DE3618844A1 - Verfahren zur begrenzung der drehzahl einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur begrenzung der drehzahl einer brennkraftmaschine

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Description

Stand der Technik
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.
Vorteile der Erfindung
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.
Zeichnung
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.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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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