DE3618844A1 - Verfahren zur begrenzung der drehzahl einer brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren zur begrenzung der drehzahl einer brennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Begrenzung der Drehzahl
einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der DE-OS 26 54 533 ist eine Motorüberdrehzahlsicherung bekannt,
die einen Impulsgeber, einen Impulsformer, einen Spannungsteiler und
ein diesem zugeschaltetes Differenzierglied sowie einen Schwellwertschalter
umfaßt. Vom Schwellwertschalter wird ein Impuls abgegeben,
wenn eine vorgegebene Drehzahl des Motors überschritten wird oder
die Drehzahländerung des Motors innerhalb einer bestimmten Zeit
einen vorgegebenen Wert überschreitet. Diese Motorüberdrehzahlsicherung
ist für elektronische Geschwindigkeits-Regelungseinrichtungen
vorgesehen, die mit dem vom Schwellwertschalter abgegebenen
Impuls abgeschaltet werden. Ein vollständiges Abschalten einer elektronischen
Anlage, die die Leistung des Motors unabhängig von der
Geschwindigkeit beeinflußt, ist jedoch unzweckmäßig. Weiterhin hat
die bekannte Motorüberdrehzahlsicherung den Nachteil, daß ein Eingriff
in die Geschwindigkeits-Regeleinrichtung unabhängig von der
Drehzahl bei jeder Drehzahländerung des Motors innerhalb einer bestimmten
Zeit erfolgt. Bei einem Beschleunigungsvorgang, ausgehend
von kleinen Drehzahlen, ist eine Drehzahlbegrenzung unnötig und kann
darüber hinaus zu gefährlichen Situationen im Straßenverkehr, führen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Begrenzen der Drehzahl einer
Brennkraftmaschine hat demgegenüber den Vorteil, daß erst oberhalb
einer Drehzahlschwelle eine maximal durchlässige Drehzahländerung pro
Zeiteinheit nicht überschritten wird. Unterhalb der Drehzahlschwelle
ist keine Begrenzung von Beschleunigungsvorgängen vorgesehen. Vorteilhaft
ist es, daß das erfindungsgemäße Verfahren eine vorhandene
elektronische Anlage zur Beeinflussung der Leistung der Brennkraftmaschine
verwendet durch Eingreifen und gegebenenfalls durch Reduzieren
eines von einem Fahrpedalgeber abgegebenen Sollwertes.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens
möglich. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Drehzahlschwelle
und die maximal zulässige Drehzahländerung pro Zeiteinheit abhängig
gemacht werden von der Drehzahl, der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges
und von dem eingelegten Gang. Mit diesen Maßnahmen wird
die unterschiedliche Dynamik des Kraftfahrzeugs in unterschiedlichen
Gängen berücksichtigt. Die maximal zulässige Drehzahländerung pro
Zeiteinheit wird so bemessen, daß unter allen vorkommenden Betriebszuständen
ein Überschwingen der Drehzahl in den unerlaubten Bereich
nicht auftritt.
Günstig ist es weiterhin, wenn auf die maximal zulässige Drehzahländerung
pro Zeiteinheit geregelt wird. Ein Proportional-Integral-
Regler (P-I-Regler) sichert eine stationäre Genauigkeit des zu
regelnden Vorgangs. Die P- und I-Anteile des Reglers sind eine Funktion
von der Drehzahl, der Fahrgeschwindigkeit und vom eingelegten
Gang. Eine Detektionsanordnung für den eingelegten Gang entfällt,
wenn das Verhältnis Drehzahl zu Fahrgeschwindigkeit gebildet wird
und der Betrag der Drehzahl oder der Fahrgeschwindigkeit gegeben
ist. Die Begrenzung des P-Anteils betragsmäßig auf Werte kleiner
oder gleich dem vom Fahrpedalgeber abgegebenen Sollwert und die
Begrenzung des I-Anteils betragsmäßig auf Werte, die kleiner oder
gleich dem vom Fahrpedalgeber abgegebenen Sollwert abzüglich des
P-Anteils sind, gewährleisten ein schnelles Eingreifen des Begrenzers.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Reglerparameter weiterhin
kurz vor Erreichen der maximal zulässigen Drehzahl der Brennkraftmaschine
geändert werden. In weniger kritischen Drehzahlbereichen
werden sie so bemessen, daß ein schnelles Einschwingen mit
anschließendem Unterschwingen auftritt und im kritischen Drehzahlbereich
kurz vor Erreichen der maximal zulässigen Drehzahl ein
Über- und Unterschwingen mit Sicherheit ausgeschlossen ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß eine Höchstgeschwindigkeit für das Kraftfahrzeug
vorgegeben werden kann. Bei eingelegtem höchsten Gang wird die maximal
zulässige Drehzahländerung pro Zeiteinheit derart begrenzt, daß
die Höchstgeschwindigkeit nicht überschritten wird.
Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden anhand
der in Fig. 1 gezeigten Blockstruktur näher erläutert. Fig. 2
zeigt einen funktionalen Zusammenhang zwischen der Drehzahl n und
der Drehzahländerung pro Zeiteinheit dn/dt.
In Fig. 1 gibt ein Fahrpedal 10 eines Kraftfahrzeugs einen Sollwert
an eine Signalaufbereitung 11 ab, an deren Ausgang 12 der Fahrerwunsch
normiert auf Wert zwischen 0 und 1 zur Verfügung steht.
Der normierte Sollwert gelangt über eine Auswahlschaltung 13 in eine
Motorleistungssteuerungs- oder Regelungsanlage 14. Ist eine
Drehzahlbegrenzung nicht erforderlich, dann läßt die Auswahlschaltung
13 den normierten Sollwert ungehindert passieren. Ist dagegen
eine Begrenzung des Drehzahlanstiegs der Brennkraftmaschine
erforderlich, dann sperrt die Auswahlschaltung 13 den Fahrerwunsch
und schaltet um auf ein Ausgangssignal des Begrenzers.
Der Begrenzer erhält als Eingangssignale die Drehzahl n der Brennkraftmaschine
und die Fahrgeschwindigkeit v des Kraftfahrzeugs. Das
Drehzahlsignal wird einer Gangerkennungsschaltung 15 einer Schaltung
zum Erkennen einer Höchstgeschwindigkeit 18 und einem ersten Umschalter
16 zugeführt. Die Gangerkennungsschaltung 15 erhält weiterhin
das Fahrgeschwindigkeitssignal, das über eine Umrechnungseinheit
17 auch dem ersten Umschalter 16 zugeführt wird. Zwischen der Gangerkennungsschaltung
15 und dem ersten Umschalter 16 ist eine Schaltung
18 zur Erkennung einer Fahrzeug-Höchstgeschwindigkeit vorgesehen.
Das Ausgangssignal der Gangerkennungsschaltung 15 wird weiterhin
einem Sollwertgeber 19 für die maximal zulässige Drehzahländerung
pro Zeiteinheit, einem Proportionalregler 20 und einem Integralregler
21 zugeleitet. Der Sollwertgeber 19 erhält ein Eingangssignal
von dem ersten Umschalter 16, der auch die Eingangssignale
eines Differenzierers 22 und eines zweiten Umschalters 23
bereitstellt. Der Sollwertgeber 19 ist mit dem positiven Eingang und
der Differenzierer 22 mit dem negativen Eingang eines Summierers 24
verbunden. Das Ausgangssignal des Summierers 24 gelangt in den Proportional-
und Integral-Regler 20, 21. Weiterhin mit dem
Proportional- und Integral-Regler 20, 21 ist der Ausgang des zweiten
Umschalters 23 verbunden. Dem Integral-Regler 21 werden das
normierte Ausgangssignal 12 des Fahrerwunsches und der
Proportionalanteil des Proportionalreglers 20 zugeleitet. Die
Ausgangssignale der beiden Regler 20, 21 werden in einer
Summierstelle 25 addiert und der Aus-wahlschaltung 13 zugeführt.
