EP0098909A2 - Idling speed controller, in particular for vehicles - Google Patents

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EP0098909A2
EP0098909A2 EP83100686A EP83100686A EP0098909A2 EP 0098909 A2 EP0098909 A2 EP 0098909A2 EP 83100686 A EP83100686 A EP 83100686A EP 83100686 A EP83100686 A EP 83100686A EP 0098909 A2 EP0098909 A2 EP 0098909A2
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EP
European Patent Office
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limiter
amplifier
output
control amplifier
differential amplifier
Prior art date
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EP83100686A
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German (de)
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EP0098909A3 (en
EP0098909B1 (en
Inventor
Harald Collonia
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Mannesmann VDO AG
Original Assignee
Mannesmann VDO AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D31/00—Use of speed-sensing governors to control combustion engines, not otherwise provided for
    • F02D31/001—Electric control of rotation speed
    • F02D31/002—Electric control of rotation speed controlling air supply
    • F02D31/003—Electric control of rotation speed controlling air supply for idle speed control
    • F02D31/004—Electric control of rotation speed controlling air supply for idle speed control by controlling a throttle stop

Definitions

  • the invention relates to an idle controller according to the preamble of claim 1.
  • a known idle controller of this type has a converter which converts the magnitude of the engine speed into a voltage.
  • a controller with PID time behavior is connected to the output of the converter.
  • the PID controller comprises a first differential amplifier with a resistance capacitor combination at an input and a second resistance capacitor combination between the output and the input of the differential amplifier, as a result of which a differential time behavior is generated.
  • the first differential amplifier is coupled via a resistor to a second differential amplifier, which is fed back to an input via a further resistor capacitor combination.
  • the second input is on a voltage divider.
  • the PI behavior is generated with the second differential amplifier. Both differential amplifiers thus represent a controller with PID behavior.
  • a line leads to an inverting input of a third differential amplifier, whose non-inverting Input is connected to the output of the converter as well as to a bias voltage divider.
  • the output of the third differential amplifier is led as a limiter to the non-inverting input of the second differential amplifier of the PID controller.
  • This idle controller is intended to meet the conflicting requirements that a sudden drop in speed, especially when the accelerator pedal is released or when an additional unit is switched on, is quickly absorbed, so that the speed when idling does not fall below the specified target value if possible.
  • This requires a rapid reaction by the organ, which determines the mixture supply to the internal combustion engine.
  • the regulation should be as insensitive as possible to minor excitations caused by disturbances, in order not to move the organ controlling the mixture supply, in particular a throttle valve, unnecessarily, and to avoid a so-called sawing regulation or a rocking oscillation, so-called bonanza effect. to create.
  • the former case can occur, for example, in the case of a so-called lambda probe control for a correct mixture preparation, the latter by undesired actuation of the accelerator pedal by the driver when the motor vehicle is jerky.
  • the PID time portions of the idle controller must be carefully and individually adapted to the characteristics of the internal combustion engine to be controlled.
  • the limiter which the known idle controller comprises, has the task of guiding the manipulated variable emitted by the second differential amplifier for any possible speed in a range which lies between the overdrive limits of the second differential amplifier.
  • the limiter does not change the dynamic behavior of the idle controller.
  • the object of the present invention is to develop an idle controller of the type mentioned at the outset in such a way that it quickly interceptes or regulates relatively large speed drops with the least possible component outlay and uncritical adjustment or adaptation to the characteristics of the internal combustion engine to be regulated, but on the other hand with smaller ones Suggestions in the area of the idle target speed are not unnecessarily stimulated by smaller disturbance variables.
  • the limiter is used in a novel way to change the timing behavior of the entire idle controller structure as a function of the input variable, the idle speed: With smaller disturbance variables and corresponding speed fluctuations, only that is actual idle controller with the control amplifier and its timing elements for the formation of the manipulated variable.
  • the timing elements can therefore be dimensioned so that the controller is insensitive to minor excitations caused by interference.
  • a time behavior has an effect, which is arranged by at least one further timing element in the branch between an input of the actual speed value and the output of the limiter.
  • This timer can be designed in particular to generate a differential time component, so that the overall structure of the idle controller generates a manipulated variable that quickly counteracts a sudden drop in speed.
  • This connection of an additional or different time behavior to the time behavior of the actual control amplifier with its timing elements takes place in such a way that when the control amplifier is overdriven, the limiter becomes effective, which feeds an amplified limiting setpoint into one input of the control amplifier and thus carries it with the actual speed value, that the controller remains at the overload limit. This is done in particular in such a way that when the speed drops, the increased limiting setpoint is increased, which also increases the manipulated variable, which cannot fall below the value of the lower modulation limit.
  • the manipulated variable therefore follows the modulation limit in this operating state of the idle controller, namely the lower modulation limit, which regulates the actual speed fluctuations sensitively in accordance with the time behavior of the limiter branch with a differential time component Fluctuations desired relatively sluggish timing behavior can be set uncritically on the timing element, which is directly connected to the control amplifier, which thus shows in particular integral timing behavior.
  • the time behavior is also set uncritically by the timing element in the limiter branch with a differential time component. This means that production, comparison and warehousing can be rationalized.
  • the total component expenditure for generating an idle controller is reduced, since in particular a differential amplifier with the associated coupling elements can be omitted.
  • control amplifier is designed exclusively with an integral time component.
  • a particularly useful embodiment of the idle controller is specified in claim 3, which is characterized by a low manufacturing cost.
  • the coupling of the limiter amplifier with the inverting input of the regulator amplifier in conjunction with the diode ensures that only the lower modulation limit is shifted dynamically, so that this affects the manipulated variable in the event of sudden speed reductions.
