DE4403351A1 - System zum Steuern einer Drosselklappe bei einem automatischen Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

System zum Steuern einer Drosselklappe bei einem automatischen Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug

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Description

Die Erfindung betrifft ein automatisches Kraftfahrzeug-An­ triebssystem, wobei eine Drosselklappe automatisch gesteuert wird, und speziell ein System zum Steuern der Drosselklappe nach Maßgabe eines Sollwertes der Beschleunigung in der Längsrichtung eines Fahrzeugs.
Bei einem Beispiel eines automatischen Antriebssystems ist eine Vielzahl von Kameras an dem Fahrzeug angebracht, um Frontbedingungen, wie etwa das Verhalten eines vorausfahren­ den Fahrzeugs zu überwachen. Eine Steuereinheit verarbeitet Bildinformationen, die von der Kamera aufgenommen werden, um die Beschleunigung und Verzögerung des vorausfahrenden Fahr­ zeugs festzustellen, und treibt einen Motor, um die Drossel­ klappe des eigenen Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Be­ schleunigung bzw. Verzögerung des vorausfahrenden Fahrzeugs zu betätigen. Insbesondere bestimmt die Steuereinheit einen Sollwert des Drosselklappenöffnungsgrades nach Maßgabe des gemessenen Abstands zwischen dem vorausfahrenden und dem eigenen Fahrzeug sowie der Fahrzeuggeschwindigkeit des eige­ nen Fahrzeugs. Somit werden die Motorleistung und das Verhal­ ten des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem festgelegten Soll­ wert des Drosselklappenöffnungsgrades gesteuert.
Die JP-OS 2-149738 zeigt ein System zum Steuern des Öffnungs­ grads der Drosselklappe, wobei ein Drosselklappenöffnungs­ grad-Sollwert nach Maßgabe eines gewünschten Ladedruckwerts berechnet wird. Dabei wird die Drosselklappe hauptsächlich in Abhängigkeit von der Motorleistung gesteuert. Infolgedessen wird das Fahrzeug rasch beschleunigt oder verzögert, um eine Anpassung an die gewünschte Erhöhung oder Verringerung der Motorleistung vorzunehmen. Daher ändert sich die Fahrzeugge­ schwindigkeit abrupt, und das Fahrzeug wird nicht gleichmäßig angetrieben.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Systems zum Steuern der Drosselklappe eines automatischen Antriebs­ systems, wobei ein Drosselklappenöffnungsgrad gesteuert wird, um ein Fahrzeug sanft und gleichmäßig zu beschleunigen bzw. zu verzögern.
Gemäß der Erfindung wird ein System zum Steuern der Drossel­ klappe eines Fahrzeugs angegeben, das eine automatische An­ triebssteuervorrichtung hat. Die automatische Antriebssteuer­ vorrichtung wird von einer Steuereinheit gesteuert, um die Drosselklappe elektrisch durch einen Betätiger zu betätigen. Die Steuereinheit hat eine Einrichtung zum Bestimmen eines Sollwerts der Längsbeschleunigung nach Maßgabe von Fahrbedin­ gungen des gesteuerten Fahrzeugs, eine Einrichtung zum Be­ stimmen eines Drosselklappenöffnungsgrad-Sollwerts nach Maß­ gabe des Sollwerts der Längsbeschleunigung und eine Einrich­ tung zum Bestimmen einer Stellgröße nach Maßgabe des Drossel­ klappenöffnungsgrad-Sollwerts und zum Betätigen des Betäti­ gers nach Maßgabe der Stellgröße.
