Regelung im PID-Regler 391 benötigt werden, und zwar
auf der Grundlage der Ansaugluftmenge A/N, worauf dieser
Wert an den PID-Regler 391 übermittelt wird. Der Veränderungskreis
392 für den Regelverstärkungsfaktor ist mit einer
Funktionsgraphik 393 verbunden (vgl. Fig. 6), in der die Werte
Ne-KP, KI, KD erfaßt sind, während er vom Motordrehzahlgeber
24 das Ausgangssignal, nämlich die Motordrehzahl Ne, empfängt.
Der Ausgang des R-Einstellkreises 39 ist mit einem R t-Einstellkreis
40 verbunden, der einen Sollwert für den Drosselöffnungswinkel
R t für die Drosselklappe 18 vorgibt. Einem
"+"-Anschluß eines Addierwerks 401 im R t-Einstellkreis 40
wird ein Öffnungskorrekturwert R ti zugeführt, während über
den anderen "+"-Anschluß des Addierwerks 401 ein Bezugsöffnungswinkel
R 0 von einem R 0-Einstellkreis 402 zugeleitet
wird, wobei dieser Bezugswert R 0 einem als Bezugswert dienenden
Öffnungswinkel entspricht, der eingesetzt wird, wenn die
Drosselklappe 18 mit dem Öffnungskorrekturwert R ti betrieben
wird. Der R 0-Einstellkreis 402 ist aus einer R-A/N-Funktionsgrafik
403 aufgebaut, in der die Beziehung zwischen dem Öffnungswinkel
R der Drosselklappe 18 und der Ansaugluftmenge A/
N pro Arbeitsspiel des Motors 12 dargestellt ist, wobei die
Motordrehzahl Ne als Parameter dient, wie Fig. 7 dies veranschaulicht,
sowie aus einem R 0-Rechner 404, dem die Soll-Ansaugluftmenge
A/Nt pro Motorspiel, den der Soll-Ansaugluftmengenrechner
36 vorgibt, und die vom Drehzahlgeber 24 erfaßte
Motordrehzahl Ne zugeleitet werden, während er einen entsprechenden
Drosselöffnungswinkel anhand der Funktionsgrafik
403 auf der Grundlage der Sollansaugluftmenge A/Nt und der
Motordrehzahl Ne als Bezugs-Öffnungswinkel R 0 abgibt.
Der Ausgang der Steuerung 21 ist an die Motorantriebsschaltung
25 über die Steuerleitung a geführt. In der Motorantriebsschaltung
25 ist ein Satz Funkionskurven mit einem
Grenzwert für die Winkelgeschwindigkeit des Stellmotors 17
gespeichert, und zwar bezogen auf den Öffnungswinkel-Korrekturwert
R ti (vgl. Fig. 3), während diese Schaltung entsprechend
diesem Öffnungswinkel-Korrekturwert R ti einen Betrag
für den Antrieb und einen Wert für die Antriebsgeschwindigkeit
des Stellmotors 17 festlegt. Der Ausgang der Motorantriebsschaltung
25 ist mit dem Stellmotor 17 verbunden, wobei
diese Antriebsschaltung den Motor so regelt, daß der Öffnungswinkel
der Drosselklappe 18 gleich dem Soll-Drosselöffnungswinkel
R t (= R 0 + R ) ist.
Nachstehend wird nun unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm
in Fig. 4 die Funktionsweise dieses ersten erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispieles erläutert, dessen Aufbau vorstehend
dargestellt wurde. Die vom Raddrehzahlgeber 22 erfaßte Drehzahl
VF des Antriebsrades und die vom Raddrehzahlgeber 23 erfaßte
Drehzahl VR des angetriebenen Rades werden dem Schlupfwertrechner
32 zugeleitet, wo der Schlupfwert DV (= VF - VR)
für die Antriebsräder berechnet wird. Die vom Raddrehzahlgeber
23 erfaßte Umlaufgeschwindigkeit VR der angetriebenen Räder
geht auch an den Bezugsdrehmomentrechner 31, wo ein Differentialwert
für die Drehzahl VR der angetriebenen Räder,
d. h. die Fahrzeugbeschleunigung GB, ermittelt wird. Das Bezugsdrehmoment
Tg (= GB × W × Re), das auf die Fahrbahn übertragen
werden kann, wird anhand der Fahrzeugbeschleunigung GB
berechnet. Der Schlupfwert DV, den der Schlupfwertrechner 32
ermittelt, wird dem Korrektur-Drehmomentrechner 33 zugeleitet,
wo die dem Schlupfwert DV entsprechenden Proportionalwerte
und Integralwerte in geeigneter Weise so miteinander
verknüpft werden, daß sich das Korrektur-Drehmoment Ta ergibt.
Das Korrektur-Drehmoment Ta entspricht einem Drehmomentwert,
der zur Ausschaltung des Schlupfwertes DV verringert
werden muß. Ist der Korrektur-Drehmomentwert Ta hoch,
deutet dies aus das Vorliegen eines beträchtlichen Schlupfs
hin. Anschließend wird im Subtrahierkreis 34 der Korrektur-
Drehmomentwert Ta vom Bezugsdrehmoment Tg subtrahiert, so daß
sich ein Solldrehmoment T ϕ ergibt, das dem Vorgabewert für
das Drehmoment an der Antriebsachse entspricht (Arbeitsschritt
S 0). Genauer gesagt bedeutet dies, daß bei hohem Wert
des Korrektur-Drehmoments Ta der Schlupf an den Antriebsrädern
erheblich ist, so daß ein kleines Solldrehmoment T ϕ errechnet
wird.
Das Solldrehmoment T ϕ wird dem Solldrehmomentrechner 35 zugeleitet,
der das Solldrehmoment Te für den Motor berechnet,
bei dem sich das Solldrehmoment T ϕ ergibt (Arbeitsschritt
S 1). Das Solldrehmoment Te des Motors geht dem Soll-Ansaugluftrechner
36 zu, der auf die in Fig. 5 dargestellte Funktionsgrafik
Bezug nimmt, um die Soll-Ansaugluftmenge A/Nt pro
Motorspiel zu berechnen, bei der sich das Solldrehmoment Te
für den Motor ergibt (Arbeitsschritt S 2). Die Ansaugluftmenge
Qa pro Zeiteinheit, die der Luftströmungsmesser 19 erfaßt,
wird im Multiplikatorkreis 38 mit 120/Ne multipliziert, woraus
sich die augenblickliche Luftansaugmenge A/Nr pro Motorspiel
ergibt (Arbeitsschrit S 3). Der Subtrahierkreis 37 errechnet
dann die Luftmengendifferenz A/N zwischen der Soll-
Ansaugluftmenge A/Nt pro Motorspiel und der augenblicklichen
Luftansaugmenge A/Nr pro Motorspiel. Mit anderen Worten wird
die Luftmengendifferenz pro Arbeitsspiel des Motors, A/
N = A/Nt - A/Nr, berechnet (Arbeitsschritt S 4).
Dieser Differenzwert A/N wird dem PID-Regler 391 im R-Einstellkreis
39 zugeleitet, während der Öffnungs-Korrekturwert
R ti für die Drosselklappe 18 berechnet wird, der zur Aufhebung
der Differenz A/N erforderlich ist (Arbeitsschritt S 6).
Der Öffnungswinkel-Korrekturwert R ti wird zu jedem vorgegebenen
Zeitpunkt t im Regelzyklus nach der folgenden Gleichung
berechnet:
R ti = KP(Ne) A/Ni + KI(Ne)S /Ni + KD(Ne)[ANi - A/N(i - 1)]
wobei R ti den Korrekturwert für den Drosselöffnungswinkel im
gerade laufenden Regelzyklus i darstellt,
S A/Ni = S A/N(i - 1) + A/Ni,
A/Ni der Luftmengendifferenz A/N im gerade laufenden Regelzyklus
i ist,
A/N(i - 1) der Luftmengendifferenz A/N im unmittelbar vorausgegangenen Regelzyklus i - 1 ist,
S A/Ni der Summe der Luftmengendifferenzwerte A/N bis zum gerade laufenden Regelzyklus i entspricht,
S A/N(i - 1) der Summe der Luftmengendifferenzen A/N bis zum unmittelbar vorausgegangenen Regelzyklus i - 1 entspricht, und KP, KI und KD jeweils den Proportionalwert, Integralwert und Differentialwert des Verstärkungsfaktors darstellen, den der Veränderungskreis 392 für den Regelverstärkungsfaktor vor Ausführung der Berechnung im Arbeitsschritt S 6 vorgibt, und von der Funktionsgraphik 393 für Ne-KP, KI, KD ausgelesen werden, die entsprechend der Motordrehzahl Ne erstellt wird (vgl. Fig. 6, Arbeitsschritt S 5).
A/N(i - 1) der Luftmengendifferenz A/N im unmittelbar vorausgegangenen Regelzyklus i - 1 ist,
S A/Ni der Summe der Luftmengendifferenzwerte A/N bis zum gerade laufenden Regelzyklus i entspricht,
S A/N(i - 1) der Summe der Luftmengendifferenzen A/N bis zum unmittelbar vorausgegangenen Regelzyklus i - 1 entspricht, und KP, KI und KD jeweils den Proportionalwert, Integralwert und Differentialwert des Verstärkungsfaktors darstellen, den der Veränderungskreis 392 für den Regelverstärkungsfaktor vor Ausführung der Berechnung im Arbeitsschritt S 6 vorgibt, und von der Funktionsgraphik 393 für Ne-KP, KI, KD ausgelesen werden, die entsprechend der Motordrehzahl Ne erstellt wird (vgl. Fig. 6, Arbeitsschritt S 5).
Im PID-Regler 391 wird der Öffnungs-Korrekturwert R ti aus
der Luftmengendifferenz A/N berechnet. Gemäß Fig. 6 werden
mit steigender Motordrehzahl Ne auch der Proportional-, Integral-
und Differentialwert KP, KI und KD des Verstärkungsfaktors
entsprechend erhöht. Je weiter die Motordrehzahl Ne
steigt, desto kleiner ist die Veränderung in der Luftmenge,
die pro Arbeitsspiel des Motors nach einer Veränderung des
Drosselöffnungswinkels R angesaugt wird. Aus diesem Grund
wird bei steigender Motordrehzahl Ne der Proportional-, Integral-
und Differentialwert KP, KI und KD des Verstärkungsfaktors
ebenfalls erhöht, wodurch sich die Präzision des Korrekturwerts
R ti für den Öffnungswinkel noch verbessern läßt.
Der Öffnungskorrekturwert R ti wird dem R t-Einstellkreis 40
zugeführt, in welchem die R 0-Einstellschaltung 402 auf die
Funktionsgrafik nach Fig. 7 Bezug nimmt, um den Bezugsöffnungswinkel
R 0 zu berechnen, bei dem sich im allgemeinen die
Soll-Ansaugluftmenge A/Nt pro Motorspiel erreichen läßt (Arbeitsschritt
S 7). Der Öffnungskorrekturbetrag R ti wird in
der Addierschaltung 401 zum Bezugsöffnungswinkel R 0 addiert,
woraus sich der Soll-Öffnungswinkel R t für die Drosselklappe
18 ergibt (Arbeitsschritt S 9). Der Sollöffnungswinkel R t wird
der Motorantriebsschaltung 25 zugeleitet, die die Umdrehung
des Stellmotors 17 so regelt, daß der vom Öffnungswinkelmesser
20 erfaßte Drosselöffnungswert den Sollwert R t für den
Drosselöffnungswinkel erreicht (Arbeitsschritt S 9). Wird die
Drosselklappe 18 schräg gestellt, begrenzt die Motorantriebsschaltung
25 die Winkelgeschwindigkeit, mit der der Stellmotor
17 umläuft, entsprechend dem Öffnungskorrekturwert R ti
(vgl. Fig. 3).