  • an input is denoted by 1, into which a variable corresponding to the actual speed value x i is fed.
  • the input is connected to a control amplifier 3 via a comparator 2, in which the actual speed value is compared with a reference variable w.
  • the control amplifier only has an integral time response as an I controller. It outputs a manipulated variable y i to an output 4, to which, for example, a throttle valve drive can be connected.
  • a branch 5 with a limiter 6 is also branched off from the input 1.
  • the limiter consists essentially of a limiter amplifier 7 and comparison points 8, 9, which are connected upstream of an input of the amplifier 7.
  • the comparison point 8 the difference between the actual speed value or a variable derived therefrom and a reference variable Yw is formed and a limiting setpoint is thus generated.
  • the limit setpoint is compared with the manipulated variable y i in the second comparison point 9.
  • the output of amplifier 7 is connected to an input 11 of Regelver via a non-linear element 10 intensifier 3 in connection, which determines the lower clipping limit.
  • a timing element 12 is also inserted, which in FIG. 1 lies in front of the comparison points 8 and 9 in the signal flow direction of the actual speed value, but can also be arranged in equivalent embodiments behind these comparison points and can be directly coupled to the amplifier 7.
  • the manipulated variable y is plotted on a time axis as the abscissa between the upper constant modulation limit Y 1 and the lower modulation limit Y 2 .
  • the actual speed x i is shown above this.
  • the limiter 6 acts in the following way:
  • the speed list signal, which the timer 12 passes through, is subtracted from a reference variable w (y) in the comparison point 8.
  • a reference value signal y i is subtracted from the difference formed therefrom as the limiting setpoint y w in the comparison point 9.
  • This difference enters the input of an amplifier 7 and, via a non-linear element 10, as an amplified limiting setpoint into the input 11 of the control amplifier 3.
  • the amplified limiting setpoint initially has no direct effects here. since the manipulated variable generated by him lies between the upper modulation limit Y 1 and the lower modulation limit Y 2 .
  • the above behavior of the limiter changes as soon as a sudden drop in speed of the actual speed value occurs at time t 1 , for example because the accelerator pedal is reset.
  • the rapidly falling speed is not only counteracted by the control amplifier 3, since, due to its slowly set integration process, it cannot briefly cause any significant change in the manipulated variable.
  • the manipulated variable at point in time t 1 increases almost suddenly, due to the action of the limiter: in the timing element 12, the speed change is differentiated, so that after the subtraction of the setpoint and the manipulated variable described above, the amplifier 7 of the limiter with a correspondingly large pulse.
  • This amplified pulse reaches the input 11 of the control amplifier 3 via the non-linear element 10, which is switched in the sense of influencing the lower modulation limit.
  • the amplified limit setpoint at the input 11 calls the control amplifier 3 for a sudden rise in the lower modulation limit the differentiated temporal course of the actual speed. Since the manipulated variable cannot be smaller than the lower modulation limit, it is raised to a value which in FIG. 3 conforms to the course of the lower modulation limit. This means that the manipulated variable increases in leaps and bounds according to the time behavior of the timing element 12 by the speed drop x . balance. If the decreasing speed change disappears, the lower modulation limit also decreases, analogous to the timing of the timing element 12.
  • the course of the manipulated variable separates again from the course of the lower modulation limit for the corresponding smaller output variables of the amplifier 7.
  • the manipulated variable is formed from the control deviation in accordance with the slowly integrating time behavior of the control amplifier 3, both short-term fluctuations in the actual speed or the control deviation not having an effect on the manipulated variable, since the integrating control amplifier has a smoothing function.
  • the timing element with differentiating time behavior 12 the small, short-term fluctuations in the actual speed value also have a strong effect on the output variable of amplifier 7, which supplies the amplified limiting setpoint.
  • the associated fluctuations in the amplified limiting setpoint have no influence on the manipulated variable, since while the actual speed value remains almost the same, the manipulated variable again runs at a distance from the lower modulation limit and is therefore not influenced by it.
  • a first differential amplifier 13 is provided as a control amplifier and a second differential amplifier 14 as a limiter amplifier. These differential amplifiers are used at the same time in addition to amplification for comparison and to form the time behavior.
  • an inverting input 15 of the first differential amplifier 13 is connected via a resistor 16 connected to the output of a converter 17, which converts the actual speed into a corresponding voltage.
  • the non-inverting input 18 of the first differential amplifier is connected to a voltage divider 19 at which a setpoint value of the idling speed can be set.
  • the output of the amplifier 13 is fed back via a capacitor 20 to the inverting input j5 of the first differential amplifier.
  • the capacitor 20 forms the integrating time behavior of the first differential amplifier.
  • the second differential amplifier 14, the limiter amplifier, is connected with its inverting input 21 to a voltage divider 22 and to the output of the converter 17.
  • the voltage divider is used to specify the setpoint for the limitation.
  • the non-inverting input 23 of the second differential amplifier is also connected to the output of the converter 17, specifically via a capacitor 24 which, in conjunction with a resistor 25, produces a differentiating time behavior.
  • the resistor 25 connects the output of the amplifier 13 to the non-inverting input 23 of the amplifier 14.
  • the embodiment of the idle controller according to FIG. 2 acts like the structure according to FIG. 1 described above.
  • the difference between the control deviation and the formation of the integral time component at the first differential amplifier 13 / and the formation of the differential time component as well as the formation of the differences for generating the increased limiting setpoint take place through the second differential amplifier 14.
  • a diode 26 connects the output of the second differential amplifier 14 to the inverting input 15 of the first differential amplifier 13 in such a way that the lower modulation limit is raised when the speed and thus the voltage at the output of the converter 17 drop.
  • the manipulated variable at output 4 of the first control amplifier is again forced to follow the lower modulation limit, while with only small and / or slow speed fluctuations, the manipulated variable is formed uniformly independently of the lower modulation limit, which is the speed fluctuation differentiated and reinforced.