Wenn ein automatischer Antrieb gewählt wird, wird ein Soll­ wert der Längsbeschleunigung in Abhängigkeit von der Entfer­ nung zwischen einem vorausfahrenden Fahrzeug und dem ge­ steuerten Fahrzeug sowie von der Differenz zwischen den Ge­ schwindigkeiten der beiden Fahrzeuge festgelegt. Der Sollwert der Längsbeschleunigung wird in einen Drosselklappenöffnungs­ grad-Sollwert umgewandelt. Die Drosselklappe wird mit einer Stellgröße betätigt, um bis zu dem Sollwert des Öffnungsgra­ des geöffnet zu werden. Das Fahrzeug wird somit beim automa­ tischen Fahrbetrieb gleichmäßig angetrieben und gefahren.
Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 eine schematische Anordnung von einer Drosselklappe und einer Steuereinrichtung dafür;
Fig. 2 eine Explosionsansicht der Steuereinrichtung;
Fig. 3 ein Blockschema einer Steuereinheit der Steuerein­ richtung;
Fig. 4a ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen einem Sollwert der Längsbeschleunigung und der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem voraus­ fahrenden Fahrzeug und dem nachfolgenden Fahrzeug gemäß der Erfindung;
Fig. 4b ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen einem Drosselklappenöffnungsgrad-Sollwert und dem Sollwert der Längsbeschleunigung bei ver­ schiedenen Übersetzungsverhältnissen;
Fig. 4c ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Dros­ selklappenöffnungsgrad-Sollwert; und
Fig. 5 ein Flußdiagramm, das den Betriebsablauf gemäß der Erfindung erläutert.
Gemäß Fig. 1 wird einer Brennkraftmaschine 1 eines Kraftfahr­ zeugs durch einen Luftfilter 6, ein Ansaugrohr 4, ein Dros­ selklappengehäuse 3 mit einer Hilfsdrosselklappe 8 und einer Hauptdrosselklappe 7 und einen Ansaugkrümmer 2 Luft zuge­ führt. Die Hilfsdrosselklappe 8 ist unmittelbar an der Auf­ stromseite der Hauptdrosselklappe 7 vorgesehen, um den An­ trieb des Fahrzeugs zu steuern. Die Hilfsdrosselklappe 8 ist auf einer Drosselklappenwelle 11 angebracht, und zwar norma­ lerweise in einer Position, in der sie vollständig geöffnet und von einer Antriebssteuerung 10 betätigbar ist. Die An­ triebssteuerung 10 hat einen Motor 12, der mit der Drossel­ klappenwelle 11 betriebsmäßig verbunden ist, um die Hilfs­ drosselklappe 8 zu schließen.
Ferner ist ein Positionssensor 13 angrenzend an die Drossel­ klappenwelle 11 vorgesehen. Wenn die Antriebsräder des Fahr­ zeugs Schlupf haben, wird eine Antriebsschlupfregelung betä­ tigt, um den Motor 12 anzutreiben und dadurch die Hilfsdros­ selklappe 8 zu schließen.
Die Hauptdrosselklappe 7 ist auf einer Drosselklappenwelle 15 angebracht, auf der ein L-förmiger Wählhebel 16 ortsfest an­ gebracht ist. Der Wählhebel 16 ist so ausgebildet, daß er entweder mit einer Fahrpedal-Betätigungseinrichtung 20 oder einer automatischen Steuereinrichtung 30 verbunden ist. Fer­ ner ist ein Drosselklappenschalter 40 angrenzend an die Dros­ selklappenwelle 15 vorgesehen.
Gemäß Fig. 2 hat die Fahrpedal-Betätigungseinrichtung 20 einen sektorförmigen Fahrpedalnocken 21, der auf der Drossel­ klappenwelle 15 drehbar angebracht ist. Der Fahrpedalnocken 21 ist betriebsmäßig über ein Kabel oder Seil 22 mit einem Fahrpedal 23 verbunden.
Wenn das Fahrpedal 23 gedrückt wird, gelangt der Fahrpedal­ nocken 21 in Eingriff mit dem Wählhebel 16, um die Drossel­ klappenwelle 15 zu verdrehen. Dadurch wird die Hauptdrossel­ klappe 7 betätigt.
