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Die Erfindung betrifft Fahrzeuggeschwindigkeitsregeleinrichtungen entsprechend den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3. Sie bezieht sich insbesondere auf Geschwindigkeitsregeleinrichtungen für Maschinen- und/oder Motorfahrzeuge, wobei das Fahrzeug bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit oder in einem vorbestimmten Geschwindigkeitsbereich gehalten oder auf eine vorgegebene Geschwindigkeit begrenzt werden soll, oder durch das die Betriebsperson der Maschine oder des Fahrzeugs gewarnt werden kann, wenn eine vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht ist.
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Die Erfindung geht einerseits von einer Fahrzeuggeschwindigkeitsregeleinrichtung zur Regelung der Fahrzeuggeschwindigkeit über einen vorbestimmten Geschwindigkeitsbereich aus, wie sie aus der DE-AS 14 88 487 bekannt ist. In der in dieser Schrift beschriebenen Einrichtung wird neben einem zweiten, einen Sollwert wiedergebenden elektrischen Signal, ein erstes elektrisches Signal erzeugt, das auch eine Wechselkomponente aufweist. Der mittlere Signalpegel dieses ersten elektrischen Signals ist der Geschwindigkeit des Fahrzeugs zugeordnet, und die Amplitude der Wechselkomponente hängt von der jeweiligen Geschwindigkeit ab. Zur Gewinnung des ersten elektrischen Signals wird von einem Tachometergenerator eine Wechselspannung erzeugt, die im wesentlichen durch eine Vollweggleichrichtung gleichgerichtet wird, so daß eine Gleichspannung mit einer Wechselkomponente entsteht. Diese Wechselkomponente wird jedoch weitgehend durch ein Filter unterdrückt. Dieses Filter bewirkt, daß die Größe der Wechselkomponente mit steigender Frequenz vermindert wird. So wird in der gezeigten Geschwindigkeitsregeleinrichtung die Größe der Wechselkomponente, die in einem aus dem ersten und zweiten Signal gebildeten Fehlersignal enthalten ist und von der Ist-Geschwindigkeit abhängt, mit anwachsender Fahrzeuggeschwindigkeit vermindert, und insgesamt gesehen wird in dieser Regeleinrichtung die Verstärkung in einem Zustand reduziert, in dem die Antwortfähigkeit der Einrichtung ebenfalls gering ist.
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Weiterhin ist von Nachteil, daß bei der Geschwindigkeitsregelung eines Fahrzeugmotors mit einer solchen Regeleinrichtung bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit, wobei das von der Fahrzeugmaschine verfügbare Drehmoment beträchtlich größer als im Fall einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit sein kann, insbesondere nach Multiplikation in einem Drehmomentübersetzer einer automatischen Übertragung, eine Überkompensation beim Vorhandensein eines Geschwindigkeitsfehlersignals infolge des größeren Drehmoments auftritt, so daß die Einrichtung überschwingt. