DE4105161A1 - Einrichtung zur regelung der leerlaufdrehzahl eines motors eines kraftfahrzeugs - Google Patents
Einrichtung zur regelung der leerlaufdrehzahl eines motors eines kraftfahrzeugsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Leerlauf
drehzahl eines Motors eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des
unabhängigen Patentanspruchs.
Eine derartige Einrichtung ist bereits aus der DE-OS 30 39 435
(US-PS 44 41 471) bekannt. Die dort beschriebene Einrichtung zur
Leerlaufdrehzahlregelung umfaßt einen Sollwertbildner, der in Abhän
gigkeit verschiedener Betriebsgrößen des Motors und des Kraftfahr
zeugs einen Drehzahlsollwert bildet. In einer Vergleichseinrichtung
wird dieser Sollwert mit dem aktuell gemessenen Drehzahlwert ver
glichen. Ein Regler bildet in Abhängigkeit der Differenz zwischen
Soll- und Istwert der Drehzahl ein Ausgangssignal zur Verstellung
eines die Drehzahl der Brennkraftmaschine beeinflussenden Stell
glieds im Sinne einer Verringerung der Differenz zwischen Soll- und
Istdrehzahl. Zur Sollwertbildung wird u. a. ein Getriebesteuersignal
herangezogen, um Drehzahleinbrüche zu vermeiden, wenn bei Automatik
getrieben von der Neutralstellung in die Fahrstellung geschaltet
wird.
Infolge der Verdichtung und Verbrennung in der Frequenz der Arbeits
spiele einer Brennkraftmaschine schwankt die Drehzahl. Die Amplitude
dieser Schwankungen steigt dabei mit fallender Drehzahl. Diese Dreh
zahlschwankungen können den Fahrzeugantrieb bzw. das Fahrzeug selbst
zu Schwingungen anregen, insbesondere wenn die anregende Frequenz in
der Nähe einer Eigenfrequenz des Fahrzeugantriebs bzw. des Fahrzeugs
liegt. Erfahrungsgemäß treten derartige Schwingungen, sogenanntes
Ruckeln, besonders bei niedrigen Drehzahlen, im Bereich der Leer
laufdrehzahl bei vorhandenem Kraftschluß zwischen Motor und Antrieb
auf, die den Fahrkomfort in diesem Betriebszustand herabsetzen. Dies
wirkt sich insbesondere bei Kolonnenfahrt, im dichten Verkehr, wenn
das Fahrzeug mit niedriger, im Bereich der Leerlaufdrehzahl liegen
den Drehzahl und vorhandenem Kraftschluß, d. h. beispielsweise im
Falle von Handschaltgetrieben bei eingelegtem Gang und eingekuppel
ter Kupplung, sich vorwärts bewegt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, die den
Betriebskomfort des Kraftfahrzeugs verbessern und dabei Ruckeln im
Bereich der Leerlaufdrehzahl wirksam verhindern. Dies wird dadurch
erreicht, daß eine Einrichtung zur Regelung der Leerlaufdrehzahl ei
nes Motors derart ausgestaltet wird, daß deren Sollwert abhängig von
der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs beeinflußt wird. Dabei
wird der Sollwert mit steigender Fahrgeschwindigkeit betragsmäßig
größer, wobei der Zusammenhang zwischen Sollwert und Fahrgeschwin
digkeit derart gewählt wird, daß der schwingungsempfindliche Bereich
niedriger Drehzahl gemieden wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, bei geschlossenem Trieb
strang ein komfortables Fahren des Fahrzeugs mit Drehzahlen im Be
reich der Leerlaufdrehzahl zu ermöglichen. Dies wird durch Begren
zung der Fahrgeschwindigkeit auf einen Mindestwert erreicht.
Einrichtungen zur Vermeidung von Ruckelerscheinungen bei Brennkraft
maschinen sind vielfach, beispielsweise aus der WO-A 89/07 709, be
kannt. Zur Vermeidung von Ruckeln wird auf der Basis des Drehzahl
signals und eines Getriebestellungssignals aus einem Kennfeld ein
Signal gebildet, dessen zeitliche Änderungen mit dem aus Drehzahl
und Fahrpedalstellung abgeleiteten Signal der zuzumessenden Kraft
stoffmenge verknüpft wird. Diese Verknüpfung erfolgt dabei derart,
daß Änderungen der zuzumessenden Kraftstoffmenge gegengesteuert wird.