Der Wählhebel 16 ist ferner so ausgebildet, daß er mit einem Drosselklappen-Zahnsegment 31 der automatischen Steuerein­ richtung 30 in Eingriff gelangt. Das Drosselklappen-Zahnseg­ ment 31 ist auf einer Nabe einer elektromagnetischen Kupplung 37, die auf der Drosselklappenwelle 15 angebracht ist, fest angeordnet. Das Zahnsegment 31 gelangt mit einem von einem Motor 32 angetriebenen Zahnrad 33 in Eingriff.
Angrenzend an die elektromagnetische Kupplung 37 ist ein nor­ malerweise geschlossener Grenzschalter 36 angeordnet. Die elektromagnetische Kupplung 37 hat einen Betätigungshebel 38, um mit einem beweglichen Kontakt 36a des Grenzschalters 36 in Eingriff gebracht zu werden, so daß ein Begrenzungsmechanis­ mus 35 gebildet wird. Wenn die elektromagnetische Kupplung 37 erregt wird, wird der Betätigungshebel 38 des Begrenzungsme­ chanismus 35 betriebsmäßig mit dem Drosselklappen-Zahnsegment 31 verbunden. Wenn der Motor 32 angetrieben wird, gelangt das Drosselklappen-Zahnsegment 31 in Eingriff mit dem Wählhebel 16, so daß die Drosselklappenwelle 15 gedreht und damit die Hauptdrosselklappe 7 betätigt wird. Wenn das Drosselklappen- Zahnsegment 31 in einem vorbestimmten Ausmaß gedreht wird, gelangt der Betätigungshebel 38 in Eingriff mit dem bewegli­ chen Kontakt 36a des Grenzschalters 36, um den Grenzschalter 36 zu öffnen. Dadurch wird der Motor 32 angehalten.
Fig. 3 zeigt eine Steuereinheit zum Steuern der automatischen Steuereinrichtung 30. Die Steuereinheit 50 hat einen Bildda­ tenprozessor 51, dem ein Signal von einer am Fahrzeug ange­ brachten Kamera 41 zugeführt wird. Der Bilddatenprozessor 51 erfaßt die Entfernung L zwischen dem vorausfahrenden Fahrzeug und dem gesteuerten (eigenen) Fahrzeug, die relative Ge­ schwindigkeit und die Straßenbedingungen. Die Entfernung L wird einer Bestimmungseinheit 52 für einen Sollwert der Längsbeschleunigung zugeführt, der ein EIN-Signal von einem Automatikfahrwählschalter 43 und eine Fahrzeuggeschwindigkeit V von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 42 zugeführt wer­ den. Die Bestimmungseinheit 52 für einen Sollwert der Längs­ beschleunigung berechnet eine Differenz ΔV zwischen den Ge­ schwindigkeiten des vorausfahrenden und des gesteuerten Fahr­ zeugs auf der Basis der Entfernung L und der Fahrzeugge­ schwindigkeit V des gesteuerten Fahrzeugs. Ein Sollwert der Längsbeschleunigung Gt, der ein Beschleunigungswert in der Längsrichtung des gesteuerten Kraftfahrzeugs ist, wird ferner nach Maßgabe der Differenz ΔV gemäß Fig. 4a bestimmt. Dabei wird der Sollwert der Längsbeschleunigung Gt als ansteigende Funktion der Geschwindigkeitsdifferenz ΔV vorgegeben.