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Abstract

In einem Leerlaufregler, insbesondere für Kraftfahrreuge, sind ein Regelverstärker mit integralem Zeitanteil (5) sowie ein Begrenzer (7) mit proportionalem Zeitanteil vorgesehen. Die Eingänge des Begrenzers werden mit der Stellgröße von dem Ausgang des Regelverstärkers sowie mit einer mit dem Drehzahlistwert gebildeten Begrenzerführungsgröße beaufschlagt. Der Ausgang des Begrenzers ist zu einem Eingang des Regelverstärkers zurückgeführt. Zum Erzielen des gewünschten Zeitverhaltens des Leerlaufreglers bei plötzlichen Drehzahlstürzen ist in dem Zweig (5) zwischen dem Eingang (1) des Drehzahlistwerts und dem Ausgang des Begrenzers (6) mindestens ein Zeitglied (12) mit differentialem Zeitanteil vorgesehen. Der Begrenzer (6) ist derart bemessen und mit dem Ausgang des Regelverstärkers (3) gekoppelt, daß bei einem Drehzahlsturz über einen vorgegebenen Wert hinaus die Stellgroße (γ) entlang der Ausgangsgroße des Begrenzers (6) (Aussteuerungsgrenze) geführt wird.A control amplifier with an integral time component (5) and a limiter (7) with a proportional time component are provided in an idling controller, in particular for motor vehicles. The inputs of the limiter are acted upon with the manipulated variable from the output of the control amplifier and with a limiter command variable formed with the actual speed value. The output of the limiter is fed back to an input of the control amplifier. In order to achieve the desired time behavior of the idle controller in the event of sudden speed drops, at least one timing element (12) with a differential time component is provided in the branch (5) between the input (1) of the actual speed value and the output of the limiter (6). The limiter (6) is dimensioned and coupled to the output of the control amplifier (3) such that, in the event of a speed drop above a predetermined value, the manipulated variable (γ) is guided along the output variable of the limiter (6) (modulation limit).

Description

Die Erfindung betrifft einen Leerlaufregler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an idle controller according to the preamble of claim 1.

Ein deratiger bekannter Leerlaufregler weist einen Umsetzer auf, der die Größe der Motordrehzahl in eine Spannung umsetzt. An den Ausgang des Umsetzers ist ein Regler mit PID-Zeitverhalten angeschlossen. Der PID-Regler umfaßt einen ersten Differenzverstärker mit einer Widerstandskondensatorkombination an einem Eingang und einer zweiten Widerstandskondensatorkombination zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Differenzverstärkers, wodurch ein differentiales Zeitverhalten erzeugt wird. Der erste Differenzverstärker ist über einen Widerstand mit einem zweiten Differenzverstärker gekoppelt, der über eine weitere Widerstandskondensatorkombination zu einem Eingang rückgekoppelt ist. Der zweite Eingang liegt an einem Spannungsteiler. Mit dem zweiten Differenzverstärker wird das PI-Verhalten erzeugt. Beide Differenz verstärker stellen somit einen Regler mit PID-Verhalten dar. Von dem Ausgang des zweiten Differenzverstärkers führt eine Leitung zu einem invertierenden Eingang eines dritten Differenzverstärkers, dessen nicht-invertierender Eingang mit dem Ausgang des Umsetzers sowie mit einem Vorspannungsteiler in Verbindung steht. Der Ausgang des dritten Differenzverstärkers ist als Begrenzer zu dem nicht-invertierenden Eingang des zweiten Differenzverstärkers des PID-Reglers geführt.A known idle controller of this type has a converter which converts the magnitude of the engine speed into a voltage. A controller with PID time behavior is connected to the output of the converter. The PID controller comprises a first differential amplifier with a resistance capacitor combination at an input and a second resistance capacitor combination between the output and the input of the differential amplifier, as a result of which a differential time behavior is generated. The first differential amplifier is coupled via a resistor to a second differential amplifier, which is fed back to an input via a further resistor capacitor combination. The second input is on a voltage divider. The PI behavior is generated with the second differential amplifier. Both differential amplifiers thus represent a controller with PID behavior. From the output of the second differential amplifier, a line leads to an inverting input of a third differential amplifier, whose non-inverting Input is connected to the output of the converter as well as to a bias voltage divider. The output of the third differential amplifier is led as a limiter to the non-inverting input of the second differential amplifier of the PID controller.

Mit diesem Leerlaufregler sollen die gegensätzlichen Forderungen erfüllt sein, daß ein plötzlicher Drehzahlsturz, insbesondere bei Loslassen des Gaspedals oder bei Einschalten eines Zusatzaggregats schnell abgefangen wird, so daß die Drehzahl im Leerlauf möglichst nicht unter den vorgegebenen Sollwert absinkt. Hierzu ist eine rasche Reaktion des Organs notwendig, welches die Gemisch zufuhr zu dem Verbrennungsmotor bestimmt. Andererseits soll die Regelung möglichst unempfindlich gegen kleinere Anregungen durch Störungen sein, um das die Gemischzufuhr steuernde Organ, insbesondere eine Drosselklappe nicht - in unnötiger Weise zu bewegen und um nicht eine soge- nannte sägende Regelung oder eine sich aufschaukelnde Schwingung, sogenannter Bonanza-Effekt, zu erzeugen. Ersterer Fall kann beispielsweise bei einer sogenannten Lambda-Sondenregelung für eine vorschriftsmäßige Gemischzubereitung geschehen, letzteres durch unerwünschtes Betätigen des Gaspedals durch den Fahrer, wenn das Kraftfahrzeug ruckelt. Um diese widersprüchlichen Anforderungen trotz des ungünstigen dynamischen Verhaltens des Verbrennungsmotors möglichst zu erfüllen, müssen die PID-Zeitanteile des Leerlaufreglers sorgfältig und individuel an die Charakteristik des zu regelnden Verbrennungsmotors angepaßt werden.This idle controller is intended to meet the conflicting requirements that a sudden drop in speed, especially when the accelerator pedal is released or when an additional unit is switched on, is quickly absorbed, so that the speed when idling does not fall below the specified target value if possible. This requires a rapid reaction by the organ, which determines the mixture supply to the internal combustion engine. On the other hand, the regulation should be as insensitive as possible to minor excitations caused by disturbances, in order not to move the organ controlling the mixture supply, in particular a throttle valve, unnecessarily, and to avoid a so-called sawing regulation or a rocking oscillation, so-called bonanza effect. to create. The former case can occur, for example, in the case of a so-called lambda probe control for a correct mixture preparation, the latter by undesired actuation of the accelerator pedal by the driver when the motor vehicle is jerky. In order to meet these contradictory requirements as possible despite the unfavorable dynamic behavior of the internal combustion engine, the PID time portions of the idle controller must be carefully and individually adapted to the characteristics of the internal combustion engine to be controlled.

