DE2829894C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur selbsttätigen Re­ gelung der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungs­ motor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Durch Verbrennungsmotoren angetriebene Kraftfahrzeuge besitzen übli­ cherweise eine Geschwindigkeitssteuerung derart, daß der Fahrzeuglen­ ker die Leistung des Motors so steuert, daß die Fahrwiderstände in er­ wünschter Weise ausgeglichen werden. Die Leistungsanpassung geschieht dabei üblicherweise so, daß mit einem Gaspedal der Volumenstrom des Kraftstoffes für den Motor eingestellt wird, entweder durch eine me­ chanische Verbindung zwischen dem Gaspedal und der Drosselklappe des Vergasers bei einem Otto-Motor, oder durch eine mechanische Verbindung zwischen diesem Gaspedal und der Einspritzpumpe z. B. beim Dieselmotor. Wenn der Fahrzeugführer unter diesen Umständen eine bestimmte Fahrge­ schwindigkeit einhalten möchte oder einhalten muß, ist er gezwungen, die sich häufig ändernden Fahrwiderstände durch ständiges Ändern der Gas­ pedalstellung auszugleichen. Da sich die Fahrwiderstände häufig nur vergleichsweise langsam ändern, z. B. bei langsamem Übergang von der Ebene in eine Steigung, bemerkt der Fahrer häufig erst spät eine Dif­ ferenz zwischen der tatsächlichen und der gewünschten Fahrgeschwindig­ keit. In einem dynamischen Kolonnenfluß bedeutet diese unter Umständen eine starke Verlangsamung der Kolonnengeschwindigkeit bis hin zu einer Staubildung, was zwangsläufig mit einer Erhöhung der Unfall­ gefahr verbunden ist. Jede unnötige Geschwindigkeitsänderung, die sich aus einer Verzögerungs- und/oder einer Beschleunigungsphase zusammensetzen kann, bewirkt darüber hinaus im Vergleich zu einer stationären Geschwindigkeit einen erhöhten Energieverbrauch. Aus diesen beiden Gründen sowie aus Komfortgründen sind daher bereits Vorrichtungen zur automatischen Regelung der Fahrgeschwindigkeit entwickelt worden (z. B. DE-PS 8 21 669), bei denen mittels eines Gaspedals oder eines Handhebels ein Geschwindigkeits-Sollwert vorgegeben wird und die den Fahrzustand des Fahrzeugs bestimmenden Stellglieder (Leistungsregelung der Antriebsmaschine, Getriebeüber­ setzung etc.) solange verändert werden, bis die eingestellte Soll­ geschwindigkeit erreicht ist. Bei diesen bekannten Vorrichtungen wird bei Betätigung des Gaspedals ein nicht näher definierter Ge­ schwindigkeits-Sollwert vorgegeben, aufgrund dessen das Fahrzeug beschleunigt wird, um die dazugehörige Geschwindigkeit zu erreichen. Bei Betätigung des Gaspedals ist dem Fahrzeugführer also nicht be­ kannt, ob der von ihm gerade eingestelle Geschwindigkeits-Soll­ wert auch seinen Wünschen entspricht. Unter Umständen wird das Fahrzeug also nur auf eine Geschwindigkeit beschleunigt, die unter der von ihm gewünschten Geschwindigkeit liegt, so daß er den Soll­ wert nachstellen muß. Andererseits ist es möglich, daß das Fahrzeug aufgrund des eingestellten Sollwertes auf eine Geschwindigkeit be­ schleunigt werden würde, die erheblich oberhalb der gewünschten Ge­ schwindigkeit liegt. In diesem Fall muß der Fahrzeuglenker bei Er­ reichen der der Fahrsituation angepaßten, gewünschten Geschwindig­ keit den Geschwindigkeits-Sollwert nach unten korrigieren. Gegebenen­ falls muß mehrmals eine entsprechende Korrektur vorgenommen werden. Der so ermittelte "richtige" Geschwindigkeits-Sollwert muß durch eine entsprechende Krafteinwirkung auf das Betätigungspedal aufrechterhalten bleiben. Lediglich in den Sonderfällen, in denen definierte, beispiels­ weise durch Verkehrsvorschriften vorgeschriebene Geschwindigkeiten (50 km/h, 100 km/h oder 130 km/h) eingestellt werden sollen, müssen diese Schwierigkeiten nicht zwangsläufig eintreten, weil in diesen Fällen eine markierte, d. h. geeichte Pedalstellung, die dem ge­ wünschten Geschwindigkeits-Sollwert exakt entspricht, vorgesehen werden kann.