Der Sollwert der Längsbeschleunigung Gt wird einer Bestim­ mungseinheit 53 für einen Drosselklappenöffnungsgrad-Sollwert zugeführt, der die Fahrzeuggeschwindigkeit V und ein Über­ setzungsverhältnis g von einem Schalthebelstellungssensor 40 für ein Getriebe zugeführt werden, um einen Drosselklappen­ öffnungsgrad-Sollwert Rt gemäß den Diagrammen der Fig. 4b und 4c zu bestimmen. Die Änderungsrate des Drosselklappenöff­ nungsgrades ist in Abhängigkeit von dem Übersetzungsverhält­ nis g veränderlich, wie Fig. 4b zeigt. Insbesondere in einem Niedriggeschwindigkeitsbereich, in dem das Übersetzungsver­ hältnis groß ist, verursacht bereits eine geringe Änderung des Öffnungsgrads eine rasche Änderung der Beschleunigung oder Verzögerung, was für den Fahrer unangenehm ist. Um die­ sen Nachteil zu vermeiden, wird im vorliegenden Fall der Drosselklappenöffnungsgrad-Sollwert Rt mit zunehmenden Über­ setzungsverhältnis kleiner vorgegeben. Ferner wird der Dros­ selklappenöffnungsgrad-Sollwert Rt korrigiert, um mit der Ab­ nahme der Fahrzeuggeschwindigkeit abzunehmen, wie Fig. 4c zeigt.
Der Drosselklappenöffnungsgrad-Sollwert Rt wird einem Abwei­ chungsrechner 54 zugeführt, der die Abweichung ΔR zwischen dem Drosselklappenöffnungsgrad-Sollwert Rt und einem Drossel­ klappenöffnungsgrad-Istwert R, der von dem angrenzend an die Drosselklappenwelle 15 vorgesehenen Drosselklappenlagesensor 40 erfaßt wird, berechnet. Die Abweichung ΔR wird einer Steuergrößenbestimmungseinheit 55 zugeführt, die ein gewich­ tetes Mittel der Abweichungen ΔR berechnet, die bei der mo­ mentanen Berechnung und der letzten Berechnung erhalten wur­ den. Eine Regelgröße M wird aus dem gewichteten Mittel ent­ sprechend der PI-Regelung berechnet unter Verwendung einer Proportional-Konstanten Kp und einer Integral-Konstanten Ki. Die Regelgröße M kann durch PID-Regelung oder Fuzzy-Regelung erhalten werden. Die Regelgröße M wird einem Treiber 56 zuge­ führt, der seinerseits einen der Regelgröße M entsprechenden elektrischen Strom Im an den Motor 32 anlegt, um ihn zu trei­ ben.
Die Steuereinheit 50 hat ferner eine Kupplungssteuereinheit 57, der das Ausgangssignal des Automatikfahrwählschalters 43 und der Drosselklappenöffnungsgrad-Istwert R zugeführt wer­ den. Wenn der Automatikfahrwählschalter 43 eingeschaltet ist, bestimmt die Kupplungssteuereinheit 57 einen oberen Grenzwert Rmax des Drosselklappenöffnungsgrads. Wenn der Öffnungsgrad R der Drosselklappe, die von dem Motor 32 betätigt wird, den oberen Grenzwert Rmax erreicht, wird der elektromagnetischen Kupplung 37 durch einen Treiber 58 ein Strom zugeführt. Da­ durch wird die Kupplung 37 erregt, um das Drosselklappen- Zahnsegment 31 und den Betätigungshebel 38 miteinander in Eingriff zu bringen.
Der Betrieb des Systems wird nachstehend beschrieben. Beim Fahren mit manuellem Betrieb, bei dem der Automatikfahrwähl­ schalter 43 ausgeschaltet ist, wird beim Betätigen des Fahr­ pedals 23 der Fahrpedalnocken 21 durch das Seil 22 verdreht, um mit dem Wählhebel 16 in Eingriff zu gelangen. Mit fort­ schreitendem Betätigen des Fahrpedals wird der Wählhebel 16 von dem Nocken 21 gedreht, um dadurch die Drosselklappenwelle 15 zu drehen und die Hauptdrosselklappe 7 zu öffnen. Infolge­ dessen wird der Brennkraftmaschine 1 ein Kraftstoff-Luft- Gemisch zugeführt, dessen Menge dem Öffnungsgrad der Haupt­ drosselklappe 7 entspricht, so daß die erforderliche Motor­ leistung zum Fahren des Fahrzeugs erzeugt wird.
