DE69209660T2

DE69209660T2 - Steuerungshilfsgerät für die leistungskontrolle von fahrzeugen mit verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE69209660T2
Application number: DE69209660T
Authority: DE
Inventors: Alain Landrretche
Original assignee: Individual
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1991-12-26
Filing date: 1992-12-18
Publication date: 1996-12-05
Anticipated expiration: 2012-12-19
Also published as: FR2685667A1; US5568797A; ES2088272T3; CA2126676A1; WO1993012949A1; DE69209660D1; EP0617674B1; EP0617674A1; ATE136264T1; FR2685667B1; JPH07508235A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servovorrichtung für die Steuerung der Leistung von Kraftfahrzeugmotoren. Sie ist insbesondere bestimmt für die Beherrschung der Geschwindigkeit und des Traktionsrutschens von Straßenfahrzeugen, aber diese Anwendung ist zu verstehen als ein nicht einschränkendes Beispiel für ihre potentiellen Anwendungsgebiete. Der Komfort und die Leistung von Straßen-Kraftfahrzeugen sowie die Verkehrssituationen der modernen Welt machen den Aspekt von Geschwindigkeitsbegrenzungen problematisch. Der Fahrer, der gleichzeitig sein Fahrzeug auf der zugelassenen Höchstgeschwindigkeit halten und gesetzliche Bestimmungen nicht übertreten will, ist gezwungen, dem Rechner eine große Aufmerksamkeit zu widmen. Eine Vorrichtung, die bei dieser Aufgabe wirkungsvoll assistieren könnte, würde von besonderem Interesse sein. Man kennt ältere Ausführungsformen, unter welchen man drei Prinzipien unterscheiden kann.
- Die Geschwindigkeitsregler: Sie halten die Geschwindigkeit trotz Veränderungen des Straßenprofils stabil.
- Geschwindigkeitsüberschreitungs-Alarmeinrichtungen: Sie signalisieren das Überschreiten der Höchstgeschwindigkeit mittels eines Licht- oder Tonalarms.
- Die Geschwindigkeitsbegrenzer: Sie stellen sich einer Überschreitung der Höchstgeschwindigkeit entgegen, am häufigsten, indem sie einen beweglichen Anschlag in den Bereich der Leistungssteuerung bringen. Die Einrichtungen gemäß diesen Prinzipien sind schlußendlich wenig verbreitet, mit Ausnahme von Regeleinrichtungen, welche die Konstrukteure als Option für Hochleistungsfahrzeuge vorschlagen. Man kann als repräsentative Beispiele die französischen Patente 2 164 362, 2 537 742, 2 444 163, 2 632 578 und das Patent GB-A-2 114 717 (British Aerospace) zitieren. Dieses Patent beschreibt eine Vorrichtung, die mittels eines speziellen Schrittmotors strenge Abstufungen und eine Widerstandskraft analog zu einer Reibungskraft erzeugen, welche hinsichtlich ihrer Position als auch hinsichtlich ihrer Intensität gesteuert werden und sich der freien Verlagerung des Pedals entgegensetzen. Diese Einrichtungen werfen Probleme auf, die durch die Erfindung gelöst werden sollen:
- Die Regler wirken nicht als Begrenzer und sind nicht im Stadtverkehr anwendbar: Sie ermöglichen nicht das natürliche Verlangsamen durch Freigeben des Pedals und werden außer Betrieb gesetzt durch ein Einwirken auf die Bremse oder die Kupplung.
- Die Alarmeinrichtungen tragen nicht zu einer Steuerungsautomatik bei und helfen nicht, die Geschwindigkeit in einem engen Bereich zu halten.
- Die Begrenzer haben den Nachteil, daß sie das Fahrzeug einschränken, oder daß in die Bewegungsbahn des Pedals ein harter Anschlagpunkt positioniert wird, wodurch die benutzte Regeleinrichtung und Betriebsart für den Fahrer unangenehm werden und mit einer Stabilisierung der Geschwindigkeit unverträglich sind.
Die im folgenden beschriebene Erfindung resultiert aus einer anderen Annäherung an das Problem und beinhaltet die Funktionen dieser drei Einrichtungen, ohne deren Beschränkungen aufzuweisen. Sie wirkt gleichzeitig und durch das gleiche Organ als Signal-, Begrenzungs- und Steuerungsvorrichtung, und sie ist unabhängig von den Verkehrsbedingungen anwendbar. Sie läßt dem Fahrer auch das Maximum an freiem Willen und verändert nicht seine Fahrgewohnheiten, wobei sie ihn jedoch sehr wirkungsvoll unterstützt.