Fällt somit der Öffnungskorrekturwert R ti in einen vorgegebenen
Bereich, wird die Winkelgeschwindigkeit proportional
zum Öffnungskorrekturwert R ti definiert. Geht nun der Öffnungskorrekturwert
R ti nach Null, läuft die Veränderung des
Öffnungswinkels der Drosselklappe 18 langsam ab, wird der
Öffnungswinkel der Drosselklappe 18 entsprechend dem Öffnungskorrekturwert
R ti, der auf die Ansaugluftmengendifferenz
A/N bezogen ist, vergrößert bzw. verkleinert, und läuft
die Veränderung im Motordrehmoment gleichmäßig ab. Überschreitet
der Öffnungskorrekturwert R ti den vorgegebenen Bereich,
wird die Winkelgeschwindigkeit ω auf einen vorgegebenen
Wert begrenzt, wodurch verhindert wird, daß sich das Motordrehmoment
nach einer raschen Veränderung des Drosselöffnungswinkels
ebenfalls rasch verändert. Die Ansaugluft, deren
Strömungsmenge durch die Drosselklappe 18 geregelt wird, wird
mit dem aus einem (nicht dargestellten) Einspritzventil vor
dem Einlaßventil 14 eingespritzten Kraftstoff vermischt, worauf
das Gemisch in den Verbrennungsraum 16 einströmt. Dementsprechend
wird ein Drehmoment entsprechend dem Solldrehmomentswert
Tt abgegeben. Gemäß der vorstehenden Beschreibung
ist der Funktionsablauf zum Nachstellen der Drosselklappe 18
abgeschlossen, wenn das Ausgangssignal aus der Subtrahierschaltung
37 den Wert "0" hat, d. h. wenn die Ansaugluftmengendifferenz
A/N gleich Null ist.
Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform des R-Einstellkreises
39. Hierbei wird, wie Fig. 8 zeigt, die Ansaugluftmengendifferenz
A/N, d. h. das Ausgangssignal aus dem Subtrahierkreis
37, dem PID-Regler 391 zugeleitet, der mit dem Veränderungskreis
392 zur Veränderung der Regelungsverstärkung verbunden
ist. Dieser Veränderungskreis ist mit der Ne-KP, KI,
KD-Funktionsgrafik verbunden, die auf die Motordrehzahl Ne
bezogen ist, wie Fig. 6 sie zeigt, und außerdem mit einer
R-K α-Funktionsgrafik 394, die auf den Drosselöffnungswinkel R
bezogen ist (vgl. Fig. 9). Die Schaltung 392 empfängt die Motordrehzahl
Ne vom Motordrehzahlgeber 24 sowie den Drosselöffnungswinkel
R, den der Öffnungswinkelmesser 20 erfaßt.
Insbesondere nimmt die Veränderungsschaltung 392 für die Regelungsverstärkung
auf die Funktionsbeziehung gemäß Fig. 6 bei
der Berechnung von KP′, KI′ und KD′ als proportionalen, integralen
und differentialen Wert des Verstärkungsfaktors entsprechend
der Motordrehzahl Ne Bezug. Des weiteren nimmt die
Veränderungsschaltung 392 auf die Funktionsgrafik gemäß Fig. 9
bei der Berechnung eines Korrekturkoeffizienten K α Bezug, der
dem Drosselöffnungswinkel R entspricht. Der Proportional-,
Integral- und Differentialwert KP′, KI′ und KD′ des Verstärkungsfaktors
wird jeweils mit dem Korrekturkoeffizienten K α
multipliziert, woraus dann der Proportional-, Integral- und
Differentialwert KP, KI und KD des Verstärkungsfaktors ermittelt
wird. Diese Verstärkungsfaktoren werden an den PID-Regler
übermittelt. Insbesondere wird der Proportional-, Integral-
und Differentialwert KP, KI und KD des Verstärkungsfaktors
so eingestellt, daß sie bei steigender Motordrehzahl und
bei Zunahme des Drosselöffnungswinkels R ebenfalls ansteigen.
Der Korrekturkoeffizient K α wird so eingestellt, daß er umso
höher ist, je größer der Drosselöffnungswinkel R ist, wie
Fig. 9 zeigt. Es wird so eingestellt, da eine Veränderung der
Ansaugluftmenge pro Motorspiel nach einer Veränderung des
Drosselöffnungswinkels R umso kleiner ist, je größer der
Drosselöffnungswinkel R ist. Aus diesem Grund werden bei zunehmendem
Drosselöffnungswinkel R die Proportional-, Integral-
und Differentialwerte KP, KI und KD des Verstärkungsfaktors
ebenfalls erhöht, wodurch sich seinerseits der Öffnungskorrekturwert
R ti erhöht, so daß sich eine Veränderung
der benötigten Ansaugluftmenge immer mit hoher Präzision herbeiführen
läßt. Da der Proportional-, Integral- und Differentialwert
KP, KI und KD des Verstärkungsfaktors bei diesem
geänderten Ausführungsbeispiel insbesondere entsprechend der
Motordrehzahl Ne und dem Drosselöffnungswinkel R in eigene
Werte umgesetzt werden, läßt sich eine optimale PID-Regelung
auch dann noch durchführen, wenn die Motordrehzahl Ne und der
Drosselöffnungswinkel R verändert werden. Hierbei ist von Bedeutung,
daß der Korrekturkoeffizient K α mit dem Proportional-,
Integral- und Differentialwert KP′, KI′ und KD′ des
Verstärkungsfaktors erst multipliziert wird, um die Verstärkungsfaktoren
KP, KI und KD zu liefern.
