DE4439424C1 - Tempomat-Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung, insbesondere für ein Dieselfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahrgeschwindigkeitsregel­ einrichtung in Form eines sogenannten Tempomaten für ein Kraft­ fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, wobei der Tempomat einen Geschwindigkeitsregler und ein dies nachgeordnetes Kraftstoff­ einspritzmengen-Einstellglied umfaßt.

Eine Fahrzeuggeschwindigkeitsregeleinrichtung dieser Art für ein Nutzfahrzeug wird z. B. in dem Beitrag "Elektronisches Gaspedal für Nutzfahrzeuge", Automobiltechnische Zeitschrift 95 (1993) 2, Seite 80 von G. Gils und A. Vokan beschrieben.

Tempomaten sind bekannter­ maßen elektrische Einrichtungen zur Regelung der Fahrzeugge­ schwindigkeit, die fahrerangefordert, meist über einen hierfür vorgesehenen Tempomatbedienhebel, aktiviert werden. Nach Akti­ vierung beginnt die Tempomatregelung jeweils an dem vom Fahrpe­ dal vorgegebenen Lastpunkt, d. h. mit der entsprechenden Kraft­ stoffeinspritzmenge, damit die Regelung ruck- und verzögerungs­ frei einsetzt. Typischerweise sind über den Bedienhebel die Betriebsarten Setzen und Beschleunigen, Setzen und Verzögern so­ wie Wiederaufnahme einstellbar, wobei während der Bedienhebelbe­ tätigung die Fahrzeuggeschwindigkeit in der gewünschten Weise verändert und beim Loslassen desselben die dann vorliegende Ist­ geschwindigkeit als Sollgeschwindigkeit der Tempomatregelung festgelegt wird. Die Tempomatregeleinrichtung enthält als Regler typischerweise einen PDT₁-Regler, dessen Ausgangssignal den Ein­ gang des Kraftstoffeinspritzmengen-Einstellgliedes beaufschlagt.

In der Patentschrift US 4 374 422 ist eine Fahrgeschwindigkeits­ regeleinrichtung für Nutzfahrzeuge offenbart, bei der von einem verstärkten Geschwindigkeits-Regelabweichungssignal Signale sub­ subtrahiert werden, die bei hoher Änderungsrate der Regelabwei­ chung beziehungsweise der Drosselklappenbewegung einsetzen und jeweils exponentiell abfallen. Diese Subtraktion der zusätzli­ chen Signale soll die Regelantwort begrenzen und der Stabilität der Regelung dienen.

Aus der Offenlegungsschrift DE 28 16 613 A1 ist eine Tempomat- Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung bekannt, bei der vom Aus­ gangssignal des Geschwindigkeitsreglers das Ausgangssignal eines zum Geschwindigkeitsregler parallel geschalteten Beschleuni­ gungsreglers subtrahiert wird, wobei das dadurch gebildete Stellsignal einerseits einem nachfolgenden Stellglied und ande­ rerseits über einen Hochpaß dem Beschleunigungsregler rückkop­ pelnd zugeführt ist. Der Beschleunigungsregler soll eine Verbes­ serung des dynamischen Regelverhaltens dahingehend bewirken, daß die gewünschte Sollgeschwindigkeit bei Istgeschwindigkeitsände­ rungen schneller erreicht wird. Die Hochpaßrückkopplung soll si­ cherstellen, daß Sollgeschwindigkeitsänderungen verzögert an das Stellglied weitergeleitet werden können.

In der Offenlegungsschrift DE 26 54 455 A1 ist eine Einrichtung zum Regeln der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges be­ schrieben, bei welcher einem Fahrgeschwindigkeitsregler ein­ gangsseitig ein Ist- und ein Sollgeschwindigkeitssignal zuge­ führt wird, der ein davon abhängiges Reglerausgangssignal ab­ gibt. Das Reglerausgangssignal wird einem Drosselklappenstell­ glied über eine sogenannte Miller-Integratorstufe zugeführt, die bewirkt, daß jede Änderung des Reglerausgangssignals bis zu ei­ nem vorgegebenen Amplitudenwert unverzögert oder allenfalls ge­ ringfügig verzögert und oberhalb dieses Wertes verzögert weiter­ gegeben wird.