Die Lösung bestand darin, einen Regelkreis zu realisieren, in den der Fahrer wie ein aktives Element integriert ist. Die Vorrichtung besteht zumindest aus einem Geschwindigkeitsfühler, einem Sollwertwähler, einer elektronischen Einheit und einem Servomotor. Die von einem Fühler ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit wird von der elektronischen Einheit mit der ausgewählten Sollgeschwindigkeit verglichen. Wenn die Geschwindigkeit größer wird als der Sollwert, steuert die elektronische Einheit den zur Kraftregelung verwendeten Servomotor, um auf das durch den Fahrer direkt betätigte Organ zur Leistungsregelung, beispielsweise ein Gaspedal, eine gesteuerte Rückholkraft auszuüben. Diese durch eine mechanische Verbindung übertragene Kraft wird von einer Feder erzeugt, die einem Dreieckspunktmechanismus zugeordnet ist, bei dem ein Motor die Kraftkomponenten verlagert, die auf das Ausgangsorgan des Servomotors einwirken. Die Rückholkraft auf das Pedal wird damit ohne Diskontinuität von einem minimalen Wert bis zu einem maximalen Wert geregelt, unabhängig von dessen Stellung, in Abhängigkeit von dem Steuersignal, das der Servomotor von der elektronischen Einheit erhält. Die Erfindung entmächtigt damit den Fahrer nicht von der Steuerung seines Beschleunigungsorganes:
- Das Ausmaß der Geschwindigkeitsüberschreitung wird ihm übermittelt durch eine Wahrnehmung, die unmittelbar gekoppelt ist mit dem Fahrbetrieb; die Rückholkraft auf das Pedal steht in direktem Verhältnis zu der Geschwindigkeitsdifferenz. Die Beobachtung des Rechners ist nicht mehr notwendig.
- Die Intensitätsveränderungen dieser Kraft sind ausreichend, um dem Fahrer zu helfen, unbewußt und ohne Anstrengung die Position des Pedals des Beschleunigungsorganes zu korrigieren.
Der Fuß des Fahrers wird damit gleichzeitig als Geschwindigkeitsfühler und als intelligenter Akteur hinsichtlich des Fahrverhaltens benutzt; die Beherrschung der Geschwindigkeit wird auf die instinktive Regelung einer Kraft transponiert, und der Fahrer kann ohne Anstrengung bei seiner Aufmerksamkeit die Geschwindigkeit limitieren oder stabilisieren. Die angewandten technischen Lösungen ermöglichen es ihm auch zu jedem Augenblick, den Einfluß der Vorrichtung außer Kraft zu setzen.
Die Begrenzung des Traktionsrutschens beruht auf den gleichen Prinzipien unter Einschluß der Messung der Geschwindigkeit der Räder.
Es ist zu bemerken, daß die Erfindung nicht mit den anderen Ausrüstungselementen (elektronische Einspritzung, automatischem Getriebe, elektronisch gesteuerte Gasklappe..) inkompatibel ist, und daß ihre Installation nur eine geringe Anpassung erforderlich macht. Sie beinhaltet prinzipiell selbst eine große Sicherheit und fordert von dem Fahrer kein weiteres Manöver als die Auswahl der Höchstgeschwindigkeit. Die Einfachheit der eingesetzten Mittel garantiert einen sehr geringen Herstellungspreis und eine große Zuverlässigkeit.
Die detaillierte Erläuterung der Funktionsweise in der folgenden Beschreibung trägt dazu bei, die Bedeutung und die Vorteile dieser Prinzipien ebenso wie die angewandten technischen Lösungen zu würdigen. Die beigefügten Figuren repräsentieren:
- Figur 1: Gesamtübersicht.
- Figur 2: Verbindungsvariante.
- Figur 3: Funktionsprinzip des Servomotors
- Figur 4: Prinzip einer in das Pedal integrierten Ausführungsform
- Figur 5: Variante mit Pedal
- Figur 6: Ausführungsvariante des Servomotors
- Figur 7: Ausführungsvariante des Servomotors
- Figur 8: Ausführungsvariante des Servomotors
- Figur 9: Übersicht der elektronischen Einheit
- Figur 10: Detail hinsichtlich der Anpassung an das Pedal
- Figur 11: Detail des Pedals, Variante.
- Figur 12: Detail des Pedals, Variante.
- Figur 13: Praktisches Ausführungsbeispiel
Bei dem für die Beschreibung der Betriebsweise der Erfindung ausgewählten, nicht einschränkenden Beispiel, ist das durch den Fahrer direkt betätigte Organ zur Leistungsregelung das Gaspedal. Die Leistungsregelung erfolgt über die Drosselklappe eines Kraftfahrzeuges. Es könnte sich gleichviel um eine Einspritzpumpe oder um eine elektronische Steuervorrichtung handeln, wobei das Prinzip sich ebenso aufirgendeine andere motorisch angetriebene Maschine anwenden ließe. Zuerst wird Bezug genommen auf Figur 1.
Die Drosselklappe (1) wird mittels eines Seils (2) beaufschlagt, das durch das Pedal (3) gegen die Kraft der Feder (4) betätigt wird. Eine mit den Pedalbewegungen gekoppelte mechanische Verbindung (5) beauf schlagt auch im Sinne einer Lageveränderung das Ausgangsorgan (6) des Servomotors (7). Wie es in Figur 2 dargestellt ist, kann die mechanische Verbindung (5) insgesamt oder teilweise dem Servomotor und der Leistungssteuerung, im vorliegenden Fall der Drosselklappe, gemeinsam sein.