Infolge des verhältnismäßig hohen Bauteileaufwands und der kritischen Dimensionierung und Anpassung des Zeitverhaltens des Leerlaufreglers ist dessen Herstellung verhältnismäßig aufwendig. Trotzdem wird durch den Einsatz dieses bekannten Leerlaufreglers nur ein Kompromiß zwLschen einem guten Abfangen der Drehzahl bei großen Drehzahlstürzen und einer ruhigen Drehzahlregelung bei kleinen Anregungen möglich sein.As a result of the relatively high cost of components and the critical dimensioning and adjustment of the time behavior of the idle controller is relatively expensive to manufacture. Nevertheless, the use of this known idle controller will only allow a compromise between a good interception of the speed in the case of large speed drops and a quiet speed control with small excitations.

Der Begrenzer, den der bekannte Leerlaufregler umfaßt, hat die Aufgabe, für jede mögliche Drehzahl die von dem zweiten Differenzverstärker abgegebene Stellgröße in einem Bereich zu führen, der zwischen den Übersteuerungsgrenzen des zweiten Differenzverstärkers liegt. Das dynamische Verhalten des Leerlaufreglers wird durch den Begrenzer nicht verändert.The limiter, which the known idle controller comprises, has the task of guiding the manipulated variable emitted by the second differential amplifier for any possible speed in a range which lies between the overdrive limits of the second differential amplifier. The limiter does not change the dynamic behavior of the idle controller.

Zu der vorliegenden Erfindung gehört die Aufgabe, einen Leerlaufregler der eingangs genannten Gattung so weiterzubilden, daß er bei einem möglichst geringen Bauteileaufwand und unkritischen Abgleich bzw. Anpassung an die Charakteristik des zu regelnden Verbrennungsmotors verhältnismäßig große Drehzahlstürze rasch abfängt bzw. ausregelt, andererseits aber bei kleineren Anregungen im Bereich der Leerlaufsolldrehzahl nicht unnötig durch kleinere Störungsgrößen angeregt wird.The object of the present invention is to develop an idle controller of the type mentioned at the outset in such a way that it quickly interceptes or regulates relatively large speed drops with the least possible component outlay and uncritical adjustment or adaptation to the characteristics of the internal combustion engine to be regulated, but on the other hand with smaller ones Suggestions in the area of the idle target speed are not unnecessarily stimulated by smaller disturbance variables.

Diese Aufgabe wird durch die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.This object is achieved by the invention specified in the characterizing part of claim 1.

Erfindungsgemäß wird der Begrenzer in neuartiger Weise dazu eingesetzt, das Zeitverhalten der gesamten Leerlaufreglerstruktur in Abhängigkeit von der Eingangsgröße, der Leerlaufdrehzahl zu ändern: Bei kleineren Störgrößen und dementsprechend Drehzahlschwankungen ist nur der eigentliche Leerlaufregler mit dem Regelverstärker und dessen Zeitglieder zur Bildung der Stellgröße maßgeblich. Die Zeitglieder können deswegen so dimensioniert werden, daß der Regler gegen kleinere Anregungen durch Störungen unempfindlich ist. Bei größeren Veränderunge der Drehzahl, insbesondere sogenannten Drehzahlstürzen, wirkt sich dagegen ein Zeitverhalten aus, das durch mindestens ein weiteres Zeitglied in dem Zweig zwischen einem Eingang des Drehzahlistwerts und dem Ausgang des Begrenzers angeordnet ist. Dieses Zeitglied kann insbesondere zur Erzeugung eines differentialen Zeitanteils ausgebildet sein, so daß die Gesamtstruktur des Leerlaufreglers eine Stellgröße erzeugt, die einem plötzlichen Abfall der Dreh zahl rasch entgegenwirkt. Diese Aufschaltung eines zusätzlichen oder anderen Zeitverhaltens zu dem Zeitverhalten des eigentlichen Regelverstärkers mit seinen Zeitgliedern geschieht in der Weise, daß bei einer Übersteuerung des Regelverstärkers der Begrenzer wirksam wird, der einen verstärkten Begrenzungssollwert in den einen Eingang des Regelverstärkers einspeist und so mit dem Drehzahlistwert mitführt, daß der Regler an der Übersteuerungsgrenze bleibt. Dies erfolgt insbesondere so, daß bei abfallender Drehzahl der verstärkte Begrenzungssollwert angehoben wird, der damit auch die Stellgröße anhebt, die nicht unter den Wert der unteren Aussteuerung - grenze fallen kann. Die Stellgröße folgt daher in diesem Betriebszustand des Leerlaufreglers der Aussteuerungsgrenze, und zwar der unteren Aussteuerungsgrenze, die entsprechend dem Zeitverhalten des Begrenzerzweigs mit differentialem Zeitänteil Drehzahlistwertschwankungen feinfühlig ausregelt.-Ein wesentlicher Vorteil des Leerlaufreglers besteht darin, daß das zur Ausregelung kleinerer Drehzahlschwankungen erwünschte relativ träge Zeitverhalten unkritisch an dem Zeitglied eingestellt werden kann, welches direkt mit dem Regelverstärker in Verbindung steht, der damit insbesondere integrales Zeitverhalten zeigt. Für das Abfangen größerer Drehzahlstürze wird dagegen das Zeitverhalten durch das Zeitglied in dem Begrenzerzweig mit differentialem Zeitanteil ebenfalls unkritisch eingestellt. Dadurch können Fertigung, Abgleich und Lagerhaltung rationalisiert werden. Darüber hinaus ist der gesamte Bauteileaufwand zur Erzeugung eines Leerlaufreglers herabgesetzt, da insbesondere ein Differenzverstärker mit den zugehörigen Koppelgliedern entfallen kann.According to the invention, the limiter is used in a novel way to change the timing behavior of the entire idle controller structure as a function of the input variable, the idle speed: With smaller disturbance variables and corresponding speed fluctuations, only that is actual idle controller with the control amplifier and its timing elements for the formation of the manipulated variable. The timing elements can therefore be dimensioned so that the controller is insensitive to minor excitations caused by interference. In the case of major changes in the speed, in particular so-called speed drops, a time behavior has an effect, which is arranged by at least one further timing element in the branch between an input of the actual speed value and the output of the limiter. This timer can be designed in particular to generate a differential time component, so that the overall structure of the idle controller generates a manipulated variable that quickly counteracts a sudden drop in speed. This connection of an additional or different time behavior to the time behavior of the actual control amplifier with its timing elements takes place in such a way that when the control amplifier is overdriven, the limiter becomes effective, which feeds an amplified limiting setpoint into one input of the control amplifier and thus carries it with the actual speed value, that the controller remains at the overload limit. This is done in particular in such a way that when the speed drops, the increased limiting setpoint is increased, which also increases the manipulated variable, which cannot fall below the value of the lower modulation limit. The manipulated variable therefore follows the modulation limit in this operating state of the idle controller, namely the lower modulation limit, which regulates the actual speed fluctuations sensitively in accordance with the time behavior of the limiter branch with a differential time component Fluctuations desired relatively sluggish timing behavior can be set uncritically on the timing element, which is directly connected to the control amplifier, which thus shows in particular integral timing behavior. On the other hand, for the interception of larger speed drops, the time behavior is also set uncritically by the timing element in the limiter branch with a differential time component. This means that production, comparison and warehousing can be rationalized. In addition, the total component expenditure for generating an idle controller is reduced, since in particular a differential amplifier with the associated coupling elements can be omitted.

