SE512086C2 - Förfarande och anordning för konstantfarthållning - Google Patents

Description

512 086 2 mängd tillförd luft och således ett visst utgående moment hos motorn. På så vis kan det önskade börvärdet avseende fordonets hastighet uppnås. På ett sätt som i sig är förut känt kan gastrotteln styras på mekanisk väg' eller kan alternativt utgöras av en elektriskt styrd gastrottel (kallas även “E-gas“). I det senare fallet ställs gastrottelns vinkelläge in med hjälp av en ställmotor som är -ansluten till styrenheten och son: är förbunden. med gastrotteln, Enligt känd teknik kan konstantfarthållningen utföras med hjälp av en regleringsmetod som utnyttjar en P-regulator, d.v.s. som bygger på proportionell reglering. Vid en sådan reglering nmltipliceras i styrenheten skillnaden nællan aktuellt ärvärde och börvärde med en förutbestämd förstärkningsfaktor. Detta ger ett utgående värde som sedan utnyttjas av styrenheten för inställning av gastrotteln.

Den ovannämnda P-regleringsmetoden kan med fördel kompletteras med en integrerande faktor, d.v.s. så att en PI-regulator fås. Härvid beräknas i styrenheten ett utgående värde som utgör summan av en proportionell del (en "P-del") och en integrerad del (en "I-del"), där den senare delen baseras på en integrering av skillnaden mellan fordonets hastighet och önskat börvärde längs tiden. Detta totala utgående värde utnyttjas då för att styra ut gastrottelvinkeln till ett önskat värde.

När en konstantfarthållare utnyttjas i ett fordon kan ibland en körsituation uppstå som kräver en momentökning hos motorn, vilket i sin tur nwtsvarar ett behov av ett ökat luftflöde till motorn. En sådan situation kan exempelvis föreligga om fordonet efter körning på plan mark med måttlig last och konstant hastighet når en kraftig uppförsbacke. Med en konstantfarthållning som är baserad på tidigare kända PI-regulatorer kommer vid en sådan situation 10 15 20 25 30 35 S12 086' 3 såväl den proportionella delen som den integrerade delen att öka successivt i detta skede, eftersom det aktuella ärvärdet kommer att understiga börvärdet när fordonet når en sådan uppförsbacke. En ökning av den proportionella och den integrerade delen leder givetvis också till en ökning av summan av dessa båda regleringsfaktorer. Enligt känd teknik svarar en ökning av denna summa mot en ökning av gastrottelvinkeln. Detta medför att gastrotteln öppnas successivt tills fordonets hastighet återigen når det inställda börvärdet. Härvid kan dock konstateras att det i dagens fordon normalt föreligger ett samband mellan inställd gastrottelvinkel och inmatad luftmängd sonlinnebär att efter att gastrottelvinkeln har ökats till ett visst värde (exempelvis i samband med den ovan beskrivna situationen) kommer en eventuellt ytterligare ökning av denna vinkel inte att ge någon ytterligare nämnvärd ökning av luftmängden som matas in till nwtorn. Detta innebär också att en eventuell ökning av vinkeln inte kommer att ge någon nämnvärd ökning av motorns moment. Omvänt innebär det ovannämnda sambandet att när den integrerade delen (och således också trottelvinkeln) minskar från ett tillstånd med mycket stor trottelvinkel fås initialt ingen nämnvärd minskning av luftmängden och då heller ingen nämnvärd minskning av motorns moment.