Solange die Antriebsräder Bodenhaftung auf der Straße haben, wird die Hilfsdrosselklappe 8 im vollständig geöffneten Zu­ stand gehalten. Wenn die Antriebsräder Schlupf haben, wie etwa bei Beschleunigung auf einer Straße mit kleinem Reibbei­ wert, wird der Motor 12 der Antriebsschlupfregelung 10 ange­ trieben, um die Hilfsdrosselklappe 8 in Abhängigkeit von dem Schlupfwert zu schließen. Dadurch wird die Saugluftmenge her­ abgesetzt, um die Motorleistung zu verringern. Infolgedessen haften die Räder auf der Straße, was zu einem stabilen Fahr­ verhalten führt.
Wenn der Fahrer den Automatikfahrwählschalter 43 einschaltet, während das Fahrzeug mit einer bestimmten Geschwindigkeit ge­ fahren wird, und das Fahrpedal 23 losläßt, wird die Automa­ tiksteuereinrichtung 30 in Betrieb genommen. Dabei werden die Bildinformationen, die Fahrzeuggeschwindigkeit V, der Dros­ selklappenöffnungsgrad R und das Übersetzungsverhältnis g von der Kamera 41, dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 42, dem Drosselklappenlagesensor 40 und dem Schalthebelstellungs­ sensor 44 detektiert und der Steuereinheit 50 zugeführt. So­ mit wird ein in Fig. 5 gezeigtes Programm ausgeführt.
Beim Schritt S1 wird die Differenz ΔV zwischen der Fahrzeug­ geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs und der des ge­ steuerten (eigenen) Fahrzeugs berechnet. Beim Schritt S2 wird der Sollwert der Längsbeschleunigung Gt nach Maßgabe der Ent­ fernung L und der Geschwindigkeitsdifferenz ΔV bestimmt. Da­ nach wird beim Schritt S3 der Drosselklappenöffnungsgrad- Sollwert Rt nach Maßgabe des Sollwerts der Längsbeschleuni­ gung Gt, des Übersetzungsverhältnisses g und der Fahrzeugge­ schwindigkeit V bestimmt. Die Abweichung ΔR zwischen dem Drosselklappenöffnungsgrad-Sollwert Rt und dem Öffnungsgrad- Istwert R wird in Schritt S4 berechnet, um dadurch die Stell­ größe M des Motors 32 beim Schritt S5 zu erhalten. Beim Schritt S6 wird der Motor 32 nach Maßgabe der Stellgröße M angetrieben. Somit wird das Zahnrad 33 gedreht, um das Dros­ selklappen-Zahnsegment 31 zu verdrehen, das mit dem Wählhebel 16 in Eingriff gelangt. Der Wählhebel 16 verdreht daher die Drosselklappenwelle 15 und öffnet und schließt die Hauptdros­ selklappe 7.
Insbesondere bei einer Zunahme der Entfernung L oder der Ge­ schwindigkeitsdifferenz ΔV wird der Sollwert der Längsbe­ schleunigung Gt größer. Infolgedessen wird der Öffnungsgrad R der Hauptdrosselklappe 7 vergrößert, um das Fahrzeug mit der gleichen Rate wie dem Sollwert der Beschleunigung Gt zu be­ schleunigen. Wenn die Entfernung L oder die Fahrzeuggeschwin­ digkeits-Differenz ΔV abnehmen, wird der Sollwert der Längs­ beschleunigung Gt herabgesetzt. Der Öffnungsgrad wird dadurch verringert, so daß das Fahrzeug verlangsamt wird. Daher wird das Fahrzeug so gesteuert, daß es gleichmäßig beschleunigt und verlangsamt wird. Bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit V oder bei großem Übersetzungsverhältnis g wird ein kleiner Drosselklappenöffnungsgrad-Sollwert Rt festgelegt, so daß eine sehr schnelle Betätigung der Hauptdrosselklappe 7 ver­ hindert wird. So wird das Fahrzeug ungeachtet des Vorhanden­ seins von Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Übersetzungsverhältnisses gleichmäßig gefahren.