Fig. 10 zeigt eine weitere geänderte Ausführungsform des
R-Einstellkreises 39. Die Ansaugluftmengendifferenz A/N,
die das Ausgangssignal aus dem Subtrahierkreis 37 darstellt,
wird dem PID-Regler 391 nach Fig. 10 zugeführt. Der PID-Regler
391 ist mit der Veränderungsschaltung 392 zur Veränderung
der Regelungsverstärkung verbunden, die aus einer R-A/N-Funktionsgrafik
395 aufgebaut ist, die die Beziehung zwischen dem
Öffnungswinkel R der Drosselklappe 18 und der Ansaugluftmenge
A/N pro Motorspiel darstellt, wobei die Motordrehzahl als Parameter
herangezogen wird, wie Fig. 7 zeigt; weiterhin gehört
zur Veränderungsschaltung 392 eine Rechenschaltung 396 zur
Berechnung der Ansaugluftveränderung, d. h. der Veränderung
der Luftansaugmenge A/N pro Motorspiel entsprechend einer
Veränderung des Drosselöffnungswinkels im Bereich um den
Drosselöffnungswinkel R, den der Öffnungswinkelmesser 20 anhand
der in der Funktionsgrafik 395 gespeicherten Daten erfaßt,
sowie eine Einstellschaltung 397 zur Einstellung der
Regelungsverstärkung, in der die Regelverstärkungsfaktoren
KP, KI und KD bei gleicher Motordrehzahl vermindert werden,
während sich die Veränderung der Ansaugluftmenge A/N erhöht;
die die Rechenschaltung 396 zur Berechnung der Ansaugluftveränderung
errechnet, und schließlich ist die Ne-KP, KI KD-
Funktionsgrafik 393 (vgl. Fig. 6) ebenfalls mit der Einstellschaltung
397 zur Einstellung der Regelungsverstärkung verbunden.
Insbesondere nimmt die Rechenschaltung 396 zur Ermittlung der
Ansaugluftveränderung auf die Funktionsgrafik gemäß Fig. 7
bei der Berechnung einer Veränderung A/Nv in der Ansaugluftmenge
A/N pro Arbeitsspiel des Motors entsprechend einer Veränderung
R v des Drosselöffnungswinkels um den Drosselöffnungswinkel
R Bezug, den der Öffnungswinkelmesser 20 erfaßt,
während diese Rechenschaltung außerdem das Verhältnis zwischen
der Veränderung A/Nv und der Veränderung R v, d. h.
(A/Nv)/R v, berechnet. Die Rechenschaltung 396 zur Berechnung
der Ansaugluftmengenveränderung gibt einen Korrekturkoeffizienten
α = b/[(A/Nv)/R v] als Ausgangssignal an den
Einstellkreis 397 zur Einstellung der Regelungsverstärkung ab
(wobei β eine Konstante ist).
Der Einstellkreis 397 zur Vorgabe der Regelungsverstärkung
nimmt auf die in Fig. 6 dargestellten Kurven Bezug bei der
Rechnung des Proportional-, Integral- und Differentialwerts
KP′, KI′ und KD′ des Verstärkungsfaktors entsprechend der Motordrehzahl
Ne. Der Proportional-, Integral- und Differentialwert
des Verstärkungsfaktors wird mit dem Korrekturkoeffizienten
α multipliziert, wobei sch ein proportionaler Verstärkungsfaktor
KP (= α × KP′), ein integraler Verstärkungsfaktor
KI (= α × KI′) und ein Differential-Verstärkungsfaktor
KD (= α × KD′) ergeben. Diese Verstärkungsfaktoren gehen als
Ausgangssignale an den PID-Regler 391. Der Korrekturkoeffizient
α wird auf einen umso höheren Wert gesetzt, je kleiner
(A/Nv)/R v wird. Je größer der Drosselöffnungswinkel R in
einem Bereich, desto kleiner die Veränderung der Luftansaugmenge
pro Arbeitsspiel des Motors bei gleicher Veränderung
des Drosselöffnungswinkels. Je größer nun die Veränderung der
Luftansaugmenge, bezogen auf eine gleich große Veränderung
des Drosselöffnungswinkels ist, desto mehr wird der Regelverstärkungsfaktor
verringert, so daß sich damit der Korrekturwert
R ti für den Drosselöffnungswinkel, der der erforderlichen
Veränderung der Luftansaugmenge entspricht, immer präzise
berechnet wird.
Bei diesem abgeänderten Ausführungsbeispiel läßt sich eine
optimale PID-Regelung auch dann noch durchführen, wenn die
Motordrehzahl Ne und der Drosselöffnungswinkel R sich ändern,
da der Proportional-, Integral- und Differentialwert KP, KI
und KD der Regelverstärkung entsprechend der Veränderung der
Luftansaugmenge nach Veränderungen der Motordrehzahl Ne und
des Drosselöffnungswinkels R in entsprechende Werte umgesetzt
werden. Hierbei ist zu beachten, daß der Korrekturkoeffizient
α mit dem Proportional-, dem Integral- und dem Differentialwert
KP′, KI′ und KD′ des Verstärkungsfaktors multipliziert
wird, woraus sich dann erst die Verstärkungsfaktoren KP, KI
und KD berechnen. Der Korrekturkoeffizient α kann jedoch auch
zum Proportional-, Integral- und Differentialwert KP′, KI′
und KD′ addiert werden, um den Verstärkungsfaktor KP, KI und
KD zu liefern.
Der Korrekturfaktor α muß nicht unbedingt als Proportionalwert
eines Kehrwerts von (A/Nv)/R v wie bei dieser Ausführungsform
gesetzt werden. Beispielsweise kann in einer Kurve
ein Wert vorgegeben werden, der mit einer Abnahme des Quotienten
(A/Nv)/R v ebenfalls abnimmt, so daß der vom Rechner
396 zur Ermittlung der Veränderung der Ansaugluftmenge ausgelesene
Wert entsprechend der Beziehung (A/Nv)/R v als Korrekturfaktor
α gesetzt werden kann. Wird insbesondere der
Korrekturfaktor α entsprechend einer Formel oder einer Kurvenbeziehung
gesetzt, so muß bei steigendem Wert des Quotienten
(A/Nv)/R v der Korrekturfaktor verringert werden.
Zu beachten ist hierbei, daß bei beiden Ausführungsformen sowohl
die Produkte als auch die Summen der Regelverstärkungsfaktoren
und der Korrekturkoeffizienten K α bzw. α entsprechend
der Motordrehzahl Ne und des Drosselöffnungswinkels R
in Form einer Funktionsgrafik bzw. Kurve gesetzt werden können.
Die Regelverstärkungsfaktoren können auch nur unter Berücksichtigung
des Drosselöffnungswinkels R verändert werden, ohne
sie entsprechend der Motordrehzahl Ne zu verändern. Alternativ
können die Regelverstärkungsfaktoren auch nur unter Berücksichtigung
einer Veränderung der Ansaugluftmenge, bezogen
auf eine Verlängerung des Drosselöffnungswinkels R, d. h. (A/
Nv)/R v, verändert werden.
