DE3627906A1 - Drehzahlbegrenzer fuer kraftfahrzeugmotore - Google Patents

Description

Das bauliche Konzept eines für die Nachrüstung vorgesehenen Drehzahlbegrenzers gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist im wesentlichen identisch dem eines üblicherweise weitver­ breiteten Geschwindigkeitsbegrenzers oder eines Begrenzers, der sowohl aufgrund eines festgelegten Geschwindigkeits-, als auch Drehzahlgrenzwertes eine von der Gaspedalstellung unabhängige Betätigung der Kraftstoffzumeßvorrichtung eines Kraftfahrzeug­ motors gestattet.

Die Zweckmäßigkeit von Geschwindigkeitsbegrenzern sowohl in wirtschaftlicher als auch in verkehrstechnischer Hinsicht steht heute im allgemeinen außer Zweifel, vor allem, weil der Berufsfahrer bei seiner oft stundenlangen, monotonen Fahrtätig­ keit im Grenzbereich der zulässigen Geschwindigkeit durch den Geschwindigkeitsbegrenzer entlastet wird.

Bezüglich der üblichen zweifellos die Leistung eines Motors drosselnden Drehzahlbegrenzer besteht demgegenüber trotz der motorschonenden Wirkung und der Vermeidung von unangemessen hohem Kraftstoffbedarf und Abgasproduktion sowie von Über­ tourungen beispielsweise durch Schaltfehler jedenfalls für einen freiwilligen Einbau in ein Kraftfahrzeug wenig Bereit­ schaft. Die ablehnende Haltung ist nicht zuletzt emotional begründet dadurch, daß durch die Festlegung eines bestimmten Drehzahlbegrenzungswertes durchgehend für sämtliche Betriebs­ zustände des Fahrzeuges, insbesondere in den unteren Gängen, die Beschleunigungsfähigkeit des Fahrzeuges beschnitten wird.

Ungeachtet dieser Vorbehalte besteht nicht nur seitens der Transportunternehmen, für die die wirtschaftliche Komponente im Vordergrund steht, sondern auch aus verkehrstechnischen, gesamtwirtschaftlichen und letzten Endes aus ökologischen Gründen ein starkes Bedürfnis, Drehzahlbegrenzer vorzusehen, um einerseits im Stadtverkehr Geräusch- und Abgasproduktion zu verringern, andererseits im Fernverkehr einen motorschonenden Betrieb der Kraftfahrzeuge zu gewährleisten.

Es wurde daher schon vorgeschlagen, bei Fahrzeugen mit zu Schaltgruppen zusammengefaßten Gängen den Drehzahlgeber eines eingebauten Drehzahlbegrenzers mittels des den Schaltgruppen zugeordneten sog. Schaltgruppenschalters zu unterbrechen, d. h. die Drehzahlen in den unteren Gängen nicht zu begrenzen und in den oberen, im allgemeinen relativ dicht zusammenliegenden Gängen eine Begrenzung von etwa 10% wirksam werden zu lassen. Schwierigkeiten entstehen verständlicherweise bei Fahrzeugen, und das ist die Mehrzahl der Fahrzeuge, die nicht mit entspre­ chenden elektrischen Schaltmitteln ausgerüstet sind. Ein nach­ träglicher Einbau ist bei diesen Fahrzeugen im allgemeinen nicht möglich, oder aber vom Aufwand her nicht vertretbar. Außerdem ist der Fahrbetrieb bei einer Schaltgruppe, also einer Gruppe von Gängen, zugeordneten Begrenzung nicht problemlos, da im Grenzbereich zwischen der nicht begrenzten Schaltgruppe und der begrenzten Schaltgruppe die Geschwindigkeit des Fahrzeuges auch beim Höherschalten nicht gesteigert werden kann und somit zwischen einem Gang mit unökonomisch hoher Drehzahl und einem Gang, der infolge der sprungartig einsetzenden Drehzahlbe­ grenzung in der betreffenden Fahrsituation keine Geschwin­ digkeitssteigerung gestattet, hin und her geschaltet werden wird. Dies bedeutet ein durch die Begrenzung verursachtes ruckartiges Fahren, d. h. einen verschlechterten Fahrkomfort.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, die Akzeptanz eines Drehzahlbegrenzers zu verbessern, und zwar einerseits durch Maßnahmen zur Steigerung des Regel- und somit Fahrkomforts, andererseits durch Mittel, mit denen ein Drehzahlbegrenzer an typische Einsatzfälle des Fahrzeuges anpaßbar ist, womit optimale ökonomische und ökologische Effekte erzielbar sind.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der elektronische Regler mit einer Geschwindigkeitsmeßschaltung verknüpft ist und eine Schaltungsanordnung umfaßt, mit welcher geschwindigkeitsabhängig eine wenigstens innerhalb eines Geschwindigkeitsteilbereichs stetige Änderung des Drehzahlbegrenzungswertes programmierbar ist.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem elektronischen Regler, in welchem die dem Regelver­ stärker zugeführte Regelabweichung durch Verunden der Regelgröße mit einem Referenzwert ermittelt wird, die Schaltungsanordnung als Referenzsignalgeber dient und daß der Referenzsignalgeber derart ausgebildet ist, daß unterschiedliche Referenzsignal­ kennlinien wählbar sind.