In besonders vorteilhafter Weise ist der Regelverstärker ausschließlich mit integralem Zeitanteil ausgebildet.In a particularly advantageous manner, the control amplifier is designed exclusively with an integral time component.

Dadurch wird bei kleineren Störungsgrößen im Unterschied zu dem bisher notwendigen PID-Regler als Leerlaufregler eine ruhige gleichmäßige Regelung erzielt.In this way, with smaller disturbance variables, in contrast to the previously required PID controller as idle controller, quiet, even control is achieved.

Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform des Leerlaufreglers ist in Anspruch 3 angegeben, die sich durch einen geringen Herstellungsaufwand auszeichnet. Durch die in Anspruch 3 angegebene Kopplung des Begrenzerverstärkers mit dem invertierenden Eingang des Reglerverstärkers in Verbindung mit der Diode wird erreicht, daß nur die untere Aussteuergrenze dynamisch verschoben wird, so daß diese bei plötzlichen Drehzahlabsenkungen auf die Stellgröße auswirkt.A particularly useful embodiment of the idle controller is specified in claim 3, which is characterized by a low manufacturing cost. The coupling of the limiter amplifier with the inverting input of the regulator amplifier in conjunction with the diode ensures that only the lower modulation limit is shifted dynamically, so that this affects the manipulated variable in the event of sudden speed reductions.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung mit drei Figuren beschrieben. Es zeigen:

  • Fig. 1 ein Blockschaltbild des Leerlaufreglers,
  • Fig. 2 ein Schaltbild einer Ausführungsform des Leerlaufreglers und
  • Fig. 3 ein Zeitdiagramm, welches die Abhängigkeit der unteren Aussteuerungsgrenze und der Stellgröße von der Drehzahl darstellt.
The invention is described below with reference to a drawing with three figures. Show it:
  • 1 is a block diagram of the idle controller,
  • Fig. 2 is a circuit diagram of an embodiment of the idle controller and
  • Fig. 3 is a timing diagram showing the dependence of the lower modulation limit and the manipulated variable on the speed.

In Figur 1 ist ein Eingang mit 1 bezeichnet, in den eine Größe entsprechend dem Drehzahlistwert xi eingespeist wird. Der Eingang steht über einen Vergleicher 2, in dem der Drehzahlistwert mit einer Führungsgröße w verglichen wird, mit einem Regelverstärker 3 in Verbindung. Der Regelverstärker weist ausschließlich integrales Zeitverhalten als I-Regler auf. Er gibt eine Stellgröße yi an einen Ausgang 4 ab, an den beispielsweise ein Antrieb einer Drosselklappe angeschlossen werden kann.In FIG. 1, an input is denoted by 1, into which a variable corresponding to the actual speed value x i is fed. The input is connected to a control amplifier 3 via a comparator 2, in which the actual speed value is compared with a reference variable w. The control amplifier only has an integral time response as an I controller. It outputs a manipulated variable y i to an output 4, to which, for example, a throttle valve drive can be connected.

Von dem Eingang 1 ist ferner ein Zweig 5 mit einem Begrenzer 6 abgezweigt. Der Begrenzer besteht im wesentlichen aus einem Begrenzerverstärker 7 und Vergleichsstellen 8, 9, die einem Eingang des Verstärkers 7 vorgeschaltet sind. In der Vergleichsstelle 8 wird die Differenz zwischen dem Drehzahlistwert bzw. einer hieraus abgeleiteten Größe und einer Führungsgröße Yw gebildet und damit ein Begrenzungssollwert erzeugt. Der Begrenzungssollwert wird mit der Stellgröße yi in der zweiten Vergleichsstelle 9 verglichen.A branch 5 with a limiter 6 is also branched off from the input 1. The limiter consists essentially of a limiter amplifier 7 and comparison points 8, 9, which are connected upstream of an input of the amplifier 7. In the comparison point 8, the difference between the actual speed value or a variable derived therefrom and a reference variable Yw is formed and a limiting setpoint is thus generated. The limit setpoint is compared with the manipulated variable y i in the second comparison point 9.