Den ovannämnda situationen kan då leda till följande problem. Om fordonet efter körning med högt moment når ett läge där ett relativt lågt moment krävs, vilket kan sägas motsvara att fordonet efter körning i en uppförsbacke når backens krön, kommer en relativt stor trottelvinkel att föreligga. I detta skede föreligger också ett högt moment ut från motorn, vilket gör att fordonet accelererar. Detta registreras av styrenheten eftersom ärvärdet då överstiger börvärdet, och medför i sin tur en minskning av såväl den integrerade delen som den proportionella delen i det värde som beräknas av PI-regulatorn. Därigenom kommer också 1 512 086 10 15 20 25 30 35 4 gastrottelvinkeln att minska. Enligt vad som förklarats ovan kommer dock denna minskning att nædföra en mycket långsam minskning av inmatad luftmängd (och således moment), eftersom den integrerade delen tidigare har tillåtits stiga till ett mycket högt värde. Som en följd av det förhållande som mellan inställd trottelvinkel och luftmängd till motorn kommer således motormomentet att förbli i huvudsak konstant under relativt lång tid när den integrerade delen minskar. Detta medför att fordonet accelererar efter att det har nått backens krön, vilket givetvis är en nackdel. föreligger Enligt känd teknik kan det ovannämnda problemet till viss del lösas genom att styrenheten inrättas så att den integrerade delen maximeras till ett högsta tillåtet värde.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN: Ändamålet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett förbättrat förfarande för konstantfarthållning med vars hjälp det ovannämnda problemet avseende oönskad accelera- tion löses. Detta ändamål uppnås medelst ett förfarande, vars särdrag framgår av efterföljande patentkrav l. Ändamålet uppnås också medelst en anordning, vars särdrag framgår av efterföljande patentkrav 5.

Förfarandet enligt uppfinningen är avsett för styrning av konstantfarthållning av ett motorfordon och innefattar bestämning av ett börvärde som anger en önskad hastighet hos fordonet, bestämning av ett ärvärde som anger aktuell hastighet hos fordonet, upprepad beräkning av en integrerad regleringsfaktor i. beroende av aktuell skillnad nællan nämnda ärvärde och nämnda börvärde, samt generering av en utsignal från en styrenhet i beroende av storleken hos nämnda regleringsfaktor, vilken utsignal utnyttjas för styrning av fordonets motor med ett motsvarande utgående moment. Uppfinningen kännetecknas av att den innefattar en 10 15 20 25 30 35 » lisää óšisi 5 begränsning av nämnda integrerade faktor till ett maximalt värde som är på förhand utvalt i beroende av aktuellt varvtal hos nämnda motor.

Företrädesvis utnyttjas uppfinningen på så vis att nämnda utsignal utnyttjas för inställning av en motsvarande vinkel hos en gastrottel hos motorn. Genom att det maximala värdet för den integrerade faktorn görs varvtalsberoende uppnås en betydande fördel i att en snabb och effektiv minskning av momentet hos motorn alltid fås vid en eventuell minskning av gastrottelvinkeln.

Fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen framgår av de efterföljande beroende patentkraven.

FIGURBESKRIVNING: Uppfinningen kommer i det följande att förklaras närmare med hänvisning till ett föredraget utföringsexempel och de bifogade ritningarna, i vilka figur 1 visar schematiskt ett arrangemang vid vilket den föreliggande uppfinningen kan utnyttjas, och figur 2 är ett diagram med ett flertal kurvor som definierar sambandet mellan inmatad luftmängd och inställd gastrottelvinkel hos en förbrännings- motor vid vilken uppfinningen utnyttjas.

FÖREDRAGEN UTFöRINGsFoRM= I figur 1 visas schematiskt ett arrangemang vid vilket den föreliggande uppfinningen kan utnyttjas. Enligt en föredragen utföringsform är arrangemanget avsett för ett motorfordon, t.ex. en personbil, och innefattar en central styrenhet 1, som företrädesvis är datorbaserad och utgörs av en i fordonet befintlig datorenhet för styrning av olika funktioner i fordonet, t.ex. för styrning av bränsletill- x munfll \ Inn um 512 086 - 10 15 20 25 30 35 6 förseln till en förbränningsmotor 2. Enligt utföringsformen utgörs motorn 2 av en konventionell bensinmotor.

Motorn 2, som visas i förenklad form i figur 1, förses på sedvanligt vis med inströmmande luft via ett luftinlopp 3.

Vidare är motorn 2 försedd med ett antal cylindrar 4 samt ett motsvarande antal insprutningsanordningar 5 för tillförsel av bränsle. Respektive insprutningsanordning 5 är ansluten till styrenheten 1 via en elektrisk förbindelse 6.