Die vorgeschlagene Lösung, die von dem Gedanken ausgeht, die vorgesehene Drehzahlbegrenzung von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig zu steuern, vermeidet die Nachteile bezüglich des Fahrkomforts sowohl einer generellen als auch einer sprunghaft einsetzenden Begrenzung durch eine geeignete, voreinstellbare Übergangsfunktion. Sie erlaubt es ferner, wahlweise eine ein­ satz- bzw. fahrzeugspezifische Begrenzung vorzusehen, d. h. daß beispielsweise die Motordrehzahlen von Fahrzeugen des stadt­ nahen bzw. innerörtlichen Verteilerverkehrs in einem unteren Geschwindigkeitsbereich begrenzbar sind, während bei Fahrzeugen des Fernverkehrs, wo bei Passfahrten die volle Nutzung der Mo­ tordrehzahl möglich sein muß, eine Begrenzung im oberen Ge­ schwindigkeitsbereich erfolgen kann. Mit dieser Optimierung einer Drehzahlbegrenzungscharakteristik für Stadt- und Fern­ verkehr kann ein temperamentbetontes oder auch gedankenloses Fahren mit hohen Drehzahlen in niederen Gängen, wie es im Stadtverkehr vielfach üblich ist, mit all den nachteiligen Konsequenzen wirksam vermieden werden, andererseits dient die Begrenzung lediglich in den höheren Gängen auf z. B. wenige Prozent unterhalb der Nenndrehzahl der Motorschonung und der Reduzierung des Kraftstoffbedarfs. Dabei ist die vorgeschlagene Lösung mit einem relativ geringen Aufwand realisierbar, zumal in modernen Fahrzeugen bereits fahrzeugspezifisch aufbereitete Geschwindigkeitsimpulse, z. B. für die Geschwindigkeitsanzeige und die Geschwindigkeitsaufzeichnung zur Verfügung stehen. Auch läßt sich der erfindungsgemäße Drehzahlbegrenzer nicht nur als autonomes System anwenden. Die ermittelte Drehzahl - Regelab­ weichung kann beispielsweise über eine geeignete Diodenkopplung dem Regelverstärker eines Geschwindigkeitsbegrenzers zugeführt werden, so daß der betreffende Geschwindigkeitsbegrenzer zu einem Geschwindigkeitsbegrenzer mit geschwindigkeitsabhängiger Drehzahlbegrenzung erweitert wird.

Im folgenden sei ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Diagramm einer geschwindigkeitsunabhängigen Drehzahlbegrenzungscharakteristik,

Fig. 2 ein Diagramm einer geschwindigkeitsabhängigen Drehzahlbegrenzungscharakteristik, wie sie für den Stadtverkehr typisch ist,

Fig. 3 ein Diagramm einer geschwindigkeitsabhängigen Drehzahlbegrenzungscharakteristik, wie sie für den Fernverkehr typisch ist,

Fig. 4 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Dreh­ zahlbegrenzers,

Fig. 5 ein Schaltungsbeispiel des Referenzsignalgebers des bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Von den in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Begrenzungscharak­ teristiken zeigt die der Fig. 1 die bisher übliche, bei der die Motordrehzahlen von der Geschwindigkeit unabhängig generell um ca. 10% begrenzt sind, wobei, was mit dem Doppelpfeil symboli­ siert sein soll, dieser Begrenzungswert in relativ weiten Gren­ zen einstellbar ist.