Eine elektronische Steuereinheit (12) empfängt den Geschwindigkeitsmeßwert (8) von einem Fühler (9). Sie empfängt auch über die Leitung (10) den von einem Wähler (16) stammenden Grenzgeschwindigkeitssollwert. Dieser Sollwert kann aus vorgegebenen Werten ausgewählt sein oder aus der Speicherung der Augenblicksgeschwindigkeit resultieren. Er kann auch zugewiesen sein durch eine externe Einrichtung: drahtlose Fernlenkung, Sicherheitslenkeinrichtung, Antikollisionssystem. Das von der elektronischen Einheit gebildete Signal (11) gewährleistet die Steuerung des Servomotors (7), der zur Kraftregelung verwendet wird. Sobald die Geschwindigkeit des Fahrzeuges den Sollwert überschreitet, steuert dieses Signal den Servomotor derart, daß er auf das Pedal (3) mittels des Ausgangsorgans (6) und über die Verbindung (5) eine kontrollierte Rückholkraft ausübt, die entgegengesetzt zu derjenigen ist, die von dem Fahrer ausgeübt wird. Die Verwendung des Servomotors zur Kraftregelung ist eines der wesentlichen Merkmale dieser Erfindung, welches sie von früheren Ausführungsformen, Begrenzern oder Reglern, bei denen der Servomotor zur Nachlaufregelung dient, unterscheidet. Im vorliegenden Fall kann im Gegensatz dazu der Einwirkungspunkt der Kraft irgendeine Position einnehmen, da er mit der Pedalbewegung gekoppelt ist. Die Rückholkraft wird weiterhin durch die elektronische Einheit derart gesteuert, daß sie eine Funktion der Geschwindigkeitsdifferenz ist. Ihre Intensität und Einwirkungsprogressivität sind zu jedem Zeitpunkt durch die Regelung bestimmt, unabhängig von den Bewegungen des Pedals. Der Servomotor kann diese Kraft ohne Diskontinuität von einem Nullwert bis zu einem Grenzwert des Funktionsbereiches einstellen. Er übermittelt auf diese Weise an den Fahrer eine wahrnehmbare Vorstellung über die Geschwindigkeitsdifferenz. Die Rückholkraft ist ausreichend stark, um den Fuß des Fahrers zu verlagern, wobei sie ihrerseits auch ein Reflexverhalten auslöst, durch welches der Fahrer instinktiv das Fahrzeug auf der vorgewählten Geschwindigkeit hält. Der Fahrer kann trotz allem für ein gewolltes und momentanes Überschreiten der Grenzgeschwindigkeit mit einer größeren Kraft einwirken. Diese Ausnahmesituation wird durch einen Alarm signalisiert, der ausgelöst wird, wenn die Geschwindigkeitsdifferenz auf einem überhöhten Wert verbleibt. Andererseits wird die Rückholkraft vorübergehend unter dem Einfluß eines durch das Auskuppeln gesteuerten Signals auf einen niedrigen Wert zurückgeführt, ebenso auch dann, wenn die Niederdrückgeschwindigkeit des Gaspedals, welche für eine Beschleunigungsabsicht repräsentativ ist, einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt. Die Pedalgeschwindigkeit kann mittels eines in den Servomotor integrierten Fühlers oder bewirkt durch eine externe Information übertragen werden. Diese Lösungen verbessern die Fahrannehmlichkeit und berücksichtigen vollständig den freien Willen des Fahrers. Er kann ebenso mit einer geringeren Geschwindigkeit fahren, indem er einfach das Gaspedal freigibt; es ist kein Manöver zum Außerbetriebsetzen des Systems notwendig. Sobald die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer ist als der Sollwert, formiert die elektronische Einheit auf der Leitung (11) das Signal, das den Servomotor auf eine Nullkraft einstellt. Die Einrichtung ist dann nicht mehr für den Fahrer wahrnehmbar. Es ist bemerkenswert, daß die Erfindung zu keinem Zeitpunkt die Fahrzeugleistung und damit das Beschleunigungsvermögen beschränkt, und daß ihre Benutzung seitens des Fahrers weder eine Aufmerksamkeit noch eine spezielle Intervention erforderlich macht. Der Geschwindigkeitsbegrenzer ist ebenso für den Stadtverkehr oder dichten Straßenverkehr, wo er nicht die Fahrgewohnheiten verändert, wie für Großprojekte auf Autobahnen mit Geschwindigkeits festlegung geeignet. Diese Merkmale unterscheiden die Erfindung von Begrenzern, wie sie in den älteren Patenten beschrieben sind, bei denen der Steuerungsmechanismus wie ein beweglicher Anschlag gegen die Pedalbewegung wirkt, selbst wenn es vorgesehen ist, daß dieser Anschlag federnd ist und überwunden werden kann, indem man eine stärkere Kraft zur Einwirkung bringt. Tatsächlich wird der Anschlag in seiner Position und in seiner Funktion durch die Geschwindigkeitsdifferenz reguliert, und die Dauer, während der er dem Pedal entgegenwirkt, hingt damit von den Bewegungen desselben ab, und zwar sowohl hinsichtlich der Intensität als auch bezüglich der Progressivität. Die Wahrnehmungen des kritischen Punktes sind daher nicht reproduzierbar, zuweilen heftig und ohne direkte Relation zu der Geschwindigkeitsdifferenz. Die Vorrichtung gemäß GB-A-2 114 717 drückt nicht das Pedal durch eine elastische Kraft zurück, sondern bremst dessen Verstellung ab und kann sie sogar blockieren, was im Gegensatz zu den Prinzipien der Erfindung steht. Die hier beschriebene Erfindung beseitigt vollständig diese Nachteile dadurch, daß die Kraftintensität