Styrenheten 1 är inrättad att på känt sätt styra bränsletillförseln till respektive insprutningsanordning 5 med bränsle från en (ej visad) bränsletank så att en i varje ögonblick lämpligt avpassad luft/bränsleblandning matas till motorn 2 och förbränns i denna. Styrningen av motorn 2 sker i beroende av olika parametrar som återspeglar nwtorns 2 och det aktuella fordonets driftstillstånd. Exempelvis kan motorstyrningen ske i beroende av aktuellt gaspådrag, motorns varvtal, mängden insprutad luft till motorn och syrekoncentrationen i avgaserna. Denna typ av motorstyrning är i sig känd och beskrivs inte i detalj här.

Avgaserna från motorn 2 leds ut från respektive cylinder 4 via ett grenrör 7 och vidare till ett avgasrör 8 som är anslutet till grenröret 7. Längre nedströms längs avgasröret 8 kan även andra (ej visade) komponenter vara anordnade, exempelvis en avgaskatalysator, en lambdasond och en ljuddämpare.

Styrenheten 1 är inrättad för konstantfarthållning av det aktuella fordonet. Denna konstantfarthållning är en funktion som i sig är förut känd och som enligt utförings- formen baseras på att fordonets förare med hjälp av ett manöverdon 9 tillåts ställa in ett värde som svarar mot en 10 15 20 25 30 35 512 oss år 7 hastighet vw med vilken fordonet önskas framföras. Detta manöverdon 9 utgörs av ett reglage som lämpligen är placerat i anslutning till fordonets ratt eller instrumentbräda (visas ej) och som är anslutet till styrenheten 1 via en elektrisk anslutning 10.

Vidare finns en hastighetsgivare 11 ansluten till styr- enheten 1 via en ytterligare anslutning 12. Härigenom förses styrenheten 1 ned en signal som svarar mot den aktuella hastigheten vä hos fordonet. Dessutom finns en varvtalsgivare 13 ansluten till styrenheten 1 via en ytterligare anslutning 14. Härigenom förses styrenheten 1 med en signal som svarar mot det aktuella varvtalet n hos motorn 2.

Enligt utföringsformen är styrenheten 1 inrättad för konstantfarthållning med hjälp av s.k. PI-reglering, vilket är en i sig känd regleringsmetod vid vilken ett utgående värde S beräknas vid peridiskt återkommande tillfällen.

Detta värde S beräknas som en summa av en proportionell del PM och en integrerad del IM. Enligt vad som kommer att beskrivas i detalj nedan ger detta summavärde S upphov till en utsignal från styrenheten 1 som utnyttjas för inställning av en gastrottel 15 som finns anordnad i motorns 2 luftinlopp 3. Gastrotteln 15 är företrädesvis elektriskt styrbar och är för detta ändamål anordnad med en styrbar ställmotor 16 med vars hjälp gastrotteln 15 kan ställas i ett visst önskat vinkelläge a så att en lämplig mängd luft matas till motorn 2 j. beroende av aktuellt drifsfall. styrenheten 1 via en” ytterligare anslutning 17. För Således är ställmotorn 16 ansluten till styrningen av gastrotteln 15 innefattar systemet också en (ej visad) lägesgivare för avkänning av inställningen hos fordonets gaspedal. 10 15 20 25 30 35 512 086 8 Styrenheten 1 är inrättad att vid periodiskt återkommande tillfällen beräkna dels den proportionella delen PM och dels den integrerade delen Iæp Den proportionella delen Pa är vid varje beräkningstillfälle proportionell mot skillnaden mellan aktuellt ärvärde vä och inställt börvärde vw, d.v.s.

Pdel = Pgain(vbör _ Vår) där Pym utgörs av en förutbestämd förstärkningsfaktor.

Vidare beräknas ett aktuellt värde på den integrerade delen I“P>genom en upprepad beräkning baserad på ett föregående värde på den integrerade delen Iafifi, till vilket adderas ett tillskott som är proportionellt mot skillnaden mellan aktuellt ärvärde vä och inställt börvärde vw” d.v.s.