Beim ersten Ausführungsbeispiel ist es möglich, daß die Rechenschaltung
404 zur Ermittlung des R 0-Wertes nur einen Wert
als Ausgangs-Bezugssignal abgibt, der dem geschlossenen Zustand
des Drosselventils 18 entspricht. Mindestens einer der
drei Verstärkungswerte KP, KI und KD, die als Proportional-,
Integral- und Differentialwert vom Veränderungskreis 392 zur
Vorgabe des Regelverstärkungsfaktors abgegeben werden, kann
verändert werden.
Nachstehend wird nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
unter Bezugnahme auf Fig. 11 sowie 12A und 12B näher
erläutert. Fig. 11 zeigt eine Übersicht über die gesamte Auslegung
des Zugkraftreglers, während Fig. 12A und 12B jeweils
Funktionseinheiten der Steuerung 21 aus Fig. 11 veranschaulichen.
Gleichen Bezugszeichen in Fig. 1 entsprechen auch in
Fig. 11 die gleichen Teile, so daß auf eine eingehende Erläuterung
derselben hier verzichtet werden kann. Die Anordnung
gemäß Fig. 11 entspricht im wesentlichen dem Aufbau gemäß
Fig. 1, allerdings mit dem Unterschied, daß ein Ausgangssignal
des Öffnungswinkelmessers 20 nur der Steuerung 21 zugeleitet
wird, während ein Signal, das die Steuerung an die Motorantriebsschaltung
25 abgibt, der Soll-Winkelgeschwindigkeit
ω t entspricht.
Aus Fig. 12A und 12B sind weitere Einzelheiten über den Aufbau
der Steuerung 21 zu entnehmen, die hier nun weiter erläutert
sind. Die Anordnung gemäß Fig. 12A entspricht genau der
Anordnung aus Fig. 2A, so daß auf eine nähere Beschreibung
hier verzichtet wird. Die Ansaugluftmengendifferenz A/N = A/
Nt - A/Nr, die die Subtrahierschaltung 37 errechnet, wird einem
PID-Regler 41 zugeleitet, der seinerseits eine PID-Regelung
anhand der Differenz A/N in der Ansaugluftmenge vornimmt
und einen Regelwert errechnet, der der Differenz A/N
pro Motorspiel entspricht. Der Ausgang dieses PID-Reglers 41
ist mit einer Multiplikatorschaltung 43 verbunden, in der ein
Regelwert mit "Ne/120" multipliziert und anschließend das
Produkt entsprechend einer Korrektur-Strömungsmenge Q der
Ansaugluft pro Zeiteinheit in einen Regelwert umgesetzt wird.
Diese Multiplikation wird in der vorbeschriebenen Weise zu
dem Zweck vorgenommen, den Regelwert in einen auf die Zeiteinheit
bezogenen Wert umzusetzen, da A/N einen Wert pro Arbeitsspiel
des Motors und der entsprechende Regelwert ebenfalls
einen Wert pro Motorspiel darstellt. Der Ausgang der
Multiplikatorschaltung 43 ist mit einem Korrekturkreis 44 zur
Korrektur des Drosselöffnungswinkels verbunden. Diese Korrekturschaltung
44 empfängt das Öffnungssignal R, d. h. das Ausgangssignal
des Öffnungswinkelmessers 20, der den Öffnungswinkel
der Drosselklappe 18 hinter dem Luftreiniger 11 erfaßt.
Das Ausgangssignal der Schaltung 43 wird in der Korrekturschaltung
44 zur Ermittlung des Korrekturwerts für den
Drosselöffnungswinkel mit einem Kehrwert von δ Q/δR für den
augenblicklichen Drosselöffnungswinkel multipliziert, woraus
sich dann der Korrekturwert R für den Drosselöffnungswinkel
unter Berücksichtigung des Regelwerts entsprechend der Strömungsmenge
Q zur Korrektur der Ansaugluftmenge berechnet.
In diesem Fall bedeutet der Quotient δ Q/δR, daß sich die Ansaugluftmenge
verändert, wenn die Drosselklappe 18 um eine
Winkeleinheit (z. B. 1°) gekippt wird. Der Quotient δ Q/δR wird
umso kleiner, je größer der Öffnungswinkel der Drosselklappe
18 wird. Wird nun die Drosselöffnung um einen Wert verändert,
der einer gleichen Strömungsmenge Q der Ansaugluft entspricht,
so wird der Drosselöffnungs-Korrekturwert R durch
die Korrekturschaltung 44 zur Veränderung des Drosselöffnungswinkels
so korrigiert, daß der Kehrwert von δ Q/δR zur
Multiplikation herangezogen wird, um die Veränderung des
Drosselöffnungswinkels zu vergrößern, da eine Veränderung in
der Ansaugluftmenge nach einer Veränderung des Drosselöffnungswinkels
R in einem Bereich klein ist, bei dem der Drosselöffnungswinkel
R groß ist.
In einem Bereich mit kleinem Drosselöffnungswinkel R dagegen
wird der Drosselöffnungs-Korrekturwert R so korrigiert, daß
die Veränderung im Drosselöffnungswinkel klein ausfällt, da
eine Veränderung in der Ansaugluftmenge nach Veränderung des
Drosselöffnungswinkels R groß ist. Der Ausgang der Korrekturschaltung
44 für die Berechnung des neuen Drosselöffnungswinkels
ist mit einem Einstellkreis 45 zur Vorgabe der Winkelgeschwindigkeit
ω t der Drosselklappe verbunden. Dieser Einstellkreis
zur Einstellung von ω t nimmt auf die Funktionskurven
gemäß Fig. 3 Bezug, wenn er die Soll-Winkelgeschwindigkeit
ω t beim Nachstellen der Drosselklappe 18 so berechnet,
daß der Drosselöffnungs-Korrekturwert R erzeugt wird.
Die Soll-Winkelgeschwindigkeit ω t wird als Ausgangssignal an
die Motorantriebsschaltung 25 weitergeleitet, die die Drehbewegung
des Stellmotors 17 entsprechend der Soll-Winkelgeschwindigkeit
ω t so berechnet, daß die Winkelgeschwindigkeit
beim Ändern der Neigung der Drosselklappe 18 gleich der Soll-
Winkelgeschwindigkeit ω t ist.