Besonders für die elektronische Regelung der Dieseleinspritzung bei Kraftfahrzeugen mit Dieselmotor ist die exakte Ermittlung der unter motorischen Gesichtspunkten optimalen Einspritzmenge aus der Fahrpedalstellung über einen zugeordneten Stellungsgeber sowie aus der Motordrehzahl wichtig. Die Daten der für jeden Zu­ stand notwendigen Einspritzmenge sind üblicherweise in einem Einspritzmengenkennfeld angelegt. Dabei erhöht sich bei konstan­ ter Fahrpedalstellung und zunehmender Motordrehzahl typischer­ weise die vom Kennfeld gelieferte Einspritzmenge und somit das vom Verbrennungsmotor abgebbare Moment. Insbesondere bei Fahr­ zeugen mit Automatgetriebe mit hydraulischem Drehmomentwandler tritt dabei folgendes Problem auf. Bei Fahrzeugstillstand und laufendem Motor dreht sich das mit dem Motor verbundene Pumpen­ rad des Wandlers, während dessen getriebeseitiges Turbinenrad steht. Bei maximaler Motordrehzahl besitzen Pumpen- und Turbi­ nenrad annähernd gleiche Drehzahl, wobei im Zugbetrieb das Tur­ binenrad über eine Hydraulikflüssigkeit von der Rotation des Pumpenrades mitgenommen wird. Zwischen diesen beiden extremen Zuständen ergibt sich folglich ein sogenanntes Schlupfband, das den Drehzahlunterschied zwischen Pumpen- und Turbinenrad wieder­ gibt und mit zunehmender Motordrehzahl enger wird. Im Schubbe­ trieb kehren sich die Funktionen von Pumpen- und Turbinenrad mit schlechterem Wirkungsgrad um, wodurch sich das Schlupfband ge­ genüber dem normalen Zugbetrieb noch vergrößert. Beim Übergang vom Schub- zum Zugbetrieb, z. B. aufgrund eines Übergangs von ei­ ner Gefäll- zu einer Steigungsstrecke, kann die Breite des Wand­ lerschlupfbereiches 1000 U/min und mehr betragen, was im Tempo­ matbetrieb die Geschwindigkeitsregelung insbesondere für kleine­ re Sollgeschwindigkeiten beeinflußt, denn der Drehmomentwandler des Getriebes wirkt in der Regelstrecke wie ein Totzeit- oder Verzögerungsglied. Besonders bei Tempomat-Regelgeschwindigkeiten bis ca. 70 km/h im 4. oder 5. Gang befindet sich die Motordreh­ zahl im Bereich großen Wandlerschlupfes. Auf einer Gefällstrecke muß der Motor nur wenig oder kein Vortriebsmoment abgeben, um die Geschwindigkeit zu halten, so daß die Motordrehzahl absinkt, ohne daß dies mit einer Geschwindigkeitsabnahme einhergeht. Der Drehzahlabfall führt aufgrund des Einspritzmengenkennfeldes zu einer weiteren Reduktion der Einspritzmenge, was dann zu einem Absinken der Istgeschwindigkeit geringfügig unter die Sollge­ schwindigkeit führt. Durch die entstehende Geschwindigkeitsre­ gelabweichung gibt der Tempomatregler ein einspritzmengenerhö­ hendes Signal ab, was sich jedoch wegen des Wandlerschlupfes zu­ nächst nur als Drehzahl und nicht als Geschwindigkeitserhöhung auswirkt. Ist dann die Geschwindigkeitsdifferenz ausgeregelt, hat der Tempomatregler bereits einen zu hohen Ausgangswert, der zu einer positiven Geschwindigkeitsregeldifferenz führt, die ei­ ne anschließende Gegenregelung des Tempomaten veranlaßt. Mithin entsteht durch das Einspritzmengenkennfeld mit seiner Drehzahl­ bewertung und durch das Schlupfband des Getriebedrehmomentwand­ lers ein Mitkopplungseffekt, der Motordrehzahlpendelungen begün­ stigt. Bei längerer Gefällstrecke können sich die anfangs even­ tuell nur akustisch und durch optische Anzeige wahrnehmbaren Drehzahlinstabilitäten aufschaukeln und als Ruckeln spürbar wer­ den.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Tempomat-Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung der eingangs genannten Art zugrunde, welche diesen Motordrehzahlpendelungen bei geringer Last entgegenwirkt.