Fig. 2 zeigt einen funktionalen Zusammenhang zwischen der Drehzahl
n der Brennkraftmaschine und der Drehzahländerung pro Zeiteinheit
dn/dt. Unterhalb einer Drehzahlschwelle n S ist eine maximal mögliche
Drehzahländerung pro Zeiteinheit b max gestattet. Oberhalb der
Drehzahlschwelle n S nimmt die maximal zulässige Beschleunigung
dn/dt mit einer Steigung S ab bis zur maximal zulässigen Drehzahl
der Brennkraftmaschine n max . Kurz vor der maximal zulässigen Drehzahl
n max sind zwei weitere Drehzahlschwellen n E und n R vorgesehen,
wobei n E einer niedrigeren Drehzahl als n R zugeordnet
ist.
Der Fahrer des Kraftfahrzeuges gibt über den Fahrpedalgeber 10 einen
Sollwert für die Motorleistung vor. Die Signalaufbereitung 11 normiert
den Fahrerwunsch auf Werte zwischen 0 und 1. Der Wert 0 entspricht
beispielsweise dem Leerlauf der Brennkraftmaschine und der
Wert 1 dem Vollastbetrieb. Der am Ausgang 12 anstehende normierte
Fahrerwunsch gelangt über die Auswahlschaltung 13 in die Motorleistungssteuerungs-
oder -regelungsanlage 14. Die Anlage 14 ist
beispielsweise als eine Stellvorrichtung für eine in der Ansaugöffnung
der Brennkraftmaschine angeordneten Drosselklappe ausgeführt.
Der Wert 0 des Fahrerwunschs ist dann der geschlossenen Stellung
und der Wert 1 der geöffneten Stellung der Drosselklappe zugeordnet.
Unterhalb der Drehzahlschwelle n S ist ein Eingriff in den
vom Fahrer abgegebenen Sollwert nicht erforderlich. Die Drehzahländerung
pro Zeiteinheit dn/dt kann den maximalen durch das dynamische
Verhalten der Brennkraftmaschine vorgegebenen Wert (b max ) annehmen.
Überschreitet die Drehzahl n die Drehzahlschwelle n S dann
trennt die Auswahlschaltung 13 die Verbindung zwishen dem Ausgang
12 der Signalaufbereitung 11 und der Motorleistungssteuerungs-
oder -regelungsanlage 14 auf und schaltet stattdessen den Ausgang
der Summierstelle 25 an die Anlage 14. Die Auswahlschaltung 13 führt
eine Minimal-Auswahl zwischen dem normierten Fahrerwunsch am
Ausgang 12 und dem am Ausgang des Summierers 25 anstehenden Signal
aus. Unterschreitet der Wert am Ausgang des Summierers 25 den
Fahrerwunsch, dann wird die Begrenzung aktiv.
Der Begrenzer ermittelt sein Ausgangssignal als Funktion der Drehzahl
n der Brennkraftmaschine und der Fahrgeschwindigkeit v des
Kraftfahrzeugs. Das Drehzahlsignal gelangt über den ersten Umschalter
16 an den Sollwertgeber 19 für eine maximal zulässige Beschleunigung
dn/dt. Der Sollwertgeber 19 ermittelt in Abhängigkeit
von der Drehzahl n den maximal zulässigen Wert derart, daß oberhalb
der Drehzahlschwelle n S der Wert dn/dt von b max bis Null bei
Erreichen der maximal zulässigen Drehzahl n max abnimmt. Der Zusammenhang
ist zweckmäßigerweise linear. Die unterschiedlichen dynamischen
Eigenschaften des Kraftfahrzeugs bei verschiedenen Getriebeübersetzungen
werden im Sollwertgeber 19 berücksichtigt durch Variation
der Steigung S. Zur Durchführung dieser Aufgabe muß der Sollwertgeber
19 wenigstens eine Information über den eingelegten Gang
erhalten. Diese Information liefert die Gangerkennungsschaltung 15.
Sie bildet das Verhältnis von Drehzahl n zu Fahrgeschwindigkeit v,
das dem Sollwertgeber 19 zur Ermittlung der Steigung S zugeführt
wird. Auf diese Weise ist eine besonders komfortable Begrenzung bei
unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs möglich.