Nachstehend wird nun die Funktionsweise dieses zweiten Ausführungsbeispiels
mit dem vorbeschriebenen Aufbau näher erläutert.
Der Funktionsablauf bis zur Abgabe des Signals für
die Ansaugluftmengendifferenz A/N aus der Subtrahierschaltung
entspricht genau dem Ablauf, wie er im Zusammenhang mit
Fig. 2A für das erste Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.
Anschließend führt der PID-Regler 41 die PID-Regelung anhand
des Differenzsignals A/N in der Form aus, daß ein Regelwert
unter Berücksichtigung der Differenz A/N geliefert wird.
Der Ausgangswert des PID-Reglers 41 wird mit Ne/120 in der
Multiplikatorschaltung 43 multipliziert, wobei ein Regelwert
unter Berücksichtigung des Korrekturwerts Q für die Ansaugluftströmung
pro Zeiteinheit errechnet wird. Außerdem wird
der Regelwert, der dem Korrekturwert der Luftströmungsmenge
Q pro Zeiteinheit entspricht, mit dem Kehrwert von δ Q/δR,
der dem augenblicklichen Drosselöffnungswinkel entspricht, in
der Drosselöffnungs-Korrekturschaltung 44 multipliziert. Verändert
sich nun der Drosselöffnungswinkel um einen Wert, der
einer gleichen Ansaugluft-Strömungsmenge Q entspricht, so
korrigiert die Korrekturschaltung für den Drosselöffnungswinkel
den Wert so, daß eine Veränderung desselben stärker wird,
da eine Veränderung in der Ansaugluftmenge nach einer Veränderung
des Drosselöffnungswinkels R in einem Bereich klein
ist, in dem der Drosselöffnungswinkel R groß ist. Andererseits
korrigiert die Schaltung 44 dahingehend, daß eine Veränderung
im Drosselöffnungswinkel größer wird, wenn in einem
Bereich gearbeitet wird, in dem der Drosselöffnungswinkel R
klein ist, da eine Veränderung in der Ansaugluftmenge nach
einer Veränderung des Drosselöffnungswinkels R groß ausfällt.
Der von der Korrekturschaltung 44 abgegebene Korrekturwert R
für den Drosselöffnungswinkel geht an den Einstellkreis 45
für die Einstellung von ω t, wo die Soll-Winkelgeschwindigkeit
ω t berechnet wird, wenn die Drosselklappe 18 so schräg
gestellt wird, daß sich der Drosselöffnungs-Korrekturwert R
ergibt. Wie bei Fig. 3 wird die Soll-Winkelgeschwindigkeit ω t
so eingestellt, daß sie proportional zum Drosselöffnungs-
Korrekturwert R ist, wenn der Drosselöffnungs-Korrekturwert
R in einen vorgegebenen Bereich fällt, und daß sie auf einen
konstanten Wert gesetzt wird, wenn der Korrekturwert R über
den vorgegebenen Bereich hinausgeht. Die vom ω t-Einstellkreis
45 vorgegebene Soll-Winkelgeschwindigkeit ω t wird der
Motorantriebsschaltung 25 zugeleitet, die die Drehzahl des
Stellmotors 17 regelt, der die Kippbewegung der Drosselklappe
18 steuert.
Da die Winkelgeschwindigkeit ω t so eingestellt wird, daß sie
proportional zum Drosselöffnungs-Korrekturwert R ist, wenn
der Korrekturwert R in den vorgegebenen Bereich fällt, wird
somit die Winkelgeschwindigkeit in der Schwenkbewegung der
Drosselklappe 18 entsprechend erhöht bzw. gesenkt, wobei der
Drosselöffnungs-Korrekturwert R, bezogen auf die Veränderung
A/N, berücksichtigt und das Motordrehmoment entsprechend
gleichförmig verändert werden. Geht der Drosselöffnungs-Korrekturwert
R über den vorgegebenen Bereich hinaus, so wird
die Soll-Winkelgeschwindigkeit ω t auf einen konstanten Wert
beschränkt, wodurch verhindert wird, daß das Motordrehmoment
nach einer raschen Veränderung des Drosselöffnungswinkels
ebenfalls rasch geändert wird.
Die Ansaugluft, deren Strömungsmenge durch die Drosselklappe
18 geregelt wird, wird mit Kraftstoff vermischt, der aus einem
(nicht dargestellten) Einspritzventil vor dem Einlaßventil
14 eingespritzt wird, worauf das Gemisch in den Verbrennungsraum
16 strömt. Damit entspricht das abgegebene Drehmoment
dem Soll-Drehmomentswert Tg.
Beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel wurde als Beispiel
ein Motor herangezogen, bei dem eine Drosselklappe im
Einströmweg angeordnet ist. Die Erfindung läßt sich jedoch
auch bei einem Motor einsetzen, bei dem zwei Drosselklappen
im gleichen Einströmweg vorhanden sind, wie Fig. 13 veranschaulicht.
Gemäß Fig. 13 bezeichnet das Bezugszeichen 181
eine Hauptdrosselklappe, die so geöffnet bzw. geschlossen
wird, daß sie mit einem Gaspedal 183 gekoppelt ist; das Bezugszeichen
182 bezeichnet dagegen eine nachgeschaltete Drosselklappe,
deren Öffnung bzw. Schließung durch den Stellmotor
17 geregelt wird. Bei einem Motor mit beiden Drosselklappen
wird die Soll-Ansaugluftmenge A/Nt anhand des Soll-Motordrehmoments
Te erhalten, das man in gleicher Weise wie beim ersten
und zweiten Ausführungsbeispiel ermittelt.