Dieses Problem wird durch eine Tempomat-Fahrgeschwindigkeits­ regeleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch das Vorsehen des Abschwächungsgliedes wird faktisch eine Verrin­ gerung der Reglerverstärkung in dem für Drehzahlpendelungen emp­ findlichen Drehzahlbereich bei geringer Motorlast erreicht. Die mit dem Abschwächungsglied bereitgestellte Abschwächung des Reg­ lerausgangssignals im unteren Wertebereich wirkt der durch die übliche Auslegung des Einspritzmengenkennfeldes bewirkten erheb­ lichen Verstärkung des Tempomatreglerausgangssignals im unteren Wertebereich entgegen, in welchem ansonsten durch das Einspritz­ mengenkennfeld Tempomatwertänderungen bis zum Faktor drei ver­ stärkt würden. Durch diese Abschwächung werden die im unteren Wertebereich des Reglerausgangssignals drohenden Drehzahlpende­ lungen zuverlässig unterdrückt. Das Abschwächungsglied ist in Verbindung mit jedem Typ von Geschwindigkeitsregler anwendbar und kann folglich sehr vielseitig zur Drehzahlpendelungsdämpfung in Tempomateinrichtungen eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Maßnahme erfordert zudem keine bei der geforderten stetigen Funktionsfähigkeit relativ aufwendigen, gleitenden Anpassungen der Reglerparameter zur Verringerung der Reglerverstärkung. Au­ ßerdem ist damit keine Rückwirkung auf den Regler verbunden, die dessen Regelungseigenschaft verstimmen könnte. Für die Applika­ tion der Einrichtung müssen zudem keine weiteren Größen, wie z. B. die Motordrehzahl, verarbeitet werden, und das Einspritz­ mengenkennfeld kann ohne Rücksicht auf Tempomatanforderungen ganz nach motorischen Gesichtspunkten gestaltet werden.

In Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 wandelt das Ab­ schwächungsglied das Reglerausgangssignal in ein Signal um, das in einem oberen Wertebereich des Reglerausgangssignals letzterem entspricht, während es in einem unteren Wertebereich um einen Faktor kleiner als das Reglerausgangssignal ist, der vom Wert eins mit fallendem Reglerausgangssignal monoton abfällt, so daß das eigentliche Tempomatreglersignal im niedrigen, für Drehzahl­ pendelungen besonders sensitiven Wertebereich sehr effektiv ab­ geschwächt und demzufolge den Drehzahlpendelungen wirksam entge­ gengewirkt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeich­ nungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungswesentlichen Teils ei­ ner Tempomat-Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung für ein Kraft­ fahrzeug mit elektronischer Dieselkraftstoffregelung und Auto­ matgetriebe und

Fig. 2 ein Schaltbild des in Fig. 1 verwendeten Tempomatreglers.

Die Tempomateinrichtung nach Fig. 1 einhaltet einen herkömmli­ chen Analogregler als Geschwindigkeitssregler (1), ein diesem nachge­ schaltetes Abschwächungsglied (2), dem eingangsseitig das Aus­ gangssignal (U_A) des Geschwindigkeitsreglers (1) zugeführt ist, sowie ein vom Ausgangssignal (k·U_A) des Abschwächungsgliedes (2) beauf­ schlagtes Kraftstoffeinspritzmengen-Einstellglied (3), das an seinem Ausgang ein entsprechendes Einspritzmengenstellsignal (S_E) abgibt.