und die Progressivität ihrer Aktion bei allen Gegebenheiten durch die Regelung beeinflußt werden. Der Betrieb der Vorrichtung, der weich, progressiv und kohärent mit dem Verhalten des Werkzeuges ist, bewirkt, daß ihre Benutzung niemals als störend empfunden wird. Ein weiteres interessantes Merkmal besteht darin, daß konstruktionsbedingt die durch den Servomotor erzeugte Kraft nur in einer Richtung wirksam ist. Sie kann daher nur in der Rückstellrichtung auf eine Geschwindigkeit Null hin wirksam werden und in keinem Fall im Sinne einer Beschleunigung, was ausdrücklich unter der Kontrolle des Fahrers bleibt, und zwar im Gegensatz zu der auf Regler abgestellten Disposition. Die Vorrichtung ist damit von einer auf positive Sicherheit gerichteten Art und benötigt keinen zusätzlichen Kunstgriff, um einer Fehlfunktion entgegenzuwirken. Die Leitungen (13) und (14) können an die elektronische Einheit Sicherheitssignale übertragen, zum Beispiel das Alarmzeichen "Stop" für Kraftfahrzeuge, und/oder das Ausmaß einer Motorüberlastung, ohne daß diese Beispiele einschränkend sind. Diese Signale sind mit Priorität wirksam, um die Rückholkraft auf ein Maximum einzusteuern, selbst wenn die Begrenzer/Regler-Funktion nicht in Betrieb ist, wodurch die Information an den Fahrer und die Sicherheit verbessert werden. Die Regelung des Traktionsrutschens erfolgt gemäß den gleichen Prinzipien: die elektronische Einheit ermittelt das Rutschen, indem sie die Drehzahl der Räder vergleicht, und bestimmt das Korrektursignal. Die verschiedenen Steuersignale für die Geschwindigkeit, das Rutschen, die Sicherheit, werden in einem Maximumwähler verglichen. Dasjenige, welches die höchste Rückholkraft einschließt, bestimmt das Signal, durch welches die Leitung (11) auf die Steuerung des Servomotors einwirkt, außer wenn eine Auskuppelaktion oder eine Beschleunigung das Steuersignal nicht vorübergehend auf einen niedrigen Wert herunterführt. Die elektronische Einheit kann auch als Funktion der zuvor definierten Kriterien mindestens ein elektrisches Ausgangssignal erzeugen. Man kann beispielsweise auf die absolute Begrenzung der Maximalgeschwindigkeit eines Schwerlastwagens oder eines öffentlichen Verkehrsfahrzeuges hinweisen, indem man direkt auf die Elektronik des Einspritzsystems einwirkt. Die Rutschkontrolle kann gleichfalls auf die Bremsregelung oder auf die Fahrzeuglichter gleichzeitig mit der Steuerung der Rückholkraft der Steuerkraft einwirken. Diese Resultate werden ohne zusätzlichen Investitionsbedarf erhalten.
Die Figur 3 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform des Servomotors, welche es ermöglicht, seine Funktionsweise zu verstehen. Er funktioniert gemäß dem Prinzip einer Kraftsteuerung im offenen Regelkreis, die erhalten wird durch Verlagerung der Kraftkomponenten, die eine Feder auf den Ausgangs-Bewegungshebel ausübt. Dieser Effekt ist für sich das Resultat einer Regelung im geschlossenen Regelkreis der Position eines der Einspannpunkte der Feder. Er ist gebildet durch einen Elektromotor (18), der einem Reduzterorgan (19) zugeordnet ist, um einen Getriebemotor mit nicht reversibler, mechanischer Bewegung zu bilden. Die Abtriebsachse (27) des Getriebemotors treibt einen Schwingarm (28) zu einer Drehbewegung an, dessen Ende sich entlang des Bogens IJ verlagert. Ein Rekopiersystem (23), zum Beispiel Potentiometer oder Binärkodierer, ist bewegungsfest mit dem Schwingarm verbunden und überträgt an die elektronische Einheit die Information, welche die Positionsregelung der letzteren ermöglicht. Die Position kann auch dadurch bestimmt werden, daß man die Anzahl der Umdrehungen des Motors zählt. Das Ausgangsorgan des Servomotors, der zur Übertragung der Rückholkraft dient, ist der Hebel (6). Dieses könnte ebenso ein Kreissektor der Seilwickelung oder jedes andere mechanische Element sein, welches sich in geeigneter Weise zur Übertragung der Kraft dreht. Dieser Hebel schwingt an einem Ende um eine Achse (17), die mit dem Punkt I fluchtet und fest mit dem Gehäuse des Servomotors verbunden ist. Er verlagert sich auf einer Ebene, die parallel zu derjenigen des Schwingarmes liegt. Das andere Ende des Hebels ist an die mechanische Verbindung mit dem Pedal des Beschleunigungsorganes angeschlossen; diese Verbindung kann mittels eines biegsamen, ummantelten Seiles erfolgen. Dieses Ende verlagert sich entlang des Bogens KL, der einer proportionalen Verlagerung des Pedals entspricht, wobei K die Ruheposition und L die Position maximaler Leistung ist. Eine Feder (20) ist zwischen zwei Drehzapfen befestigt, von denen sie mit einer hohen Anfangs-Zugkraft einerseits zwischen dem Schwingarm, Drehzapfen (22), und andererseits dem Hebel, Drehzapfen (21), gespannt wird. Wenn der Drehzapfen (22) mit der Achse (17) fluchtet, übt die Zugkraft der Feder keine Drehkomponente auf den Hebel (6) aus, unabhangig davon, welche seine Position auf dem Bogen KL ist. Es wirkt damit keine Rückholkraft auf das Pedal