Der Sollwertgeber 19 gibt sein Ausgangssignal mit der maximal zulässigen
Drehzahländerung pro Zeiteinheit dn/dt auf den positiven Eingang
des Summierers 24. An seinem negativen Eingang erhält der Summierer
24 als Regelgröße den Istwert der Drehzahländerung pro Zeiteinheit
zugeführt. Der Istwert wird von dem am Ausgang des ersten
Umschalters 16 zur Verfügung stehenden Drehzahlsignal mit Hilfe des
Differenzierers 22 gebildet. Am Ausgang des Summierers 24 steht die
Regelabweichung zur Verfügung, die dem Integral- und Proportionalregler
20, 21 zugeleitet wird. Die beiden Regler 20, 21 regeln
im Begrenzungsfall auf die maximal zulässige Drehzahländerung pro
Zeiteinheit. Der Begrenzungswert setzt sich aus der Summe der P- und
I-Anteile zusammen, die in der Summierstelle 25 addiert werden. Das
Ausgangssignal des Proportionalreglers 20 ist betragsmäßig auf Werte
kleiner oder gleich 1 begrenzt. Das Ausgangssignal des Integralreglers
21 ist auf Werte des normierten Fahrerwunschs abzüglich des
Wertes des Proportionalreglers 20 begrenzt. Mit diesen Begrenzungen
wird erreicht, daß kurz vor Begrenzungseinsatz der I-Anteil nur so
groß werden kann, daß die Summe aus Integral- und Proportional-
Anteil gerade gleich dem normierten Fahrerwunsch wird. Dadurch ist
ein schnelles Eingreifen des Begrenzers gewährleistet. Der Begrenzer
wird dann aktiviert, wenn die Summe aus Proportional- und Integral-
Anteil kleiner als der Fahrerwunsch ist, indem die Auswahlschaltung
13 den Fahrerwunsch 12 sperrt und das Ausgangssignal der Summierstelle
25 passieren läßt.
Der Proportional und Integralanteil der beiden Regler 20, 21 werden
zweckmäßigerweise ebenfalls in Abhängigkeit von dem Verhältnis n/v
bestimmt, um die Dynamik des Kraftfahrzeugs in unterschiedlichen
Gängen zu berücksichtigen. Ihnen wird deshalb das Ausgangssignal der
Gangerkennungsschaltung 15 zugeführt.
Der Proportional und Integralanteil der beiden Regler 20, 21 hängen
weiterhin von der Über- bzw. Unterschreitung zweier weiterer Drehzahlschwellen
n E und n R ab. Diese Umschaltung nimmt der zweite
Umschalter 23 vor. Umgeschaltet wird zwischen einem ersten Parametersatz,
der eine schnelle Ausregelung einer Regelabweichung unter
Inkaufnahme von Überschwingen ergibt und einem zweiten Parametersatz,
der ein langsameres Ausregeln unter Vermeidung jeglichen Überschwingens
bewirkt. Ein Überschwingen der maximal zulässigen Drehzahländerung
pro Zeiteinheit dn/dt muß vermieden werden, wenn die
maximal zulässige Drehzahl n max der Brennkraftmaschine nahezu erreicht
ist. Überschreitet der dn/dt-Wert die Drehzahlschwelle n R
so wird auf den zweiten Parametersatz umgeschaltet, der ein Überschwingen
ausschließt.
Erst nach Unterschreitung der Drehzahlschwelle n E wird auf den
ersten Parametersatz umgeschaltet, der ein schnelles Ausregeln ermöglicht.
Die Differenz zwischen den beiden Drehzahlschwellen n R
und n E stellt somit eine Hysterese für den Umschaltvorgang des
zweiten Umschalters 23 dar.