Bei einer sehr ähnlichen anderen bekannten Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor (DE-AS 16 80 168) wird dem Geschwindigkeits-Ist-Wert als regelungstechnisches Korrektiv dessen erste zeitliche Ableitung, also der Beschleunigungs-Ist-Wert, überlagert, um dadurch eine Überreglung des ansonsten konventionellen Ge­ schwindigkeits-Regelkreises wirksam zu begegnen.

Bei einer nicht für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, sondern für elektrische Triebfahrzeuge konzipierten anderen bekannten Geschwindigkeits- Regeleinrichtung ist dem Geschwindigkeits-Regelkreis ein Beschleunigungs-Regel­ kreis unterlagert. Trotz dieser unterlagerten Beschleunigungsregelung liegt ansonsten eine klassische Geschwindigkeitsregeleinrichtung vor, bei welcher dem Regler der überlagerten Regelung einerseits ein Geschwindigkeits-Soll- Wert und andererseits ein Geschwindigkeits-Ist-Wert zugeführt wird mit dem Ziel, die Abweichung zwischen beiden Werten zu beseitigen. Auch diese bekannte Geschwindigkeits-Regeleinrichtung besitzt somit bei einem Einsatz in einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor grundsätzlich die eingangs erläuterten Nachteile.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art weiter zu verbessern und insbe­ sondere so auszubilden, daß der Bedienungskomfort erhöht und die Sicherheit weiter verbessert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merk­ male des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Fahrgeschwindigkeit wird also nicht mehr direkt, sondern indirekt durch Regelung der Be­ schleunigung oder Verzögerung geregelt, d. h. nach Art eines per­ manenten Ausgleichs von Zustandsänderungen. Da bei dieser Art der Geschwindigkeitsregelung bei erreichter Wunschgeschwindigkeit ein Beschleunigungs- bzw. Verzögerungs-Sollwert vom Fahrzeugführer nicht weiter vorgegeben werden muß - diese Geschwindigkeit soll ja aufrecht­ erhalten bleiben und damit muß jede Beschleunigung oder Verzögerung unterbleiben bzw. sofort ausgeglichen werden -, wird der das Gas- bzw. das Bremspedal bedienende Fuß frei, so daß der Fahrer sich besser ent­ spannen kann solange das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit fährt bzw. fahren soll. Insbesondere ist es also auch möglich, daß er seinen Fuß während dieser Zeit bereits in Bremsbereitschaft hält, so daß die benötigte Reaktions- und Ansprechzeit bei plötzlich erforderlichen Bremsvorgängen verringert wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten schematischen Ausführungs­ beispieles werden die Erfindung und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung erläutert.

In der einzigen Figur der Zeichnung ist schematisch die Regelanordnung für die selbsttätige Regelung der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahr­ zeuges mit Verbrennungsmotor dargestellt, wobei vom Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges lediglich das für die Leistungsregelung dieses Motors dienende mit 1 bezifferte Stellglied gezeigt ist.

Der Regelkreis besteht aus diesem Stellglied 1, einem dem Stellglied vorgeschal­ teten Regler 3 sowie einem die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahr­ zeuges erfassenden Meßorgan 2. Als Meßorgan kann jede geeignete Anordnung eingesetzt werden, die ein der Fahrgeschwindigkeit pro­ portionales Ausgangssignal für die Regelanordnung zur Verfügung stellt. In der Zeichnung ist mit 2.1 schematisch das eigentliche Geschwindigkeitserfassungsglied durch sein Funktionsbild (Geschwin­ digkeit als Funktion der Zeit) symbolisiert. Dieses Geschwindigkeits­ signal wird in einem nachgeschalteten Geschwindigkeits-Spannungs- Umwandler 2.2 in eine fahrgeschwindigkeitsproportionale Spannung umgeformt. Dieses geschwindigkeitsproportionale Signal V _Ist wird dem Regler 3 über ein Differenzierglied 3.2, das im Ausführungs­ beispiel durch einen Kondensator symbolisiert ist, zugeführt. Am Eingang des Rechenverstärkers o. ä. 3.1 des Reglers ist also die erste zeitliche Ableitung des vom Meßorgan 2 erfaßten geschwindig­ keitsproportionalen Signals V _Ist als Ist-Wert wirksam. Der Soll- Wert wird dem Regler über ein Proportionalglied (Ohmscher Widerstand 3.4) zugeführt. Der Vollständigkeit halber ist mit 3.3 ein Rück­ kopplungsglied angedeutet. Ausgangsseitig ist der Regler 3 mit dem Stellglied 1 verbunden. Dieses besteht im Ausführungsbeispiel aus einem elektrischen Stellmotor 1.2 und einer mechanisch damit ge­ koppelten Drosselklappe 1.1 eines Vergasers, wobei die Verwendung eines Otto-Motors vorausgesetzt wurde.