Idelm) = Idelol-l) + Igain(Vbör _ Vår) där Ifim utgörs av en förutbestämd förstärkningsfaktor. Det aktuella värdet hos den integrerade delen IMW räknas fram med ett förutbestämt, periodiskt återkommande intervall, som företrädesvis är av storleksordningen någon nálli- sekund. Således bildas vid varje beräkningstillfälle ett totalt summavärde S enligt sambandet S = Puel + Inom varvid summavärdet S således motsvarar en signal som i sin tur utnyttjas för inställning av en motsvarande vinkel a hos gastrotteln 15. Denna signal matas ut från styrenheten 1 till gastrottelns 15 ställmotor 16 (jfr. figur 1).

Uppfinningens funktion kommer nu att beskrivas i detalj med hänvisning till figur 2. Denna figur är ett diagram som visar sambandet mellan den inställda gastrottelvinkeln a och den inmatade luftmängden Q till motorn 2. En viss 10 15 20 25 30 35 tflsíz ošsåhå 9 luftmängd motsvarar i sin tur ett visst utgående moment hos motorn. I diagrammet visas tre olika kurvor, vilka svarar mot tre olika varvtal nu rn respektive n, hos motorn 2, varvid n2>n,, n3>n1 samt n3>n2.

Av diagrammet framgår att för ett givet varvtal n hos motorn finns ett på förhand givet samband mellan trottelvinkeln a och luftmängden Q. Av diagrammet framgår dessutom att ju högre varvtal n som föreligger hos motorn, desto större skillnad i luftmängd Q föreligger mellan ett driftstillstånd med relativt låg trottelvinkel a och ett drifttillstånd med en relativt stor trottelvinkel a. Det senare driftstillståndet kännetecknas då av att en ytterligare höjning av trottelvinkeln a inte ger något nämnvärt ytterligare tillskott i luftmängd Q.

När det aktuella fordonet är i ett tillstånd där konstant- farthållningen har initierats kommer således styrenheten l i periodiskt återkommande steg (n, n+l, n+2, ...) att beräkna det utgående värdet S enligt vad som beskrivits ovan. Vid kontinuerlig körning med fordonet vid ett visst varvtal nl och en inställd önskad hastighet vw, kommer styrenheten 1 att styra ut trottelvinkeln a till ett värde så att denna önskade hastighet vw,uppnås. Detta tillstånd motsvarar vad som markeras med punkten A i figur 2. Således är den befintliga hastigheten hos fordonet i detta läge lika med det inställda börvärdet, d.v.s. vü=vw, När fordonet kommer i en körsituation som kräver ett förhöjt. moment från motorn, t.ex. när fordonet når en kraftig uppförsbacke med bibehållet inställt börvärde vw” kommer fordonets hastighet initialt att minska något. Detta medför att såväl den proportionella delen Pa, som den integrerade delen IM börja öka så att de därigenom bidrar till en ökande summa S. Detta medför att trottelvinkeln a ökar, vilket motsvarar att en ökad luftmängd Q matas till *512 -oss 10 motorn. På så vis tillhandahålls en nödvändig momentökning så att det inställda börvärdet vw,återigen kan nås. Detta tillstånd motsvarar vad som markeras med punkten B i figur 2.

Ju längre tid det tar för fordonet att uppnå börvärdet vw, desto längre upp på kurvan för det aktuella varvtalet n, kommer punkten B att befinna sig. Av denna anledning, och mot bakgrund av det samband som föreligger mellan trottel- 10 vinkeln a och luftmängden Q, är det en grundläggande prin- cip bakonlden föreliggande uppfinningen att den integrerade delen IRF) begränsas till ett varvtalsberoende maximalt värde, d.v.s. ett maximalt värde som är förutbestämt för respektive varvtal (alternativt varvtalsintervall) hos 15 nmtorn. I det aktuella exemplet motsvarar detta att den integrerade delen Iww vid regleringen inte tillåts stiga högre än ett maximalt värde som nwtsvarar att trottel- vinkeln är så hög att en eventuell ytterligare ökning av trottelvinkeln inte skulle ge någon ytterligare nämnvärd 20 ökning av luftmängden Q. Detta maximala värde kan sägas motsvara punkten C i figur 2.