Der Ausgang des Verstärkers 7 steht über ein nicht-lineares Glied 10 mit einem Eingang 11 des Regelverstärkers 3 in Verbindung, der die untere Übersteuerungsbegrenzung bestimmt.The output of amplifier 7 is connected to an input 11 of Regelver via a non-linear element 10 intensifier 3 in connection, which determines the lower clipping limit.

In den Zweig 5 mit dem Begrenzer 6 ist weiterhin ein Zeitglied 12 eingefügt, welches in Figur 1 in Signalflußrichtung des Drehzahlistwerts vor den Vergleichsstellen 8 und 9 liegt, aber auch in äquivalenten Ausführungsformen hinter diesen Vergleichsstellen angeordnet und mit dem Verstärker 7 unmittelbar gekoppelt sein kann.In the branch 5 with the limiter 6, a timing element 12 is also inserted, which in FIG. 1 lies in front of the comparison points 8 and 9 in the signal flow direction of the actual speed value, but can also be arranged in equivalent embodiments behind these comparison points and can be directly coupled to the amplifier 7.

Die Funktion des Leerlaufreglers nach Figur 1 wird im folgenden unter Bezugnahme auf Figur 3 erläutert.The function of the idle controller according to Figure 1 is explained below with reference to Figure 3.

In Figur 3-ist über einer Zeitachse als Abszisse die Stellgröße y aufgetragen zwischen der oberen konstanten Aussteuerungsgrenze Y1 und der unteren Aussteuerungsgrenze Y2. Darüber ist die Istdrehzahl xi dargestellt.In FIG. 3, the manipulated variable y is plotted on a time axis as the abscissa between the upper constant modulation limit Y 1 and the lower modulation limit Y 2 . The actual speed x i is shown above this.

In dem Zeitintervall t0 bis t1 liegt ein verhältnismäßig hoher Drehzahlistwert vor, der - im eingeschwungene Zustand - eine entsprechend kleine Stellgröße y hervorruft. Der Begrenzer 6 wirkt dabei in folgender Weise: Das Drehzahlistsignal, welches das Zeitglied 12 durchläuft, wird in der Vergleichsstelle 8 von einer Führungsgröße w (y) abgezogen. Aus der hieraus gebildeten Differenz als Begrenzungssollwert yw wird in der Vergleichsstelle 9 ein Sollwertsignal yi subtrahiert. Diese Differenz gelangt in den Eingang eines Verstärkers 7 und über ein nicht-lineares Glied 10 als verstärkter Begrenzungssollwert in den Eingang 11 des Regelverstärkers 3. In dem Regelverstärker hat der verstärkte Begrenzungssollwert hier zunächst keine unmittelbaren Auswirkungen, da die von ihm erzeugte Stellgröße zwischen der oberen Aussteuerungsgrenze Y1 und der unteren Aussteuerungsgrenze Y2 liegt.In the time interval t 0 to t 1 there is a relatively high actual speed value, which - in the steady state - causes a correspondingly small manipulated variable y. The limiter 6 acts in the following way: The speed list signal, which the timer 12 passes through, is subtracted from a reference variable w (y) in the comparison point 8. A reference value signal y i is subtracted from the difference formed therefrom as the limiting setpoint y w in the comparison point 9. This difference enters the input of an amplifier 7 and, via a non-linear element 10, as an amplified limiting setpoint into the input 11 of the control amplifier 3. In the control amplifier, the amplified limiting setpoint initially has no direct effects here. since the manipulated variable generated by him lies between the upper modulation limit Y 1 and the lower modulation limit Y 2 .