Die Struktur des Geschwindigkeitsreglers (1) ist genauer in Fig. 2 dar­ gestellt. Der Geschwindigkeitsregler (1) besteht aus einem Operationsverstärker (4), an dessen nichtinvertierendem Eingang das Sollgeschwindig­ keitssignal (v_soll) und an dessen invertierendem Eingang über ei­ nen Widerstand (7) das Istgeschwindigkeitssignal (v_ist) angelegt ist, woraus sich das eingangsseitige Regelabweichungssignal (U_E) ergibt. Am Ausgang des Operationsverstärkers (4) steht dann das Reglerausgangssignal (U_A) an, das an den invertierenden Operati­ onsverstärkereingang über eine Parallelschaltung rückgekoppelt ist, deren einer Zweig aus einem Widerstand (5) und deren ande­ rer Zweig aus einer Serienschaltung eines Widerstands (6) und eines Kondensators (8) besteht.

Der solchermaßen aufgebaute Tempomatregler (1) besitzt eine Reg­ lerantwort auf einen normierten Sollwertsprung, die aus einer nach Ablauf einer Reglerzeitkonstante erreichten, statischen P- Verstärkung im eingeschwungenen Reglerzustand sowie aus einer instantanen, dynamischen P-Verstärkung besteht, die typischer­ weise 25% bis 60% der statischen P-Verstärkung beträgt, wobei die Reglerverstärkung vom instantanen, dynamischen auf den sta­ tischen Verstärkungswert innerhalb der Reglerzeitkonstante nach einer Exponentialfunktion ansteigt.

Das Kraftstoffeinspritzmengen-Einstellglied (3) erzeugt das Ein­ spritzmengenstellsignal (S_E) für einen nachgeschalteten, nicht gezeigten Aktuator in Abhängigkeit von zugeführten Eingangsgrö­ ßen anhand eines vorgegebenen, im zugehörigen Funktionsblock von Fig. 1 nur schematisch angedeuteten Einspritzmengenkennfeldes (EK), wie es für elektronische Dieseleinspritzungen üblich ist, wobei besonders die niedrigen Eingangssignalwerte durch die Aus­ legung des Einspritzmengenkennfeldes (EK), z. B. im Bereich klei­ ner als 15% des maximalen Eingangssignals, merklich verstärkt werden. Um im Tempomatbetrieb Drehzahlpendelungen bei geringer Motorlast aufgrund einer solchen erheblichen Verstärkung der niedrigen Tempomatausgangssignale zu verhindern, ist zwischen den Geschwindigkeitsregler (1) und das Kraftstoffeinspritzmengen-Einstellglied (3) das Abschwächungsglied (2) eingeschleift. Neben dem Aus­ gangssignal (k·U_A) des Abschwächungsgliedes (2) sind dem Kraft­ stoffeinspritzmengen-Einstellglied (3) eine Motordrehzahlinfor­ mation (Md) sowie eine Fahrpedalstellungsinformation (Fs) als Eingangsgrößen zugeführt, wobei der Fahrpedalstellungswert ohne Einfluß bleibt, solange das Abschwächungsglied (2) ein demgegen­ über größeres Ausgangssignal (k·U_A) abgibt.