Mit Hilfe des Begrenzers kann erforderlichenfalls auch auf eine
Fahrzeug-Höchstgeschwindigkeit begrenzt werden. Die Umschaltung auf
Drehzahl oder Geschwindigkeitsbegrenzung erfolgt durch Hochrechnen
der Drehzahl unter Zuhilfenahme des Verhältnisses von n/v auf die
vorgesehene Höchstgeschwindigkeit. Ist die hochgerechnete Drehzahl
für die zulässige Höchstgeschwindigkeit kleiner als die maximal mögliche
Drehzahl n max der Brennkraftmaschine, so wird die Geschwindigkeit
begrenzt. Hierzu ist die Schaltung 18 zum Erkennen der
Höchstgeschwindigkeit vorgesehen, die ihr Ausgangssignal an den ersten
Umschalter 16 abgibt. Nachdem der erste Umschalter 16 ein Signal
zum Umschalten auf Begrenzen der zulässigen Höchstgeschwindigkeit
erhalten hat, wird das Drehzahlsignal gesperrt und das Fahrgeschwindigkeitssignal,
nach Umrechnen in der Umrechnungseinheit 17
in ein entsprechendes Drehzahlsignal, an den Ausgang geschaltet. Die
Fahrgeschwindigkeit v wird von Kilometer pro Stunde in Umdrehungen
pro Minute umgerechnet. Die Umschaltung des Begrenzers von Drehzahlbegrenzung
auf Fahrgeschwindigkeitsbegrenzung findet ohne Komfortverlust
statt, da der Begrenzer in dem höchsten Gang vergleichsweise
unempfindlich auf Parameteränderungen der beiden Regler 20, 21
reagiert.
Claims (11)
1. Verfahren zum Begrenzen der Drehzahl einer Brennkraftmaschine
deren Leistung von einer elektronischen Anlage beeinflußt wird, die
wenigstens einen Sollwert von einem Fahrpedalgeber erhält, insbesondere
für ein Kraftfahrzeug, das mit einem wenigstens zweistufigen
Getriebe ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb
einer Drehzahlschwelle (n S ) der Sollwert (12) des Fahrpedalgebers
(10) derart begrenzt wird, daß eine maximal zulässige Drehzahländerung
pro Zeiteinheit (dn/dt) nicht überschritten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlschwelle
(n S ) und/oder die maximal zulässige Drehzahländerung
pro Zeiteinheit (dn/dt) von der Drehzahl (n) abhängen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlschwelle
(n S ) und/oder die maximal zulässige Drehzahländerung
pro Zeiteinheit (dn/dt) von der Fahrgeschwindigkeit (v) des Kraftfahrzeuges
abhängen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlschwelle
(n S ) und/oder die maximal zulässige Drehzahländerung
pro Zeiteinheit (dn/dt) von dem eingelegten Gang abhängen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß oberhalb der Drehzahlschwelle (n S ) die maximal zulässige
Drehzahländerung pro Zeiteinheit (dn/dt) mit einem Proportional-
Integral-
Regler (20, 21) geregelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlschwelle
(n S ) und/oder die maximal zulässige Drehzahländerung
pro Zeiteinheit (dn/dt) sowie die Proportional-Integral-Anteile des
Reglers (20, 21) als Funktion des Verhältnisses von Drehzahl (n) zu
Fahrgeschwindigkeit (v) vorgegeben werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Proportional-Anteil des Proportional-Reglers (20) betragsmäßig auf
Werte begrenzt wird die kleiner oder gleich dem vom Fahrpedalgeber
(10) abgegebenen Sollwert (12) sind.
8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Integral-Anteil des Integral-Reglers (21) betragsmäßig auf Werte begrenzt
wird, die kleiner oder gleich dem vom Fahrpedalgeber (10) abgegebenen
Sollwert (12) abzüglich des Proportional-Anteils sind.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehzahlschwelle (n S ) und/oder die maximal zulässige
Drehzahländerung pro Zeiteinheit (dn/dt) sowie der Proportional- und
Integral-Anteil der Regler (20, 21) unterschiedlich vorgegeben werden,
wenn die Drehzahl, ausgehend von einen kleineren Wert eine
Drehzahlschwelle (n R ) überschreitet und ausgehend von einem höheren
Wert eine zweite Drehzahlschwelle (n E ) unterschreitet.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichet,
daß die Drehzahlschwelle (n S ) und/oder die maximal zulässige
Drehzahländerung pro Zeiteinheit (dn/dt) derart ermittelt werden,
daß eine bestimmte Drehzahl, die einer vorgebbaren Höchstgeschwindigkeit
des Kraftfahrzeuges entspricht, nicht überschritten wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die elektronische Anlage (14) zur Beeinflussung der
Leistung der Brennkraftmaschine, deren Drehzahl begrenzt wird eine
Stelleinrichtung ist, die auf eine in der Ansaugöffnung der Brennkraftmaschine
angeordnete Drosselklappe wirkt.
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Publications (1)
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