Eftersom den proportionella del PM inte ökar mer än till ett värde som motsvarar skillnaden mellan det inställda 25 börvärdet vw,och aktuell hastighet vä (jfr. ovan) kommer denna del att vara försumbar i det fall att den integrerade delen IM har stigit till ett mycket högt värde. Således är i princip ingen begränsning av den proportionella delen PM nödvändig enligt uppfinningen. 30 Om inte detta maximala värde hade valts och utnyttjats i enlighet med uppfinningen (d.v.s. onxkonstantfarthâllningen hade reglerats enligt förut känd teknik) skulle den integrerade delen fortsätta att öka till ett mycket högt få 35 värde under den ovan beskrivna fasen när fordonet strävar } att uppnå börvärdet vw, Detta skulle leda till det 10 15 20 25 30 35 stšíwz soss- ll inledningsvis beskrivna problemet, där den integrerade delen då skulle uppnå ett värde som motsvarar en stor trottelvinkel (d.v.s. en punkt långt till höger på respektive kurva enligt figur 2). När fordonet därefter når ett tillstånd som endast kräver ett lågt moment skulle då en acceleration fås, eftersom den integrerade delen då måste sjunka under en relativt lång tid (som svarar mot en minskning av trottelvinkeln under en lång tid) innan en nämnvärd minskning av luftmängden och därigenom också momentet skulle fås.

I enlighet med den föreliggande uppfinningen sätts en gräns för det värde som den integrerade delen tillåts uppnå vid drift vid ett visst varvtal. För detta ändamål är styrenheten 1 på förhand försedd med lagrad information som för ett antal olika varvtal eller varvtalsintervall anger ett motsvarande antal maximala värden för den integrerade delen. På så vis knyts ett visst maximalt värde till ett visst motsvarande varvtal eller varvtalsintervall.

Med hänvisning till figur 2 framgår att de maximala värden som den integrerade delen kan tillåtas uppgå till väljes för respektive varvtal nl, nu In så att de motsvarar vissa trottelvinklar. Dessutom är dessa maximala värden valda så att de inte ligger i områden där en eventuell ytterligare ökning av trottelvinkeln inte skulle ge någon nämnvärd ytterligare ökning av luftmängden till motorn. Förutom den ovannämnda punkten C, som motsvarar ett första varvtal nu motsvarar dessa maximala värden dels punkten C', som gäller vid ett andra varvtal nz, samt punkten C", som gäller vid ett tredje varvtal ny Eftersom den integrerade delen inte tillåts stiga högre än vad som motsvarar dessa punkter C, C', C" fås vid en minskning av den integrerade delen en minskning av trottelvinkeln a och en betydande motsvarande minskning av luftmängden Q då detta är nödvändigt. .íiíâmii iiñfiii .._=à%fliii| . mig... 10 15 20 25 30 35 '512 086 12 Med förfarandet enligt uppfinningen kommer den ovannämnda körsituationen med ett ökat moment att medföra att den integrerade delen inte tillåts överstiga sitt maximala varvtalsberoende värde. När sedan ett lägre moment krävs, vilket t.ex. motsvarar att fordonet har nått krönet på en uppförsbacke, kommer en viss trottelvinkel och en motsvarande luftmängd att föreligga. Ett högt moment ut från motorn föreligger då, vilket gör att fordonet börjar accelerera. Denna hastighetsökning registreras av styrenheten och ger upphov till en minskning av den integrerade delen. Eftersonxden integrerade delen under det tidigare förloppet har begränsats till sitt maximala värde fås mycket snabbt en minskning av trottelvinkeln så att också en snabb minskning av luftmängden (och därigenom också motormomentet) fås. För varvtalet nlkan detta sägas motsvara att man går från punkten C till punkten B. På så vis elimineras det problem som uppstår enligt känd teknik och som innebär att man får en långvarig accelereration efter att ha nått backens krön.

De värden som motsvarar de maximala värdena för den integrerade delen lagras företrädesvis som en tabell i ett minne i styrenheten 1. I beroende av vilket varvtal som för tillfället råder kan styrenheten 1 utnyttja ett relevant maximalt värde för den integrerade delen.