Das voranstehende Verhalten des Begrenzers ändert sich sobald zu dem Zeitpunkt t1 ein plötzlicher Drehzahlsturz des Drehzahlistwerts eintritt, beispielsweise weil sich das Gaspedal zurückstellt. In diesem Fall wird der rasch abfallenden Drehzahl nicht nur durch den Regelverstärker 3 entgegengewirkt, da dieser infolge seines langsam eingestellten Integrationsvorgangs kurzfristig keine nennenswerte Änderung der Stellgröße hervorrufen kann. Trotzdem steigt die Stellgröße zum Zeitpunkt t1, wie aus Figur 3 ersichtlich, fast sprungartig an, und zwar infolge der Wirkung des Begrenzers: In dem Zeitglied 12 wird die Drehzahländerung differenziert, so daß nach der voranstehend geschilderten Subtraktion des Sollwerts und der Stellgröße der Verstärker 7 des Begrenzers mit einem entsprechend großen Impuls beaufschlagt wird. Dieser verstärkte Impuls gelangt über das nicht-lineare Glied 10, welches im Sinne einer Beeinflussung der unteren Aussteuerungsgrenze geschaltet ist, zu dem Eingang 11 des Regelverstärkers 3. Der verstärkte Begrenzungssollwert an dem Eingang 11 ruft in dem Regelverstärker 3 ein plötzliches Ansteigen der unteren Aussteuerungsgrenze entsprechend dem differenzierten zeitlichen Verlauf der Istdrehzahl hervor. Da die Stellgröße nicht kleiner als die untere Aussteuerungsgrenze sein kann, wird sie auf einen Wert angehoben, der sich in Figur 3 an den Verlauf der unteren Aussteuerungsgrenze anschmiegt. Dies bedeutet, daß die Stellgröße entsprechend den Zeitverhalten des Zeitglieds 12 sprunghaft ansteigt, um den Drehzahlsturz x. auszugleichen. Wenn die abfallende Drehzahländerung verschwindet, geht auch die untere Aussteuerungsgrenze zurück, analog zu dem Zeitverhalten des Zeitglieds 12. Der Verlauf der Stellgröße trennt sich bei den entsprechenden kleineren Ausgangsgrößen des Verstärkers 7 wieder von dem Verlauf der unteren Aussteuerungsgrenze. Die Stellgröße wird entsprechend dem langsam integrierenden Zeitverhalten des Regelverstärkers 3 aus der Regelabweichung gebildet, wobei sich beide kurzfristige Schwankungen der Istdrehzahl bzw. der Regelabweichung nicht auf die Stellgröße auswirken, denn der integrierende Regelverstärker hat eine glättende Funktion. Infolge des Zeitglieds mit differenzierendem Zeitverhalten 12 wirken sich auch die kleinen kurzfristigen Schwankungen des Drehzahlistwerts stark auf die Ausgangsgröße des Verstärkers 7 aus, welche den verstärkten Begrenzungssollwert liefert. Die damit einhergehenden Schwankungen des verstärkten Begrenzungssollwertes haben aber keinen Einfluß auf die Stellgröße, da während annähernd gleichbleibendem Drehzahlistwert die Stellgröße wiederum im Abstand von der unteren Aussteuerungsgrenze verläuft und somit von dieser nicht beeinflußt ist.The above behavior of the limiter changes as soon as a sudden drop in speed of the actual speed value occurs at time t 1 , for example because the accelerator pedal is reset. In this case, the rapidly falling speed is not only counteracted by the control amplifier 3, since, due to its slowly set integration process, it cannot briefly cause any significant change in the manipulated variable. Nevertheless, the manipulated variable at point in time t 1 , as can be seen in FIG. 3, increases almost suddenly, due to the action of the limiter: in the timing element 12, the speed change is differentiated, so that after the subtraction of the setpoint and the manipulated variable described above, the amplifier 7 of the limiter with a correspondingly large pulse. This amplified pulse reaches the input 11 of the control amplifier 3 via the non-linear element 10, which is switched in the sense of influencing the lower modulation limit. The amplified limit setpoint at the input 11 calls the control amplifier 3 for a sudden rise in the lower modulation limit the differentiated temporal course of the actual speed. Since the manipulated variable cannot be smaller than the lower modulation limit, it is raised to a value which in FIG. 3 conforms to the course of the lower modulation limit. This means that the manipulated variable increases in leaps and bounds according to the time behavior of the timing element 12 by the speed drop x . balance. If the decreasing speed change disappears, the lower modulation limit also decreases, analogous to the timing of the timing element 12. The course of the manipulated variable separates again from the course of the lower modulation limit for the corresponding smaller output variables of the amplifier 7. The manipulated variable is formed from the control deviation in accordance with the slowly integrating time behavior of the control amplifier 3, both short-term fluctuations in the actual speed or the control deviation not having an effect on the manipulated variable, since the integrating control amplifier has a smoothing function. As a result of the timing element with differentiating time behavior 12, the small, short-term fluctuations in the actual speed value also have a strong effect on the output variable of amplifier 7, which supplies the amplified limiting setpoint. The associated fluctuations in the amplified limiting setpoint have no influence on the manipulated variable, since while the actual speed value remains almost the same, the manipulated variable again runs at a distance from the lower modulation limit and is therefore not influenced by it.

In einer wenig aufwendigen Realisierung des Leerlaufreglers gemäß Figur 2 ist ein erster Differenzverstärker 13 als Regelverstärker und ein zweiter Differenzverstärker 14 als Begrenzerverstärker vorgesehen. Diese Differenzverstärker dienen gleichzeitig außer zur Verstärkung zur Vergleichsbildung und zur Bildung des Zeitverhaltens.In a less complex implementation of the idle controller according to FIG. 2, a first differential amplifier 13 is provided as a control amplifier and a second differential amplifier 14 as a limiter amplifier. These differential amplifiers are used at the same time in addition to amplification for comparison and to form the time behavior.

Hierzu ist ein invertierender Eingang 15 des ersten Differenzverstärkers.13 über einen Widerstand 16 mit dem Ausgang eines Umsetzers 17 verbunden, der die Istdrehzahl in eine entsprechende Spannung umsetzt. Der nicht-invertierende Eingang 18 des ersten Differenzverstärkers steht mit einem Spannungsteiler 19 in Verbindung an dem ein Sollwert der Leerlaufdrehzahl eingestellt werden kann. Der Ausgang des Verstärkers 13 ist über einen Kondensator 20 zu dem invertierenden Eingang j5 des ersten Differenzverstärkers gegengekoppelt. Der Kondensator 20 bildet in Verbindung mit dem Widerstand 16 das integrierende Zeitverhalten des ersten Differenzverstärkers.For this purpose, an inverting input 15 of the first differential amplifier 13 is connected via a resistor 16 connected to the output of a converter 17, which converts the actual speed into a corresponding voltage. The non-inverting input 18 of the first differential amplifier is connected to a voltage divider 19 at which a setpoint value of the idling speed can be set. The output of the amplifier 13 is fed back via a capacitor 20 to the inverting input j5 of the first differential amplifier. In conjunction with the resistor 16, the capacitor 20 forms the integrating time behavior of the first differential amplifier.

Der zweite Differenzverstärker 14, der Begrenzerverstärker, steht mit seinem invertierenden Eingang 21 mit einem Spannungsteiler 22 sowie mit dem Ausgang des Umsetzers 17 in Verbindung. Der Spannungsteiler dient zur Vorgabe des Sollwerts für die Begrenzung. Der nicht-invertierende Eingang 23 des zweiten Differenzverstärkers ist ebenfalls an den Ausgang des Umsetzers 17 angeschlossen, und zwar über einen Kondensator 24, der in Verbindung mit einem Widerstand 25 ein differenzierendes Zeitverhalten erzeugt. Der Widerstand 25 verbindet den Ausgang des Verstärkers 13 mit dem nicht-invertierenden Eingang 23 des Verstärkers 14.The second differential amplifier 14, the limiter amplifier, is connected with its inverting input 21 to a voltage divider 22 and to the output of the converter 17. The voltage divider is used to specify the setpoint for the limitation. The non-inverting input 23 of the second differential amplifier is also connected to the output of the converter 17, specifically via a capacitor 24 which, in conjunction with a resistor 25, produces a differentiating time behavior. The resistor 25 connects the output of the amplifier 13 to the non-inverting input 23 of the amplifier 14.