Der Proportional-Verstärkungsfaktor KP, der Integral-Verstärkungsfaktor
KI und der Differentialverstärkungsfaktor KD des
PID-Reglers 391 werden entsprechend der Öffnungsstellung der
Drosselklappe 182 wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel so
verändert, daß man einen Öffnungswinkel-Korrekturwert R 1 für
die nachgeschaltete Drosselklappe 182 erhält. Mit anderen
Worten kann die nachgeschaltete Drosselklappe 182 genauso wie
die Drosselklappe 18 beim ersten bzw. zweiten Ausführungsbeispiel
geregelt werden. Der Öffnungswinkel-Korrekturwert R 1
wird zu einem Bezugs-Öffnungswinkel R 10 so addiert, daß ein
Sollöffnungswinkel für die nachgeschaltete Drosselklappe 182
berechnet wird, während der Öffnungswinkel der nachgeschalteten
Drosselklappe 182 durch eine Motorantriebsschaltung 25
geregelt wird. In diesem Fall läßt sich bei einem System, bei
dem die nachgeschaltete Drosselklappe im ungeregelten Zustand
in völlig geöffneter Stellung in Warteposition steht, der Bezugsöffnungswinkel
R 10 so einstellen, daß er einen Wert annimmt,
der dem vollständig geöffneten Zustand entspricht. Außerdem
kann der Bezugsöffnungswinkel R 10 auf einen vorgegebenen
Öffnungswinkel eingestellt werden, der nicht dem Wert
entspricht, der dem völlig geöffneten Zustand zugeordnet ist.
Claims (14)
1. Zugkraftsteuerung, dadurch gekennzeichnet,
daß sie folgende Einrichtungen aufweist:
- - einen Raddrehzahlgeber (22) für die Antriebsräder, der die Umlaufgeschwindigkeit eines Antriebsrades eines Fahrzeugs erfaßt;
- - einen Fahrgeschwindigkeitsgeber (23) zur Erfassung der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs;
- - einen Schlupfwertgeber (32) zur Erfassung eines Schlupfs der Antriebsräder anhand der Differenz zwischen einem Ausgangssignal des Raddrehzahlgebers (22) und einem Ausgangssignal des Fahrgeschwindigkeitsgebers (23);
- - einen Einstellkreis (35) zur Einstellung eines Sollausgangsdrehmoments eines Motors (12) des Fahrzeugs anhand eines Ausgangssignals des Schlupfwertgebers (32);
- - einen Einstellkreis (36) zur Einstellung einer Sollansaugluftmenge bezogen auf eine vorgegebene Anzahl von Umdrehungen des Motors (12) entsprechend dem Solldrehmoment, das der Einstellkreis (35) zur Einstellung eines Sollausgangsdrehmoments vorgibt;
- - ein Drosselventil (18) zum Einstellen der in den Motor (12) angesaugten Luftmenge;
- - einen Motordrehzahlgeber (24) zur Erfassung der Drehzahl des Motors (12);
- - einen Ansaugluft-Strömungsmesser (19) zur Erfassung der tatsächlich in den Motor angesaugten Ansaugluftmenge bezogen auf die vorgegebene Anzahl von Umdrehungen des Motors (12);
- - einen Einstellkreis (39) zum Einstellen eines Korrekturfaktors für den Drosselöffnungswinkel der Drosselklappe (18) anhand der Differenz zwischen der Sollansaugluftmenge, die vom Einstellkreis (36) vorgegeben ist, und der tatsächlich in den Motor angesaugten Ansaugluftmenge, die von dem Ansaugluft-Strömungsmesser (19) vorgegeben ist;
- - einen Einstellkreis (40) zur Einstellung des Sollöffnungswinkels der Drosselklappe (18) entsprechend dem Korrekturfaktor für den Drosselöffnungswinkel, den der Einstellkreis (39) vorgibt;
- - und eine Drosselklappen-Antriebseinrichtung (25) zum Öffnen/Schließen der Drosselklappe entsprechend dem Sollöffnungswinkel, den der entsprechende Einstellkreis (40) vorgibt.
2. Zugkraftsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drosselklappe (18) eine
nachgeordnete Drosselklappe ist, die in einer Einströmleitung
(13) des Motors angeordnet ist, in der sich
eine Hauptdrosselklappe befindet, die mit dem Gaspedal
des Fahrzeugs gekoppelt und so zum Öffnen/Schließen mit
dem Gaspedal gekoppelt ist, daß die Menge der in den Motor
(12) angesaugten Luft regelbar ist.
3. Zugkraftsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (39) zum
Einstellen des Korrekturfaktors für den Drosselöffnungswinkel
der Drosselklappe einen Umrechungsregler (391)
aufweist, der die Umsetzung der Differenz zwischen der
Sollansaugluftmenge, die von dem zugehörigen Einstellkreis
(36) vorgegeben ist, und der tatsächlich in den
Motor angesaugten Luftmenge, die vom Ansaugluft-Strömungsmesser
vorgegeben ist, in den Öffnungswinkel-Korrekturfaktor
für die Drosselklappe regelt, und daß eine
Einrichtung (392) zum Verändern der Regelungsverstärkung
des Umrechnungsreglers entsprechend der Motordrehzahl
vorgesehen ist, die der Motordrehzahlgeber (24) vorgibt.
4. Zugkraftsteuerung nach Anspruch 1, die einen Öffnungswinkelmesser
(20) zur Erfassung des augenblicklichen
Öffnungswinkels der Drosselklappe (18) aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Einstellkreis
(39) zum Einstellen eines Korrekturfaktors
für den Drosselöffnungswinkel der Drosselklappe einen
Umrechnungsregler (391) aufweist, der die Umsetzung der
Differenz zwischen der Sollansaugluftmenge, die von dem
zugehörigen Einstellkreis (36) vorgegeben ist, und der
tatsächlich in den Motor angesaugten Luftmenge, die vom
Ansaugluft-Strömungsmesser vorgegeben ist, in den Öffnungswinkel-
Korrekturfaktor für die Drosselklappe regelt,
und daß eine Einrichtung (392) zum Verändern der
Regelungsverstärkung des Umrechnungsreglers entsprechend
dem vom Öffnungswinkelmesser (20) vorgegebenen Wert vorgesehen
ist.
5. Zugkraftsteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (392) zum
Verändern der Regelungsverstärkung einen umso größeren
Regelungsverstärkungsfaktor setzt, je größer der vom
Öffnungswinkelmesser (20) erfaßte Drosselöffnungswinkel
ist.
6. Zugkraftsteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (392) zum
Verändern der Regelungsverstärkung eine Einrichtung
(395) zum vorläufigen Abspeichern von Daten aufweist,
welche die Beziehung zwischen dem Drosselöffnungswinkel
und der pro vorgegebener Umdrehungszahl des Motors angesaugten
Luftmenge repräsentieren, daß eine Einrichtung
(396) zur Berechnung der Veränderung der Ansaugluftmenge
entsprechend der in der Speichereinrichtung abgespeicherten
Beziehung anhand des Drosselöffnungswinkels, der
vom Öffnungswinkelmesser (20) erfaßt ist, und eines
Drosselöffnungswerts, der nahezu gleich dem erfaßten
Öffnungswinkel ist, vorgesehen ist, und daß eine Einrichtung
(397) zur Vorgabe einer Regelverstärkung einen
umso kleineren Regelverstärkungsfaktor setzt, je größer
die Veränderung in der Ansaugluftmenge ist, die von der
Einrichtung (396) zur Berechnung der Veränderung der Ansaugluftmenge
vorgegeben ist.
7. Zugkraftsteuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (395) zum
vorläufigen Abspeichern von Daten, die Daten entsprechend
der Motordrehzahl erfaßt, und daß die Einrichtung (396)
zur Berechnung der Veränderung der Ansaugluftmenge die
Veränderung der Ansaugluftmenge entsprechend der in der
Datenspeichereinrichtung (395) erfaßten Beziehung aus
dem Drosselöffnungswinkel berechnet, den der Öffnungswinkelmesser
(20) erfaßt, sowie aus dem Drosselöffnungswinkel,
der nahezu gleich dem erfaßten Öffnungswinkel
ist, und aus der Motordrehzahl, den der Motordrehzahlgeber
(24) erfaßt.
8. Zugkraftsteuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (392) zum
Verändern der Regelungsverstärkung des Umrechungsreglers
ein Mittel (393) aufweist, in dem der Regelungsverstärkungsfaktor
in Beziehung zu der vom Motordrehzahlgeber
(24) erfaßten Motordrehzahl gesetzt ist, sowie eine
Einrichtung (396), in der der Regelungsverstärkungsfaktor,
den das Mittel (393) vorgibt, entsprechend der Veränderung
der Ansaugluftmenge, die durch die Einrichtung
(396) zur Berechnung der Veränderung der Ansaugluftmenge
vorgegeben ist, so veränderbar ist, daß der Regelungsverstärkungsfaktor
bei gleicher Motordrehzahl auf einen
umso kleineren Wert gesetzt wird, je größer die Veränderung
ist.
9. Zugkraftsteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Umrechungsregler
(391) der Öffnungswinkel-Korrekturfaktor für die Drosselklappe
anhand eines proportionalen Wertes zugleitet
wird, der durch Multiplikation eines ersten vorgegebenen
Koeffizienten mit der Differenz zwischen der Soll-Ansaugluftmenge,
die vom entsprechenden Einstellkreis (36)
vorgegeben ist, und der tatsächlich in den Motor angesaugten
Luftmenge, den der Luftströmungsmesser (19) erfaßt,
erhalten wird, sowie ein Wert, der durch Mulitplikation
einen zweiten vorgegebenen Koeffizienten mit einem
Integralwert der Differenz erhalten wird, und ein
Wert, der bei der Multiplikation eines dritten vorgegebenen
Koeffizienten mit einem Differentialwert der Differenz
entsteht, und daß ferner die Einrichtung (392)
zur Veränderung der Regelungsverstärkung den Regelungsverstärkungsfaktor
dadurch verändert, daß sie mindestens
einen der vorgegebenen drei Koeffizienten verändert.
10. Zugkraftsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Einstellkreis (40) zum
Einstellen des Soll-Drosselöffnungswinkels eine Einrichtung
(402) zur Vorgabe eines vorgegebenen Bezugsöffnungswinkels
sowie eine Addierschaltung (401) aufweist,
welche den von der Einrichtung (402) vorgegebenen Bezugsöffnungswinkel
zum Drosselöffnungs-Korrekturwert addiert,
den die Einrichtung (44) vorgibt, woraus sich der
Sollöffnungswinkel für die Drosselklappe (18) errechnet.
11. Zugkraftsteuerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (402) zur
Vorgabe eines Bezugsöffnungswinkels einen Öffnungswinkelwert
setzt, der der völlig geschlossenen Drosselklappe
als Bezugsöffnungswert entspricht.
12. Zugkraftsteuerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (402) zur
Vorgabe eines Bezugsöffnungswinkels eine Datenspeichereinrichtung
(403) zum vorläufigen Abspeichern der Daten
aufweist, die einer Beziehung zwischen dem Öffnungswinkel
der Drosselklappe und der angesaugten Luftmenge pro
vorgegebener Anzahl von Umdrehungen des Motors entsprechen,
sowie eine Einrichtung (404) zur Berechnung des
Öffnungswinkels der Drosselklappe entsprechend der Soll-
Ansaugluftmenge, die der Einstellkreis (36) vorgibt, als
Bezugsöffnungswert anhand der in der Datenspeichereinrichtung
(403) erfaßten Daten.
13. Zugkraftsteuerung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Datenspeichereinrichtung
(403) die Daten entsprechend der Motordrehzahl erfaßt,
und daß die Einrichtung (404) zur Berechnung des
Öffnungswinkels der Drosselklappe den Öffnungswinkel der
Drosselklappe entsprechend der Motordrehzahl vorgibt,
die der Motordrehzahlgeber (24) erfaßt, und entsprechend
der Soll-Ansaugluftmenge, die der Einstellkreis (36) zur
Einstellung der Soll-Ansaugluftmenge vorgibt, wobei der
Öffnungswinkelwert als Bezugsöffnungswinkelwert auf
Grundlage der in der Datenspeichereinrichtung (403) erfaßten
Daten gilt.
14. Zugkraftsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Fahrgeschwindigkeitsgeber
(23) die Umdrehungsgeschwindigkeit eines angetriebenen
Rades des Fahrzeugs als Fahrgeschwindigkeit des
Fahrzeugs erfaßt.
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