Uppfinningen är inte begränsad till den ovan beskrivna utföringsformen, utan kan varieras inom.ramen för de efter- följande patentkraven. Exempelvis kan antal cylindrar, insprutningstyp etc. hos motorn variera. Dessutom kan gastrotteln vara såväl elektriskt som mekaniskt styrd.

Som ett alternativ till att utnyttja en hastighetsmätare för framtagning av ett mått på fordonets aktuella hastighet ä, kan detta värde alternativt “bestämmas indirekt med utgångspunkt från ett mått på varvtalet n i kombination med V 10 15 20 ssšé os; 13 en signal som anger vilken växel som är ilagd. Ett alternativt sätt att indirekt tillhandahålla ett mått på fordonets hastighet är att i förekommande fall utnyttja en signal från ett ABS-bromssystem, vilken då finns tillgäng- ligt via en elektrisk förbindelse. Även ett mått på motorns varvtal kan bestämmas indirekt utan att utnyttja en varvtalsgivare.

Förutom de tillämpningar där en förare själv ställer in ett önskat börvärdet kan uppfinningen också utnyttjas i de fall där styrenheten är försedd med information om en maximalt tillåten hastighet för fordonet.

De ovannämnda förstärkningsfaktorerna Pam respektive Iæm kan vara konstanta eller kan alternativt vara variabla och bestämmas i beroende av exempelvis fordonets hastighet.

Slutligen gäller att uppfinningen kan utnyttjas även vid andra regulatortyper, t.ex. en PID-regulator.

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 e 14 PATENTKRAV:

1. Förfarande för styrning av konstantfarthållning av ett motorfordon, innefattande: bestämning av ett börvärde (vwJ som anger en önskad hastighet hos fordonet, bestämning av' ett ärvärde (vn) som anger aktuell hastighet hos fordonet, upprepad beräkning av en integrerad regleringsfaktor (lafih i beroende av aktuell skillnad mellan nämnda ärvärde (vä) och nämnda börvärde (vwQ, samt generering av en utsignal (a) från en styrenhet (1) i beroende av storleken hos nämnda regleringsfaktor (Iæfiß, vilken utsignal (a) utnyttjas för styrning av fordonets motor (2) med ett motsvarande moment, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att det innefattar: utgående begränsning av nämnda integrerade faktor (I“F°) till ett maximalt värde som är på förhand utvalt i beroende av aktuellt varvtal (n) hos nämnda motor (2).

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att nämnda utsignal (a) utnyttjas för inställ- ning av' en. motsvarande vinkel hos en till. motorn (2) hörande gastrottel (15).

3. Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att nämnda maximala värde väljes för respektive varvtal (n) till en nivå som motsvarar att en betydande minskning av momentet hos motorn (2) fås vid en minskning av nämnda vinkel (a).

4. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att utsignalen (a) bestäms i beroende av ett beräknat värde (S) som utgör en 10 15 20 512 086 15 summa av en proportionell regleringsfaktor (Pag och nämnda integrerade regleringsfaktor (lüßh.

5. Anordning för konstantfarthållning av ett motorfordon, innefattande medel (9) för bestämning av ett börvärde (VMJ som anger en önskad hastighet hos fordonet, medel (11) för bestämning av ett ärvärde (vfl) som anger aktuell hastighet hos fordonet samt en styrenhet (1) inrättad för upprepad beräkning av en integrerad regleringsfaktor (I«PH i beroende av aktuell skillnad mellan nämnda ärvärde (vü) och nämnda börvärde (vwg, vilken styrenhet (1) är inrättad för generering av en utsignal (a) i beroende av storleken hos nämnda regleringsfaktor (IMWU, för styrning av fordonets motor (2) med ett motsvarande utgående moment, k ä n n e - tecknad därav , att nämnda styrenhet (1) innefattar lagrad information som i beroende av aktuellt varvtal (n) hos motorn (2) motsvarar ett maximalt värde för begräsning av nämnda integrerade faktor (ïafih.

6. Anordning enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda styrenhet (1) är ansluten till och inrättad för inställning av en till nwtorn (2) hörande gastrottel (15) i beroende av nämnda utsignal (a).