Die WO 89/11 028 beschreibt einen Drehzahlregler, dessen Solldreh
zahlwert von dem Ausgangssignal eines Fahrgeschwindigkeitsreglers
gebildet wird. Dieses Ausgangssignal ist eine Funktion der Differenz
zwischen einem Soll-Geschwindigkeits- und einem Ist-Geschwindig
keitssignal des Fahrzeugs. Eine derartige Einrichtung ermöglicht
zwar eine schnelle und genaue Regelung der Fahrgeschwindigkeit und
verbessert die Stabilität des Fahrgeschwindigkeitsregelkreises. Eine
Vermeidung von Ruckelerscheinungen im leerlaufnahen Drehzahlbereich
ist damit jedoch nicht verbunden.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen verbessern den Betriebskomfort eines
Kraftfahrzeugs und vermeiden wirksam und auf einfache Weise Ruckel
erscheinungen im leerlaufnahen Drehzahlbereich.
Durch die geschwindigkeitsabhängige Vorgabe der Soll-Leerlaufdrehzahl
wird der schwingungsempfindliche Bereich niedriger Drehzahlen und
somit Ruckelerscheinungen im Bereich der Leerlaufdrehzahl vermieden.
Bei geschlossenem Triebstrang ergeben die erfindungsgemäßen Maßnah
men in vorteilhafter Weise eine Minimalbegrenzung der Fahrgeschwin
digkeit des Fahrzeugs. Dadurch ist bei Kolonnenfahrt mit geschlosse
nem Kraftschluß eine ruhige Fortbewegung des Fahrzeugs mit vorgege
bener Mindestgeschwindigkeit möglich, ohne daß Schwingungen im An
triebsstrang auftreten.
Besondere Vorteile weist die erfindungsgemäße Vorgehensweise auf,
wenn die geschwindigkeitsabhängige Steuerung des Sollwertes nur bei
geschlossenem Triebstrang erfolgt. Bei stehendem Fahrzeug mit ge
öffnetem Triebstrang oder während eines Schaltvorganges, d. h. nicht
vorhandenem Kraftschluß, kann dann eine geräuschmindernde, kraft
stoffsparende niedrige Leerlaufdrehzahl vorgegeben werden.
Diese Maßnahmen erlauben daher eine Anpassung der Leerlaufdrehzahl
an den jeweiligen Betriebszustand, wobei auftretende Eigenschwingun
gen des Fahrzeugs bei Fahrt mit geschlossenem Triebstrang im Be
reich der Leerlaufdrehzahl wirksam vermieden werden. Bei stehendem
Fahrzeug wird eine niedrige Leerlaufdrehzahl vorgegeben, so daß die
Leerlaufdrehzahlregelung bei stehendem Fahrzeug durch die erfin
dungsgemäßen Maßnahmen nicht negativ beeinflußt wird.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von
Ausführungsformen in Verbindung mit den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung darge
stellten Ausführungsformen verdeutlicht. Dabei zeigt Fig. 1 ein
Blockschaltbild einer Leerlaufdrehzahlregelung, bei der die erfin
dungsgemäßen Maßnahmen verwirklicht sind. Fig. 2 zeigt schematisch
die Abhängigkeit des Leerlaufdrehzahlsollwertes von der Fahrzeug
geschwindigkeit, während in Fig. 3 ein Flußdiagramm als Beispiel
einer Realisierung der erfindungsgemäßen Maßnahmen in Form eines
Rechnerprogramms dargestellt ist.
Fig. 1 beschreibt eine Brennkraftmaschine 10, welche mit wenigstens
einem Drehzahlsensor 12 versehen ist, dessen Ausgangsleitung 14 auf
eine Vergleichsstelle 16 geführt ist. Neben der Vergleichsstelle 16
umfaßt das Leerlaufregelsystem einen Regler 18, welcher durch seine
Eingangsleitung 20 mit der Vergleichsstelle 16 verbunden ist. Seine
Ausgangsleitung 22 ist auf ein Stellorgan 24 geführt, welches über
die Verbindung 26 zur Brennkraftmaschine 10 ein die Drehzahl der
Brennkraftmaschine beeinflussendes Element steuert. Dieses Element
kann beispielsweise eine die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine steu
ernde Drosselklappe oder eine die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraft
maschine steuernde Einspritzpumpe sein.