ein. Tatsächlich ermöglicht eine geringe Fluchtlinienabweichung des Drehzapfens (22) in Richtung des Punktes J es, die richtige Zugkraft sicherzustellen ist, die notwendig ist, um die Seilspannung aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise folgt der Hebel (6) den Bewegungen des Pedals, ohne daß der Fahrer die Wirkungen empfindet. Es ist diese Position, die die elektronische Einheit dem Schwinghebel zuerteilt, sowie der Geschwindigkeit niedriger oder gleich dem Sollwert ist. Sobald die Geschwindigkeit höher wird, wird der Motor in der Weise gesteuert, daß der Schwingarm sich von 1 nach J verlagert. Die Zugkraft der Feder bewirkt dadurch eine Drehkomponente auf den Hebel (6). Die Positionsregelung des Schwingarmes und damit des Drehzapfens (6) entlang des Bogens IJ als Funktion der Geschwindigkeitsdifferenz ermöglicht es somit, die Rückholkraft F zu regeln, welche der Fahrer spürt. Null in der Position 1, ist diese Kraft ein Maximum in der Position J.
Der Mechanismus zur Zerlegung der Kraft, die dem Betrieb des Servomotors zugrundeliegt, kann vorzugsweise auch in die Pedaleinheit des Beschleunigungsorgans integriert sein, wie es in Figur 4 dargestellt ist. In diesem Fall ist der Hebel (6) durch einen Arm des Pedals ersetzt oder durch ein bewegungsfest damit verbundenes Element, welches direkt der Zugkraft der Feder (20) ausgesetzt ist. Der Schwingarm (28), der den Drehzapfen (22) entlang des Bogens IJ verlagert, kann von dem Getriebemotor getragen werden oder an einer unabhängigen Achse angelenkt sein und durch den Getriebemotor über eine mechanische Verbindung (Figur 5) angetrieben sein, welche an die Belastungs- und Raumzwänge angepaßt ist.
Bei den Mechanismen gemäß den Figuren 3 und 4 beeinflußt die Verlagerung des Hebels (6) entlang des Bogens KL geringfügig die Rückholkraft, ohne daß dieses für den Benutzer wahrnehmbar ist. Für andere Anwendungen (Roboter, Fernbedienungsgeräte, Servosteuerungen.... ) können eine höhere Präzision bei der Kraftregelung und eine größere Unabhängigkeit gegenüber der Verlagerung der Ausgangsbewegung durch unterschiedliche Mittel erreicht werden: Modifizierung der Relativbewegung des Schwingarmes und des Hebels, Austausch der Zugfeder durch eine mehrgängige Spiralfeder (26), die, wie es als Variante (Figur 6) dargestellt ist, über ein Kabel betätigt wird, und insbesondere durch Hinzufügen eines geschlossenen Regelkreises mittels einer direkten Kraftmessung. Diese an die elektronische Einheit übertragene Messung kann mittels eines bekannten Fühlers, der zwischen den Ausgangsbewegungshebel und das Anwendungsgebiet zwischengeschaltet ist, oder durch mit dem Körper des Hebels (Figur 8) fest verbundene Dehungsmeßstreifen (30) erfolgen. Diese doppelte Steuerung, offener Regelkreis/ geschlossener Regelkreis, ermöglicht eine genaue und stabile Kraftregelung. Für Anwendungen dieses Typs kann eine in zwei Richtungen wirkende Kraftsteuerung erhalten werden, indem man die Achse (17) zwischen den Positionen 1 und J der Bewegungsbahn des Drehzapfens (22) positioniert. Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, kann der Servomotor entsprechend anderen Varianten realisiert werden, die das Prinzip der Steuerung der auf das Ausgangsorgan einwirkenden zusammensetzung der Kräfte benutzen. Die Figur 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Kraft von dem Schwingarm auf den Hebel mittels eines Seils übertragen wird, das um eine Rolle geführt ist, die frei auf den Drehzapfen (22) drehbar ist. Die Position der Rolle relativ zur Achse (17) des Hebels bestimmt die Amplitude der Rückholkraft Diese Anordnung ermöglicht eine größere Flexibilität bei der Auswahl der Feder. Sie ermöglicht unter anderem die Benutzung einer mehrgängigen Spiralfeder, deren Härtevariation gegenüber der Ausgangsbewegung vernachlässigbar ist. Die Figur 7 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform, bei der der Drehzapfen (22) translatorisch durch ein Schraubspindel-Mutter-System (25) verlagert wird. Fur ]ede dieser Ausführungsformen besteht eine Konstruktionsvariante darin, einen kleinen, einfach wirkenden Dämpfer (29) vorzusehen, der einerseits an den Hebel (6) und andererseits an die mechanische Basis angeschlossen ist, um die Rückwärtsgeschwindigkeit des Hebels und den Stoß auf das Pedal für den Fall zu begrenzen, daß dieses abrupt freigegeben wird. Welches auch die gewählte Ausführungsvariante sein mag, bietet der Servomotor eine gute dynamische Verhaltensweise gegenüber den Verlagerungen der Ausgangsbewegung. Schnelle Bewegungen des Pedals des Beschleunigungsorgans führen nicht zu für den Benutzer wahrnehmbaren Kraftveränderungen, was zu einem angenehmen Empfinden mit großer Weichheit beiträgt. Die Rückholkraft hängt tatsächlich nur von der Feder und nicht von den Reaktionen eines Servomechanismus ab. Bei konstanter Kraft ist andererseits der mechanische Aufwand Null. Die für das Funktionieren erforderliche mittlere Intensität bleibt damit sehr mäßig.