Wenn der Öffnungsgrad R der Drosselklappe den oberen Grenz­ wert Rmax erreicht, gelangt der Betätigungshebel 38 der elek­ tromagnetischen Kupplung 37 in Eingriff mit dem beweglichen Kontakt 36a des Grenzschalters 36, um dadurch den Schalter 36 auszuschalten. Somit wird der Motor 32 ausgeschaltet, so daß ein weiteres Öffnen der Hauptdrosselklappe 7 verhindert wird. Bei einem Schlupf der Antriebsräder wird die Hilfsdrossel­ klappe 8 auf die gleiche Weise wie beim Fahren mit manuellem Betrieb betätigt, um den Antrieb zu verbessern.
Wenn gemäß der Erfindung das Fahrzeug mit automatischem Be­ trieb gefahren wird, wird der Drosselklappenöffnungsgrad nach Maßgabe des Sollwerts der Längsbeschleunigung gesteuert. So­ mit wird das Fahrzeug gleichmäßig angetrieben. Ferner wird die Stellgröße in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindig­ keit und dem Übersetzungsverhältnis korrigiert, so daß stän­ dig ein gleichmäßiges Fahren gewährleistet wird.

Claims (5)

1. System zum Steuern einer Drosselklappe bei einem automati­ schen Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Betäti­ gungseinheit zum Betätigen der Drosselklappe (7), einer Ka­ mera (41) zum Aufnehmen von Fahrzuständen eines vorausfahren­ den Fahrzeugs und zum Erzeugen eines Fahrzustandssignals, und Sensoren (40, 42, 44) zum Aufnehmen von Fahrzuständen des ge­ steuerten Fahrzeugs und zum Erzeugen von Fahrzustandssigna­ len, gekennzeichnet durch
  • - eine erste Bestimmungseinheit (52), die aufgrund der Fahr­ zustandssignale einen Sollwert einer Längsbeschleunigung in Abhängigkeit von dem Fahrzustandssignal bestimmt;
  • - eine zweite Bestimmungseinheit (53), die einen Drosselklap­ penöffnungsgrad-Sollwert nach Maßgabe des Sollwerts der Längsbeschleunigung bestimmt;
  • - eine Vorgabeeinrichtung (54, 55), die eine Stellgröße nach Maßgabe des Drosselklappenöffnungsgrad-Sollwerts vorgibt; und
  • - einen Treiber (56) zum Betätigen der Betätigungseinheit nach Maßgabe der Stellgröße, um das Fahrzeug in jedem Fahrzustand gleichmäßig zu beschleunigen und zu verlang­ samen.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselklappenöffnungsgrad-Sollwert (Rt) mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit (V) und einem Übersetzungsverhältnis (g) eines Getriebes des Kraftfahrzeugs korrigiert wird.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzustandssignale eine Fahrzeuggeschwindigkeit (V) und eine Entfernung (L) zwischen dem gesteuerten und einem vorausfahrenden Kraftfahrzeug umfassen.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorgabeeinrichtung (54, 55) eine Stellgröße erzeugt durch Berechnen einer Abweichung (ΔR) zwischen einem Drossel­ klappenöffnungsgrad-Istwert und dem Drosselklappenöffnungs­ grad-Sollwert und Korrigieren der Abweichung durch eine PI- Regelung.
5. System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselklappenöffnungsgrad-Sollwert (Rt) so vorgege­ ben ist, daß er mit größer werdendem Übersetzungsverhältnis (g) abnimmt.
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