Ferner umfaßt das Leerlaufdrehzahlregelsystem einen Sollwertbildner
28, dessen Ausgangsleitung 30 den aus Betriebsgrößen der Brennkraft
maschine bzw. des Kraftfahrzeugs gebildeten Sollwert trägt und auf
die Vergleichsstelle 16 geführt ist. Eingangsgrößen der Sollwertbil
dungseinheit 28 werden von Meßeinrichtungen 32 bis 34, auf deren
vollständige Darstellung aus Übersichtlichkeitsgründen in Fig. 1
verzichtet worden ist, über die entsprechenden Eingangsleitungen 36
bis 38 zugeführt. Die von den Meßeinrichtungen 32 bis 34 erfaßten
Betriebsgrößen sind dem Fachmann in Zusammenhang mit Leerlaufdreh
zahlregelungen geläufig. Beispielsweise handelt es sich um die Mo
tortemperatur, Batteriespannung, Getriebestellung, Istdrehzahl,
Stellung des Stellorgans 24 bei vorhandener Lageregelung des Stell
organs und/oder zur Feststellung des Leerlaufzustandes, etc. Im
Falle der Istdrehzahl ist die Meßeinrichtung mit dem Drehzahlsensor
12 identisch.
Ferner wird dem Sollwertbildner 28 über die Eingangsleitung 40 von
einem Fahrgeschwindigkeitssensor 42 die Fahrgeschwindigkeit des
Fahrzeugs zugeführt. In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel fin
det die geschwindigkeitsabhängige Steuerung des Sollwerts abhängig
vom vorhandenen Kraftschluß statt. Zu diesem Zweck ist in Fig. 1
dem Sollwertbildner 28 eine weitere Eingangsleitung 44 zugeführt,
die ihn mit einer Erfassungseinrichtung 46 für den geschlossenen
Triebstrang des Kraftfahrzeugs verbindet. Diese nicht notwendiger
weise vorhandene Einrichtung stellt anhand eines Getriebe- und Kupp
lungsstellungssignals den vorhandenen Kraftschluß dar. Die Einrich
tung 46 kann jedoch auch Bestandteil des Sollwertbildners 28 sein,
dem dann zusätzlich ein Kupplungsstellungssignal von einer entspre
chenden Meßeinrichtung 32 bis 34 zugeführt wird oder der den vorhan
denen Kraftschluß anhand des Quotienten der zugeführten Signale
Drehzahl und Fahrgeschwindigkeit ableitet.
Die Funktionsweise des Leerlaufdrehzahlregelungssystems nach Fig. 1
ist weitgehend aus dem Stand der Technik bekannt. Abhängig von den
Betriebsgrößen, die über die Meßeinrichtungen 32 bis 34 erfaßt wer
den, wird vom Sollwertbildner 28 ein Sollwert für die Leerlaufdreh
zahlregelung abgeleitet, der über die Ausgangsleitung 30 der Ver
gleichseinrichtung 16 zugeführt wird. Dort wird der gebildete Soll
wert mit der Istmotordrehzahl verglichen, die der Vergleichseinrich
tung 16 vom Drehzahlsensor 12 zugeführt wird. Der Vergleich stellt
insbesondere eine Differenzenbildung zwischen Soll- und Istwert dar,
wobei über die Leitung 20 die Differenz von der Vergleichseinrich
tung 16 zum Regler 18 geführt ist. Dieser bildet in Abhängigkeit der
Größe der Differenz ein Ausgangssignal 22 zur Einstellung des Stell
organs 24 und damit des die Drehzahl beeinflussenden Elements der
Brennkraftmaschine im Sinne einer Verringerung dieser Differenz. Das
Stellorgan 24 wird dann derart angesteuert, daß sich die Istdrehzahl
des Motors in Richtung der vorgegebenen Solldrehzahl verändert. Der
Regler ist dabei entsprechend den aus der Regelungstechnik bekannten
Reglerarten, beispielsweise als PI-Regler, ausgestaltet.
Die Leerlaufregelung ist nur im erkannten Leerlaufzustand aktiv.
Außerhalb dieses Betriebszustands wird das Stellorgan gesteuert ein
gestellt bzw. nimmt eine mittlere Stellung ein. Der Leerlaufzustand
wird dabei aus den Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine bzw. des
Kraftfahrzeugs abgeleitet. Kriterien sind beispielsweise, daß die
Stellung des Stellorgans oder des Fahrpedals einen bestimmten Wert
unterschritten hat und die Drehzahl unter einem bestimmten, von der
Solldrehzahl abhängigen Wert liegt.