Die Figur 9 zeigt den schematischen Aufbau der elektronischen Einheit. Sie ist um ein Monochip-Mikrosteuerorgan (49) mit einem Schnittstellenmodul entsprechend den Vorschriften des Herstellers realisiert. Sie integriert die Funktionen der Erfassung, der Speicherung, der Berechnung von Operationen und gew=hrleistet die Positionssteuerung des Schwinghebels des Servomotors mittels einer Leistungsschnittstelle (40). Entsprechend einer Ausführungsvariante kann die Leistungsschnittstelle auch die Positionssteuerungsfunktion in Übereinstimmung mit dem von der elektronischen Einheit bestimmten und durch die Leitung (11) übertragenen Sollwert realisieren. Der Geschwindigkeitsmeßwert stammt von einem magnetischen oder optoelektronischen Fühler (9), der eine Frequenz proportional zur Rotationsgeschwindigkeit der Räder liefert. Für die Begrenzung des Zugrutschens ist es notwendig, einen Fühler je Rad vorzusehen. Der Geschwindigkeitssollwert wird mittels einer von dem Mikrosteuerorgan gelesenen, kleinen Whltastatur (16) ausgewählt. Dieses kann ein vorgegebener Wert sein oder die Speicherung der Augenblicksgeschwindigkeit. Die elektronische Einheit liest auch über die Leitungen (13) und (14) externe Systemsignale, Sicherheitssollwerte oder Alarme und steuert über Ausgangsleitungen (15) Regelvorrichtungen des Fahrzeuges. Sie empfängt auch das durch das Auskuppeln gesteuerte Signal, beispielsweise mittels eines Kontaktes, und das Signal, durch welches das Programm die Verlagerungsgeschwindigkeit des Pedals bestimmt. Die verschiedenen Begrenzungs- und Sicherheits-Sollwerte werden in einem erneut beschreibbaren Speicher gespeichert, und sie können, falls erforderlich, in situ sehr einfach unter anderem zur Anpassung an Entwicklungen der gesetzlichen Bestimmungen modifiziert werden, ebenso wie sie gesperrt werden können. Schematisch ausgedrückt führt das Mikrosteuerorgan das folgende Programm aus:
- Erfassen von Eingangsgrößen
- Berechnen von Operationen, die mit den überwachten Größen und den Sollwerten in Verbindung stehen:
- Verarbeiten von Alarmen:
- Auswählen der Größten der Operationen.
- Verarbeiten von Auskuppel- und Beschleunigungssignalen.
- Ausgabe von Steuer- und Informationssignalen.
Die Berechnung der Geschwindigkeitssteuerung erfolgt entsprechend des unter dem Namen Proportional-Differential- Methode bekannten Algorithmus mit Ableitung des Meßwertes.
Die Steuerungen der Operationen sind entsprechend den bekannten Regeln ausgewählt, um eine an das Verhalten des Fahrzeuges angepaßte Steuerung zu erhalten. Sie werden zu jedem Augenblick als Funktion der Geschwindigkeit optimiert.
Das Steuersignal des Servomotors, Leitung (11), wird aus Rechtecksimpulsen formiert, die in zyklischem Verhältnis moduliert sind. Diese Impulse steuern die Leistungsschnittstelle (40), die durch eine "H"-Brücke aus Feldeffekt-Leistungstransistoren gebildet ist, welche die zur Motorsteuerung notwendige Energie liefern. Der Servomotor sendet im Rücklauf zur elektronischen Einheit die Positionsinformation, die von dem Mikrosteuerorgan gelesen wird, um die Positionsregelung zu gewährleisten. Der Positionsfühler (23) kann von beliebiger bekannter Bauart sein. Man kann beispielsweise ein Potentiometer oder einen Reflektions-Binärkodierer geringer Auflösung nennen, ebenso wie einen von der Drehzahl des Motors gesteuerten Impulsgenerator.
Das Mikrosteuerorgan steuert auch die Anzeige des ausgewghlten Sollwertes und den Bedienungsprozeß für die Modifizierung der Steuerparameter.