Bei Einsatz eines Dieselmotors oder eines Otto-Motors mit Einspritz­ pumpe tritt selbstverständlich an die Stelle der gezeigten Drosselklappe die für diese Motortypen typische Brennstoff-Mengenregeleinrich­ tung. Zur Vorgabe des Soll-Wertes für den Regler 3 sind zwei vonein­ ander getrennte Sollwertgeber vorgesehen. Ein erster Sollwertgeber 7 ist mechanisch mit dem üblichen Gaspedal 5 und ein zweiter Sollwert­ geber 8 mechanisch mit dem üblichen Bremspedal 6 gekoppelt. Diese Sollwertgeber können beispielsweise als übliche Drehpotentiometer ausgebildet sein, welche entsprechend der Winkelstellung dieser Pe­ dale jeweils ein winkelstellungsproportionales Spannungssignal lie­ fern. Beide Sollwertgeber sind ausgangsseitig über einen Vorverstärker 4 elektrisch so miteinander gekoppelt, daß am Ausgang dieses Vorver­ stärkers die - verstärkte - Differenz der von beiden Sollwertgebern 7 und 8 gelieferten Sollwert-Signale als dem Regler 3 zuzuführendes Sollwert-Signal ansteht. Die beiden Sollwertgeber 7 und 8 sind dabei derart bemessen und angeordnet, daß bei Nichtbetätigung sowohl des Gaspedals 5 als auch des Bremspedals 6 am Ausgang des Vorverstärkers 4 der Soll-Wert Null ansteht. Der vom ersten Sollwertgeber 7 gelie­ ferte Soll-Wert stellt dabei einen Beschleunigungs-Soll-Wert dar, während der vom zweiten Sollwertgeber 8 kommende Soll-Wert einen Ver­ zögerungs-Soll-Wert repräsentiert. Bei Betätigung des Gaspedals 5 steht dementsprechend am Sollwerteingang des Reglers 3 ein Sollwert- Signal der einen Polarität und bei Betätigung des Bremspedals 6 ein Sollwert-Signal der entgegengesetzten Polarität an.

Die dargestellte Regelung arbeitet nach dem Prinzip des permanenten Ausgleichs von Zustandsänderungen. Solange keines der beiden Pedale 5 bzw. 6 betätigt wird, also der Soll-Wert Null am Sollwerteingang des Reglers 3 ansteht, behält das Fahrzeug exakt die Fahrgeschwindig­ keit bei, mit der es gerade fährt. Das Fahrzeug fährt dann geregelt mit einer konstanten Fahrgeschwindigkeit weiter. Jede - z. B. durch die Fahrwiderstände bedingte - Veränderung dieser Geschwindigkeit, d. h. jede Verzögerung oder Beschleunigung des Fahrzeuges, würde dazu führen, daß dem Regler 3 über das Differezierglied 3.2 ein entsprech­ ender Ist-Wert zugeführt werden würde. Der Regler 3 würde daher so ausgesteuert werden, daß die Drosselklappe 1.1 über den elektrischen Stellmotor 1.2 so verstellt wird, daß diese Fahrgeschwindigkeits­ änderung wieder rückgängig gemacht wird.

Eine Erhöhung oder Verringerung der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahr­ zeuges wird in gewohnter Weise durch Betätigung des Gaspedals 5 bzw. des Bremspedals 6, d. h. also durch Vorgabe eines Beschleunigungs- bzw. Verzögerungs-Sollwertes erreicht. Entsprechend der sich dadurch erge­ benden Soll-Istwert-Differenz am Reglereingang wird der Regler 3 so ausgesteuert, daß das ihm nachgeschaltete Stellglied 1 entsprechend in die für eine Beschleunigung bzw. für eine Verzögerung erforderliche Richtung verstellt wird. Entsprechend der dadurch eintretenden Be­ schleunigung bzw. Verzögerung des Fahrzeuges wird über das Meßorgan 2 eine entsprechende Geschwindigkeitsänderung erfaßt, die über das Dif­ ferenzierglied 3.2 als Ist-Wert wirksam wird. Man erkennt, daß hier­ bei eine Beschleunigungs- bzw. Verzögerungs-Regelung stattfindet. Dies ist für die Erfindung jedoch nebensächlich. Entscheidend ist viel­ mehr, daß der Fahrzeuglenker bei Erreichen der von ihm gewünschten Fahrgeschwindigkeit durch Fortnehmen seines Fußes vom gerade betätig­ ten Fußpedal 5 bzw. 6 diesen vorliegenden Geschwindigkeitswert ge­ regelt weiterfahren kann. Durch die Nichtbetätigung der Fußpedale steht nämlich am Sollwerteingang 3 der Soll-Wert Null an, was be­ deutet, daß das Fahrzeug anschließend weder weiter beschleunigt noch weiter verzögert wird. Man erkennt, daß die gewünschte Geschwin­ digkeitsveränderung durch eine - vorübergehende - gezielte Verstimmung des Regelkreises erzielt wird.