Aufgrund der eingangs genannten Problemstellungen wird dem Sollwert
bildner darüber hinaus über die Eingangsleitung 40 vom Sensor 42 ein
Fahrgeschwindigkeitssignal des Fahrzeugs zugeführt und die Solldreh
zahl der Brennkraftmaschine abhängig von der Größe der Fahrgeschwin
digkeit angehoben. Der funktionelle Zusammenhang zwischen Fahr
geschwindigkeit und Solldrehzahl ist in Fig. 2 dargestellt und im
Sollwertbildner 28 in Form einer Kennlinie oder eines temperaturab
hängigen Kennfeldes oder als entsprechende Tabelle gespeichert.
In Fig. 2 ist auf der horizontalen Achse die Fahrgeschwindigkeit V
des Fahrzeugs in Kilometern pro Stunde aufgetragen, während die ver
tikale Achse die Solldrehzahl U der Brennkraftmaschine in 1/min
repräsentiert. Die aufgetragenen Zahlenwerte sind beispielhaft und
können je nach Motor bzw. Fahrzeugtyp unterschiedlich sein. Mit an
deren Worten können die der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit zugeord
neten Drehzahlsollwerte um einen gewissen Betrag, der im Bereich von
50% liegen kann, von der Darstellung in Fig. 2 abweichen.
Der Leerlaufdrehzahlsollwert wird demnach ausgehend von einem nie
drigen Betrag bei der Geschwindigkeit Null, der von den über die
Leitungen 36-38 zugeführten Betriebsgrößen festgelegt wird, mit
steigender Fahrgeschwindigkeit erhöht.
Im Bereich von Geschwindigkeiten größer Null bei geschlossenem
Triebstrang führt die erfindungsgemäße Maßnahme aufgrund der festen
Zuordnung von Drehzahl und Geschwindigkeit durch den eingelegten
Gang zu einer Minimalbegrenzung der Fahrgeschwindigkeit auf den
durch die Gangstellung und die Drehzahl vorgegebenen Fahrgeschwin
digkeitswert. Die erfindungsgemäße Maßnahme begrenzt bei geschlosse
nem Triebstrang bei Kolonnenfahrt die Fahrgeschwindigkeit auf eine
Mindestgeschwindigkeit des Fahrzeugs, das sich dann mit hohem Kom
fort fortbewegt und wobei ein Absterben der Maschine nicht zu be
fürchten ist.
In vorteilhafter Weise ist die geschwindigkeitsabhängige Steuerung
des Leerlaufdrehzahlsollwertes nur bei geschlossenem Triebstrang,
d. h. vorhandenem Kraftschluß, aktiv. Daher ist in Fig. 1 dem Soll
wertbildner 28 über die Eingangsleitung 44 ein den geschlossenen
Triebstrang anzeigendes Signal von der Erfassungseinheit 46 zuge
führt. Abhängig vom Kraftschluß wird im Sollwertbildner dann die ge
schwindigkeitsabhängige Steuerung des Sollwertes aktiviert. Bei ge
öffnetem Triebstrang wird der Sollwert geschwindigkeitsunabhängig
durch die von den Meßeinrichtungen 32 bis 34 erfaßten Betriebsgrößen
vorgegeben.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Flußdiagramms zur Realisierung der
erfindungsgemäßen Maßnahmen als Rechnerprogramm. Nach Start des Pro
grammteils wird in einem ersten Schritt 100 überprüft, ob die oben
dargestellten, zur Aktivierung der Leerlaufdrehzahlregelung vorge
sehenen Bedingungen erfüllt sind. Dies wird beispielsweise anhand
der Stellungen des Stellorgans 24, durch Vorgabe einer Fahrgeschwin
digkeitsgrenze und einer Drehzahlgrenze, welche zur Aktivierung der
Regelung unterschritten werden müssen, festgestellt. Ist dies nicht
der Fall, ist eine Steuerung des Stellorgans für die Leerlaufdreh
zahlregelung gemäß Schritt 102 aktiv. Hier wird das Stellorgan 24
beispielsweise motordrehzahlabhängig oder auf einen mittleren, vor
gegebenen Wert geöffnet. Ist die Bedingung nach Schritt 100 erfüllt,
so wird letztendlich gemäß Schritt 104 die Leerlaufdrehzahl abhängig
von Soll- und Istwert geregelt. Diese Maßnahmen sind aus dem Stand
der Technik hinreichend bekannt.