Die Figur 13 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel des Servomotors. Der Getriebemotor vereinigt in einem gemeinsamen Monoblock einen Elektromotor (18) und ein Endlosschraube-Reduzierorgan (19). Er ist in einem Gehäuse (32) befestigt, dessen Oberseite als Montageplatine dient. Das Gehäuse ist zum Zwecke seiner festen Anbringung in dem Fahrzeug mit Tatzen versehen. Die Abtriebsachse (27) des Reduzierorgans ist mit einem elastischen Kupplungselement vom Typ eines Silentblocs (33) versehen, auf dessen äußerem Ring ein Kragen fest angebracht ist. Dieser Kragen trägt den Drehzapfen (22), an dem die Feder (20) befestigt ist. Die Achse (27) treibt auch mittels eines Ritzels (35) das Rekopierpotentiometer (23) zur Rotation an. Der Hebel (6) der Ausgangsbewegung schwingt auf der Achse (17), die fest mit der Platine und dem Gehäuse des Servomotors verbunden ist. Er empfängt die Zugkraft der Feder über den Drehzapfen (21). An dem Ende des Hebels hilt ein in der Rotation freies Kupplungsstück (36) das Ende des Rückholseiles (5) fest, welches selbst in einer elastischen Kupplung geführt ist. Die Verlagerungen des Hebels werden durch zwei Anschläge (37,38) begrenzt, und der Hebel kann auf den in der Zeichnung nicht dargestellten Fühler für die Pedalverlagerung einwirken. In der Zeichnung nicht sichtbare Bewegungsbegrenzer und ein Sicherheitsanschlag (39) begrenzen die Bewegung des Drehzapfens (22) im Falle eines Regelungsfehlers. Die Leistungsschnittstelle (40) findet Platz in dem Gehäuse. Die Gesamtheit des Mechanismus ist geschützt durch einen Deckel, durch den der Hebel (6) durch eine Staubschutzdichtung hindurchtritt.
Die Figur 10 zeigt eine mögliche Ausführungsform für die Rückholsteuerung des Pedals. Das vom Servomotor kommende Seil (5) betätigt einen Zwischenhebel (41), der frei auf der Achse (42) gelagert ist. Ein Ende dieses Hebels, der parallel zu dem mit der Gasklappe verbundenen Pedalarm (43) liegt, nimmt den Seilkopfverschluß auf, während das andere Ende die Kraft unter der Kurbel ausübt, welche das Pedal bildet. Das Pedal und der Hebel sind voneinander unabhängig, so daß durch das Einwirken des Hebels das Pedal nur in die Position der Nullkraft des Motors angehoben werden kann. Sie kann weder die Leistung erhöhen noch sich einem natürlichem Anheben des Pedals unter dem Einfluß der Rückholfeder (45) entgegensetzen.
Es ist auch jede andere mechanische Verbindung geeignet, die nur in Richtung der Zugkraft wirksam werden kann: elastisches Kabel, gelenkig gelagerter Schwingarm Die Ausführungsart (Figur 4), die darin besteht, den Servomotor dem Pedalmechanismus zu integrieren, entspricht vollständig dieser Vorgabe.
Die Figuren 11 und 12 zeigen eine Ausführungsvariante, bei der der Arm (44), der die Kraft auf den Fuß des Fahrers überträgt, mit einer elastischen Verbindung mit begrenzter Ausfederung versehen ist, welche durch ein Gelenk und eine Feder (47) (Figur 11) oder durch einen Silentbloc (48) (Figur 12) gebildet ist, oder durch jede andere äquivalente Einrichtung wie etwa eine elastische Pedalplatte. Die Steifigkeit der elastischen Verbindung wird wesentlich über der Federsteifigkeit der Federn (4) und (45) ausgewihlt, welche das Pedal zurückholen, so daß es nicht bei normalem Betrieb ausweicht. Wenn der Begrenzer mit einer ausreichenden Kraft, Anteil der Maximalkraft, wirksam wird, ermöglicht die Durchf ederung der elastischen Verbindung die Verlagerung des Pedalarms (44), selbst wenn der Fuß sich nicht bewegt. Diese Ausfederung ist durch einen Anschlag (46) auf einen Anteil der maximalen Bewegungsbahn begrenzt. Die Rückführungskraft, welche der Servomotor auf den Fuß des Fahrers ausübt, wird nicht verringert, sondern die Einwirkung des Reglers auf die Leistungssteuerung des Motors ist wirkungsvoller. Diese Anordnung läßt dem Fahrer immer die Möglichkeit, die Begrenzung zu überschreiten, und zwar auf Kosten einer geringfügig erhöhten Pedalbewegungsbahn.

Claims

1. Servovorrichtung für die Steuerung der Leistung von Mo toren, insbesondere von Kraftfahrzeugen, bestehend aus mindestens einem Geschwindigkeitsfühler (9), einem Sollwertwähler (16), einer elektronischen Einheit (12) und einem Servomotor (7) dadurch gekennzeichnet,

daß der Servomotor zur Kraftregelung verwendet wird, um auf das durch den Fahrer direkt betätigte Organ zur Leistungsregelung, beispielsweise ein Pedal (3), uber eine mechanische Verbindung eine gesteuerte Rückholkraft (F) auszuüben.

2. Servovorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Servomotor (7) die Rückholkraft (F) durch Verlagerung der Komponenten der auf das Ausgangsorgan (6) ausgeübten Kräfte in Abhängigkeit von einem Steuersignal (11), das er von der elektronischen Einheit erhält, ohne Diskontinuität von einem minimalen Wert bis zu einem maximalen Wert regeln kann.

3. Servovorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die durch den Hebel (6) der Ausgangsbewegung des Servomotors (7) erzeugte Rückholkraft (F) eine Komponente der Zugkraft einer Feder (20) ist, die zwischen einem mit dem Hebel (6) fest verbundenen Drehzapfen (21) und einem beweglichen Drehzapfen (22) gespannt ist, der durch einen Motor oder einen Getriebemotor mit nicht reversibler mechanischer Bewegung in Abhängigkeit vom Steuersignal (11) von einem mit der Achse (17) des Hebels (6) fluchtenden Punkt (1) auf einen Punkt (J) zu verlagert wird, so daß die geregelte Kraft nur in einer Richtung wirkt und zu der Kraft entgegengesetzt ist, mit der der Fahrer einwirkt, wenn er die Leistung des Fahrzeugmotors erhöht.

4. Servovorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß der Mechanismus zur Zerlegung der Kräfte des Servomotors in die Pedaleinheit des Beschleunigungsorgans integriert sein kann, wobei der Hebel (6) durch einen Arm des Pedals ersetzt ist, auf den die Feder (20) direkt in Abhängigkeit von der Bewegung des Schwingarms (28) einwirkt, der den Drehzapfen (22) trägt, wobei der Schwingarm entweder mit dem Getriebemotor fest verbunden sein kann oder an einer unabhängigen Achse angelenkt und durch den Getriebemotor über eine mechanische Verbindung angetrieben sein kann.

5. Servovorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die mechanische Verbindung (5) ganz oder teilweise dem Servomotor und der Leistungssteuerung gemeinsam sein kann, daß ein einfachwirkender Dämpfer mit dem Ausgangsorgan (6) und der mechanischen Basis des Mechanismus verbunden sein kann, Endschalter und ein Anschlag den Hub des Drehzapfens (22) begrenzen und Anschläge (37, 38) den Hub des Ausgangsorgans begrenzen.

6. Servovorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß der Drehzapfen (22) durch die elektronische Einheit in Abhängigkeit von einem errechneten Kraftsollwert und von der vom Fühler (23) kommenden Information der Position des Drehzapfens oder Von der Position positioniert werden kann, die durch Zählung der Umdrehungen des Motors und/oder durch die direkte Messung der erzeugten Kraft mit -Hilfe eines bekannten Kraftwandlers oder von mit dem Hebel fest verbundenen Dehungsmeßstreifen (30) bestimmt wird, und daß die Achse (17) zwischen den Positionen I und J des Hubs des Zapfens (22) liegen kann, um erforderlichenfalls eine in zwei Richtungen wirkende Kraft zu erzeugen.

7. Servovorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die elektronische Einheit auf der Basis eines Monochip-Mikrosteuerorgans (49) ausgeführt ist, dessen Programm ein Signal (11) bestimmt, das den Servomotor über eine Leistungsschnittstelle (40) in Abhängigkeit von Eingangssignalen und Sollwertparametern steuert, die in einem erneut beschreibbaren Speicher gespeichert sind und/oder von einer Wähltastatur und/oder von äußeren Informationen kommen.

8. Servovorrichtung nach einem Ansprüche 1, 2, 7, dadurch gekennzeichnet

daß der Kraftsollwert, der die Einstellung des Servomotors bestimmt, der größte der durch das Programm errechneten Steuersignale unter dem Begrenzungs/Regelsignal, das ausgehend von der Differenz zwischen der Geschwindigkeitsmessung und dem Geschwindigkeitssollwert nach der sogenannten Proportional-Differential- Methode gebildet wird, und den durch andere Daten, wie z.B. Motordrehzahl, äußere Sollwerte, Sicherheitsdaten, bestimmten Steuersignalen ist und daß der Kraftsollwert außerdem durch die Einwirkung eines durch das Auskuppeln erzeugten Signals oder wenn die Geschwindigkeit der Gaspedalbewegung eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, zeitweise auf einen niedrigen Wert gezwungen werden kann, wobei diese Geschwindigkeit von einem in den Servomotor integrierten Fühler übertragen wird oder von einer externen Information stammt.

9. Servovorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die elektronische Einheit eine Informationsanzeige steuern kann und daß sie ein Warnsignal erzeugen kann, wenn die Geschwindigkeitsabweichung auf einem übermäßig hohen Wert gehalten wird.

10. Servovorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der Servomotor entweder direkt auf das Pedal durch ein Seil (5) einwirken kann, das mit dem Arm (43) frei verbunden ist, so daß er nur in der Richtung des Zugs aktiv werden kann, oder indem er über das Seil (5) einen Zwischenhebel (41) betätigt, der auf das Pedal nur in der Richtung der Verringerung der Motorleistung einwirken kann, und ohne daß das Pedal in jedem der Fälle in seiner selbständigen Rückholbewegung durch die Federn (4) und (45) zurückgehalten werden kann, und daß gemäß einer abgewandelten Ausführungsform eine elastische Verbindung mit begrenztem Ausschlag zwischen dem Angriffspunkt der Kraft und der Fläche des Pedals, auf der der Fuß des Fahrers aufliegt, bestehen kann, wobei diese Verbindung eine federnde Pedalfläche sein kann.