In der Figur ist erkennbar, daß das Bremspedal 6 in üblicher Weise mit einem Hauptbremszylinder 9 eines üblichen hydraulischen Brems­ systems verbunden ist. Bekanntlich muß bei Betätigung eines Brems­ pedals aufgrund nicht vermeidbarer Elastizitäten üblicherweise erst ein gewisser Leerweg überwunden werden, ehe das Bremssystem anspricht. Um ein schnellers Reagieren des Fahrzeuges auf die Betätigung des Bremspedals zu erreichen, ist es daher von Vorteil, wenn der zweite Sollwertgeber 8 zumindest annähernd spielfrei mit dem Bremspedal 6 gekoppelt ist, so daß über die Regelanordnung bereits eine Verzögerung des Fahrzeuges eintritt, ehe das eigentliche Bremssystem des Fahrzeuges wirksam wird.

Man erkennt, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Integration der Sollwertvorgabe nicht im Regler, sondern - unter Berücksichtigung der Motorleistung und der Fahrwiderstände - über die Regelstrecke, d. h. über das Kraftfahrzeug selbst, erfolgt. Im übrigen versteht es sich, daß die Erfindung nicht auf die im Ausführungsbeispiel gezeigten Regelbausteine etc. beschränkt ist. Anstelle elektrischer Regelglieder können selbstverständlich auch pneumatische oder hydraulische Bauele­ mente Verwendung finden. Statt analoger Technik kann auch eine digitale Technik eingesetzt werden.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor, wobei ein von einem durch ein Fußpedal betätigten Soll-Wert-Geber vorgegebener Soll-Wert laufend mit einem durch ein Meßorgan ermittelten Ist-Wert verglichen wird und ein Regler bei Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Wert ein Stellglied, insbe­ sondere eine Vergaserdrosselklappe oder eine Kraftstoff-Einspritzpumpe, in einem diese Abweichung beseitigenden Sinne verstellt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler (3) als Soll-Wert ein für die Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs entsprechendes Signal und als Ist-Wert die erste zeitliche Ableitung eines vom Meßorgan (2) erfaßten geschwindigkeitsproportionalen Signals (V _Ist ) zugeführt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß für die Beschleunigung des Fahrzeugs ein erster Sollwertgeber (7) mit dem Gaspedal (5) und für die Ver­ zögerung des Fahrzeugs ein zweiter Sollwertgeber (8) mit dem Bremspedal (6) gekoppelt ist und
daß die Differenz der von beiden Sollwertgebern (7, 8) ge­ lieferten Sollwert-Signale - vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Vorverstärkers (4) - dem Regler (3) als Soll-Wert zugeführt ist, wobei die beiden Sollwertgeber (7, 8) so ausgebildet und angeordnet sind, daß bei Nichtbetätigung beider Pedale (Gaspe­ dal 5, Bremspedal 6) der Soll-Wert Null vorliegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Sollwertgeber (8) zumin­ dest annähernd spielfrei mit dem Bremspedal (6) gekoppelt ist, derart, daß bei Betätigung des Bremspedals (6) eine zumindest annähernd verzögerungsfreie Verstellung dieses Sollwertgebers (8) stattfindet, während der mit dem Bremspedal (6) gleichfalls in Verbindung stehende hydraulische Hauptbremszylinder (9) des Fahrzeugs erst nach Überwindung der üblichen Leerwege verzögert auf das hydraulische Bremssystem des Fahrzeugs einwirkt.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Meßorgan (2) erfaßte ge­ schwindigkeitsproportionale Signal (V _Ist ) dem Regler (3) über ein Differenzierglied (3.2) als Ist-Wert zugeführt ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (3) ausgangsseitig mit einem als Verstellorgan für die Drosselklappe (1.1) bzw. für die Mengenregelung der Brennstoffversorgung des Fahrzeugmotors dienenden elektrischen Stellmotor (1.2) verbunden ist.