Die Begrenzungschrakteristik Fig. 2 entspricht einem Anfor­ derungsprofil eines Fahrzeuges des innerörtlichen Verteiler­ verkehrs, wo es darauf ankommt, in einem unteren Geschwindig­ keitsbereich zwischen beispielsweise 0 und 40 km/h die Motordrehzahlen relativ stark zu drosseln. Vorgesehen ist ein Drehzahleinstellbereich bis zu 30%. Bei zunehmender Geschwin­ digkeit wird innerhalb eines Übergangsbereichs von ca. 15 km/h diese Drosselung stetig aufgehoben, so daß bei höheren Geschwindigkeiten, die ohnehin nur außerorts gefahren werden dürfen, die maximale Motordrehzahl nutzbar ist.

Die Begrenzungschrakteristik Fig. 3 ist reziprok zur Begren­ zungschrakteristik Fig. 2 gewählt und für Fahrzeuge vorgesehen, die vorwiegend im Fernverkehr eingesetzt sind, d. h. in einem unteren Geschwindigkeitsbereich besteht keine Drehzahlbegren­ zung, bei höheren Geschwindigkeiten ist nach einem geeigneten Übergangsbereich eine Begrenzung wirksam, die wiederum innerhalb eines Drehzahlbereichs von 30% wählbar ist.

Selbstverständlich ist auch die Steigung der Drehzahlbegren­ zungschrakteristiken in den Übergangsbereichen, die vorzugs­ weise auf 10% ausgelegt ist, in gewissen Grenzen wählbar, so daß längere oder kürzere Übergangsbereiche festgelegt werden können. Ebenso sind, um eine optimale Anpassung an die Einsatzgegebenheiten und den Fahrzeugtyp zu erzielen, auch die geschwindigkeitsabhängigen Knickpunkte A, A′ und B, B′ der Drehzahlbegrenzungscharakteristiken wählbar und voreinstellbar.

Gemäß dem Blockschaltbild Fig. 4 werden in an sich bekannter Weise sowohl von einem Geschwindigkeitsgeber 1 wegabhängig erzeugte, als auch von einem Drehzahlgeber 2 der Motordrehzahl proportionale Impulse geliefert, in jeweils zugeordneten Impulsformern 3 und 4 in zeitkonstante Impulse geformt und in nachgeschalteten Digital-Analog-Wandlern 5 und 6 in entspre­ chende meßwertproportionale Spannungswerte umgesetzt. Die den Impulsformern zugeordneten Potentiometer 7 und 8 dienen bekanntlich der Impulsbreitenjustierung und somit der Korrektur der Steilheit der jeweiligen Kennlinien.

Dem Geschwindigkeitsmeßzweig nachgeschaltet ist, wie Fig. 4 ferner zeigt, eine Schaltungsanordnung 9, welche als Referenz­ signalgeber dient und bezüglich der wählbaren Drehzahlbegren­ zungschrakteristiken reziproke, geschwindigkeitsabhängige Spannungskennlinien liefert. In einem weiteren Schaltungsteil 10 werden die Spannungswerte W des Referenzsignalgebers 9 und die drehzahlproportionalen Spannungswerte X zu einer Regelab­ weichung X _W verundet, die am Eingang eines als Fensterverstär­ ker wirkenden Regelverstärkers 11 ansteht.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt daß aus der in geeig­ neter Weise modulierten Regelabweichung X _W im Regelverstärker 11 dann Regelsignale gebildet werden, wenn ein bestimmter Schaltschwellenbereich über- oder nachfolgend unterschritten wird. Die Regelsignale steuern über getrennte Kanäle eine eine Stellgröße Y liefernde Betriebsschaltung 12 eines in einem Stellaggregat 13 angeordneten Stellmotors 14. Dieser betätigt über ein geeignetes im Stellaggregat 13 gelagertes Getriebe ein Stellglied, mit dem beispielsweise ein sog. Schub-Zug-Kabel 15 verbunden ist, das seinerseits in an sich bekannter Weise über ein weil nicht erfindungswesentlich nicht dargestelltes Koppelelement, das in das Gasgestänge des betreffenden Fahrzeugs eingefügt ist, auf die Kraftstoffzumeßvorrichtung des Fahrzeugmotors einwirkt.