Vor Aufnahme der Regelung gemäß Schritt 104 wird jedoch im Schritt
106 überprüft, ob der Triebstrang geschlossen oder geöffnet ist,
d. h. ob Kraftfluß vorhanden oder nicht vorhanden ist. Diese Maßnahme
kann anhand der Auswertung eines Getriebestellungs- und/oder eines
Kupplungsstellungssignals erfolgen ohne durch den Vergleich des Quo
tienten von Drehzahl und Fahrgeschwindigkeit mit durch einen ge
schlossenen Triebstrang fest vorgegebenen Beträgen. Ist kein Kraft
schluß vorhanden, d. h. ist "echter" Leerlauf angenommen, so wird der
zur Regelung der Leerlaufdrehzahl dienende Sollwert gemäß Schritt
108 abhängig von den bekannten Betriebsgrößen gebildet und die Rege
lung gemäß Schritt 104 ausgeführt.
Wird jedoch im Schritt 106 vorhandener Kraftschluß erkannt, so wird
im Schritt 110 der Sollwert der Leerlaufdrehzahlregelung wie in Fi
gur 2 dargestellt geschwindigkeitsabhängig gesteuert. Die Regelung
nach Schritt 104 wird dann abhängig von dem im Schritt 110 gebilde
ten Sollwert ausgeführt.
Nach den Schritten 104 und 102 wird der Programmteil beendet und
nach vorbestimmter Zeitdauer wiederholt.
Neben der geschwindigkeitsabhängigen Bildung des Sollwertes im
Schritt 110 kann hier eine motortemperaturabhängige Sollwertbildung,
beispielsweise durch Maximalauswahl, überlagert werden, um ein Aus
gehen des Motors im Warmlauf bei niedrigen Geschwindigkeiten und ge
schlossenem Triebstrang zu vermeiden.
Vorstehend ist eine Regelung der Drehzahl unter Vorgabe eines Dreh
zahlsollwerts beschrieben worden. Im Rahmen anderer vorteilhafter
Ausführungsformen kann die Regelung unter Vorgabe von anderen Soll
werten oder vorgegebenen Werten erfolgen, für den Zündwinkel, für
die dem Motor zugeführte Füllung, für die Stellung einer die zuzu
messende Kraftstoffmenge bestimmenden Einspritzpumpe oder die Stel
lung eines die Luftzufuhr zum Motor bestimmenden Elements. Entspre
chendes gilt für den mit dem vorgegebenen Wert verglichenen, gemes
senen Wert.
Claims (10)
1. Einrichtung zur Regelung der Drehzahl eines Motors eines Kraft
fahrzeugs abhängig von einem vorgegebenen Wert und einem gemessenem
Wert,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - Mittel vorgesehen sind, welchen den vorgegebenen Wert abhängig von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs beeinflussen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit
größerer Fahrgeschwindigkeit der vorgegebene Wert betragsmäßig
größer wird.
3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Beeinflussung des vorgegebenen Werts bei vor
handenem Kraftschluß zwischen Motor und Fahrzeugantrieb vorgenommen
wird.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß der vorgegebene Wert für jeden Wert der Fahrge
schwindigkeit in Form einer Kennlinie oder einem temperaturabhängi
gen Kennfeld oder als Tabellen in einem Speicher abgelegt ist.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Abhängigkeit des vorgegebenen Werts von der
Fahrgeschwindigkeit derart gewählt wird, daß der schwingungsempfind
liche Drehzahlbereich in der Nähe der Leerlaufdrehzahl nicht er
reicht wird.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß bei nicht vorhandenem Kraftschluß der vorgegebene
Wert abhängig von Betriebsgrößen wie Motortemperatur, Batteriespan
nung, etc. bestimmt wird.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß der vorgegebene Wert einen Sollwert für die Dreh
zahl des Motor, für den Zündwinkel, für die dem Motor zugeführte
Füllung, für die Stellung eine die zuzumessende Kraftstoffmenge be
stimmenden Einspritzpumpe oder die Stellung eines die Luftzufuhr zum
Motor bestimmenden Elements darstellt.
8. Einrichtung zur Regelung der Drehzahl eines Motors eines Kraft
fahrzeugs abhängig von einem vorgegebenen Wert und einem gemessenem
Wert, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche die
Fahrgeschwindigkeit auf einen Mindestwert begrenzen.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Min
destwert der Fahrgeschwindigkeit drehzahlabhängig ist und durch Re
gelung der Drehzahl auf einen geschwindigkeitsabhängigen Sollwert
nicht unterschritten wird.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß bei Kraftschluß zwischen Motor und Antrieb die Fahrge
schwindigkeit durch Steuerung der Leerlaufdrehzahl auf Minimalwerte
begrenzt wird.
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