Die Ausführungsform des Leerlaufreglers nach Figur 2 wirkt wie die voranstehend beschriebene Struktur nach Figur 1. Dabei erfolgt die Differenzbildung der Regelabweichung und die Bildung des integralen Zeitanteils an dem ersten Differenzverstärker 13/und die Bildung des differentialen Zeitanteils sowie die Differenzbildungen zur Erzeugung des verstärkten Begrenzungssollwertes erfolgen durch den zweiten Differenzverstärker 14. Eine Diode 26 verbindet den Ausgang des zweiten Differenzverstärkers 14 derart mit dem invertierenden Eingang 15 des ersten Differenzverstärkers 13, daß die untere Aussteuerungsgrenze angehoben wird, wenn die Drehzahl und damit die Spannung am Ausgang des Umsetzers 17 abfällt. Bei starken Drehzahlstürzen ist auch hier wieder die Stellgröße an dem Ausgang 4 des ersten Regelverstärkers gezwungen, der unteren Aussteuerungsgrenze zu folgen, während bei nur kleinen und/oder langsamen Drehzahl- schwankungen die Stellgrößenbildung gleichmäßig unab- hängig von der unteren Aussteuerungsgrenze erfolgt, welche die Drehzahlschwankungen differenziert und verstärkt wiedergibt.The embodiment of the idle controller according to FIG. 2 acts like the structure according to FIG. 1 described above. The difference between the control deviation and the formation of the integral time component at the first differential amplifier 13 / and the formation of the differential time component as well as the formation of the differences for generating the increased limiting setpoint take place through the second differential amplifier 14. A diode 26 connects the output of the second differential amplifier 14 to the inverting input 15 of the first differential amplifier 13 in such a way that the lower modulation limit is raised when the speed and thus the voltage at the output of the converter 17 drop. In the event of a sharp drop in speed, the manipulated variable at output 4 of the first control amplifier is again forced to follow the lower modulation limit, while with only small and / or slow speed fluctuations, the manipulated variable is formed uniformly independently of the lower modulation limit, which is the speed fluctuation differentiated and reinforced.

Claims (3)

1. Leerlaufregler, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Regelverstärker mit integralem Zeitanteil sowie mit einem Begrenzer mit proportionalem Zeitanteil, dessen Eingänge mit der Stellgröße von dem Ausgang des Regelverstärkers sowie mit einer mit dem Drehzahlistwert gebildeten Begrenzerführungsgröße beaufschlagt werden und dessen Ausgang zu einem Eingang des Regelverstärkers zurückgeführt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Zweig (5) zwischen einem Eingang (1) des Drehzahlistwerts und dem Ausgang des Begrenzers (6) mindestens ein Zeitglied (12) mit differentialem Zeitanteil vorgesehen ist und daß der Begrenzer (6) derart bemessen und mit dem Ausgang des Regelverstärkers (3) gekoppelt ist, daß bei einem Drehzahlsturz über einen vorgegebenen Wert hinaus die Stellgröße (y) entlang der Ausgangsgröße des Begrenzers (6) (Aussteuerungsgrenze Y2) geführt wird.1.Idle speed controller, in particular for motor vehicles, with a control amplifier with an integral time component and with a limiter with a proportional time component, the inputs of which are acted upon by the manipulated variable from the output of the control amplifier and by a limiter command variable formed by the actual speed value, and the output of which is connected to an input of the control amplifier is returned
characterized,
that in the branch (5) between an input (1) of the actual speed value and the output of the limiter (6) there is at least one timing element (12) with a differential time component and that the limiter (6) is dimensioned in this way and connected to the output of the control amplifier ( 3) is coupled that in the event of a speed drop above a predetermined value, the manipulated variable (y) is guided along the output variable of the limiter (6) (modulation limit Y 2 ). 2. Leerlaufregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Regelverstärker (3) ausschließlich mit integralem Zeitanteil ausgebildet ist.2. idle controller according to claim 1, characterized in
that the control amplifier (3) is designed exclusively with an integral time component. 3. Leerlaufregler mit einem ersten Differenzverstärker als Regelverstärker und einem zweiten Differenzverstärker als Begrenzerverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet ,
daß ein nicht-invertierender Eingang (23) des Begrenzerverstärkers (Differenzverstärker 14) über einen Kondensator (24) mit dem Drehzahlistwert beaufschlagt wird und ein invertierender Eingang (21) mit einem Vorspannungsteiler (22) verbunden ist, daß der Ausgang des Regelverstärkers (Differenzverstärker 13) über einen Widerstand (25) mit dem nicht-invertierenden Eingang (23) des Begrenzerverstärkers . (Differenzverstärker 14) in Verbindung steht und daß der Ausgang des Begrenzerverstärkers (Differenzverstärker 14) über eine Diode (26) an einen invertierenden Eingang (15) des Regelverstärkers (Differenz verstärker 13) angeschlossen ist.3. idle controller with a first differential amplifier as a control amplifier and a second differential amplifier as a limiter amplifier according to claim 1 or 2, characterized in that
that a non-inverting input (23) of the limiter amplifier (differential amplifier 14) via a capacitor (24) with the actual speed value be is opened and an inverting input (21) is connected to a bias voltage divider (22) that the output of the control amplifier (differential amplifier 13) via a resistor (25) to the non-inverting input (23) of the limiter amplifier. (Differential amplifier 14) is connected and that the output of the limiter amplifier (differential amplifier 14) is connected via a diode (26) to an inverting input (15) of the control amplifier (differential amplifier 13).
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