Das in Fig. 5 dargestellte Schaltungsbeispiel des Referenz­ signalgebers 9 zeigt einen Operationsverstärker 16, dem ein­ gangsseitig einerseits über einen Widerstand 17, die vom Di­ gital-Analog-Wandler 5 gelieferten Geschwindigkeitsmeßwerte zugeführt werden und welcher andererseits mit einem Spannungs­ teiler, gebildet aus den Widerständen 18 und 19 und dem Potentiometer 20 beschaltet ist. Das Potentiometer 20 dient der Einstellung eines Spannungswertes, bei dem die geschwindig­ keitsabhängige Regelung einsetzen soll, d. h. die Ausgangs­ spannung des Operationsverstärkers 16 sich verändert, in diesem Falle ansteigt. Dieser Punkt ist dann erreicht, wenn die einen degressiven Verlauf aufweisende meßwertproportionale Spannung den mittels des Potentiometers 20 eingestellten Spannungswert unterschreitet.

Die Steigung des Spannungsverlaufs am Ausgang des Operations­ verstärkers 16 läßt sich durch die Widerstände 17 und 21 be­ stimmen, während die Diode 22 und der Widerstand 23 der Ent­ kopplung des Ausgangs des Operationsverstärkers 16 dienen.

Ein weiterer Operationsverstärker 24, dessen einer Eingang unter Zwischenschaltung des Widerstandes 25 mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers 16 verbunden ist und dessen anderen Eingang ein aus den Widerständen 26 und 27 gebildeter Spannungsteiler zugeordnet ist, liefert an seinem Ausgang eine zum Spannungsverlauf des Operationsverstärkers 16 im wesentli­ chen reziproken Spannungsverlauf, dessen Steigung durch die Widerstände 25 und 28 festlegbar ist. Über eine Diode 29 und einen Widerstand 30 ist der Ausgang des Operationsverstärkers 24 parallel mit einem Widerstand 31 an einen Kontakt 33 geführt. Ebenso ist auch der Ausgang des Operationsverstärkers 16 einem Kontakt 34 zugeordnet. Ein dritter Kontakt 35 ist mit dem durch Widerstände 36 und 37 beschalteten Eingang eines Spannungsfolgers 38 verbunden, an dessen Ausgang je nach Anbringung oder Nichtverwenden einer Lötbrücke 39 die geschwin­ digkeitsabhängigen Spannungskennlinien des Referenzsignalgebers 9 gemäß den Schemadiagrammen I, II oder III abgreifbar sind.

Claims (3)

1. Drehzahlbegrenzer für Kraftfahrzeugmotore mit einem von einem Stellmotor angetriebenen Stellglied, welches unab­ hängig von einer Betätigung des Gaspedals auf die Kraft­ stoffzumeßvorrichtung des betreffenden Motors einwirkt, sowie mit einem elektronischen Regler, dessen Regelver­ stärker die Betriebsschaltung des Stellmotors auf Vor-oder Rücklauf steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Regler mit einer Geschwindigkeits­ meßschaltung (1, 3, 5, 7) verknüpft ist und eine Schal­ tungsanordnung (9) umfaßt, mit welcher geschwindigkeits­ abhängig eine wenigstens innerhalb eines Geschwindigkeits­ teilbereichs stetige Änderung des Drehzahlbegrenzungs­ wertes programmierbar ist.

2. Drehzahlbegrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem elektronischen Regler, mit welchem die dem Re­ gelverstärker (11) zugeführte Regelabweichung (X _W ) durch Verunden der Regelgröße (X) mit einem Referenzwert (W) ermittelt wird, die Schaltungsanordnung (9) als Referenz­ signalgeber dient.

3. Drehzahlbegrenzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzsignalgeber (9) derart ausgebildet ist, daß unterschiedliche Referenzsignalkennlinien wählbar sind.