Das Abschwächungsglied (2) multipliziert das eingangsseitig zu­ geführte Reglerausgangssignal (U_A) mit einem Faktor (k) zur Er­ zeugung des Ausgangssignals (k·U_A), das dem Kraftstoffeinspritz­ mengen-Einstellglied (3) als ein Eingangssignal zugeführt ist. Der Multiplikationsfaktor (k) ist hierbei durch eine Kennlinie vorgegeben, wie sie im Funktionsblock des Abschwächungsglieds (2) in Fig. 1 gezeigt ist. Der Faktor (k) ist dabei abhängig vom Eingangssignal, d. h. vom Reglerausgangssignal (U_A), wobei er in einem oberen Eingangssignal-Wertebereich (B2) zwischen etwa 42% und 100% des maximalen Reglerausgangssignals (U_AM) konstant den Wert eins an­ nimmt. In diesem oberen Eingangssignal-Wertebereich (B2) des Reglerausgangs­ signals (U_A) wird letzteres folglich unverändert vom Abschwä­ chungsglied (2) an das Kraftstoffeinspritzmengen-Einstellglied (3) als Steuerungssignal durchgelassen. Vom unteren Grenzpunkt des oberen Eingangssignal-Wertebereich (B2) fällt dann der Multiplikationsfak­ tor (k) mit fallendem Eingangssignal (U_A) stetig monoton ab, bis er beim Minimalwert null des Eingangssignals (U_A) seinen minima­ len Wert (km) annimmt, der z. B. etwa 0,25 beträgt. Der genaue Verlauf in diesem unteren Eingangssignal-Wertebereich (B1) des Reglerausgangs­ signals (U_A), in welchem der Abschwächungsfaktor (k) kleiner als eins bleibt, kann je nach Anwendungsfall z. B. empirisch festge­ legt werden. Zur Speicherplatzersparnis kann dieser Verlauf durch wenige Stützstellen mit linearer Interpolation zwischen den Stützstellen vorgegeben sein. Außerdem können je nach Anwen­ dungsfall der minimale Wert (k_m) des Faktors sowie die Lage des Grenzpunktes zwischen unterem (B1) und oberem Eingangssignal-Wertebereich (B2) des Regelausgangssignals (U_A) passend gewählt werden.

In jedem Fall ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung des Ab­ schwächungsgliedes zwischen dem Tempomatregler und dem Kraft­ stoffeinspritzmengen-Einstellglied eine wirksame Dämpfung von Drehzahlpendelungen im Tempomatbetrieb bei geringer Motorlast, wobei der Tempomatregler von üblicher Bauart sein kann, ohne daß Veränderungen an diesem selbst erforderlich sind.

Claims (3)

1. Tempomat-Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung für ein Kraft­ fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, insbesondere einem Die­ selmotor, mit

• - einem Geschwindigkeitsregler (1), dem eingangsseitig ein Ist­ geschwindigkeitssignal (v_ist) und ein Sollgeschwindigkeitssignal (v_soll) zugeführt sind und ein von diesen Eingangssignalen ab­ hängiges Reglerausgangssignal (U_A) an einem Ausgang abgibt, und
• - einem Kraftstoffeinspritzmengen-Einstellglied (3), das anhand eines vorgegebenen Einspritzmengenkennfeldes (EK) ein Einspritz­ mengenstellsignal (S_E) in Abhängigkeit eines einem Eingang zugeführten Ein­ gangssignals abgibt,

gekennzeichnet durch

• - ein Abschwächungsglied (2), das eingangsseitig mit dem Ausgang des Geschwindigkeitsreglers (1) und ausgangsseitig mit dem Ein­ gang des Kraftstoffeinspritzmengen-Einstellgliedes (3) verbunden ist und das ein Ausgangssignal (k·U_A) abgibt, welches in einem unteren Eingangssignal-Wertebereich (B1) kleiner als sein Ein­ gangssignal (U_A) ist.

2. Tempomat-Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschwächungsglied (2) sein Ausgangssignal (k·U_A) durch Mul­ tiplikation seines Eingangssignals (U_A) mit einem eingangssignal­ abhängigen Faktor (k) erzeugt, der in dem unteren Eingangs­ signal-Wertebereich (B1) von einem vorgegebenen Minimalwert (k_m) mit steigendem Eingangssignal (U_A) stetig und monoton auf den Wert eins ansteigt und im anschließenden, oberen Eingangssignal- Wertebereich (B2) auf diesem Wert eins verbleibt.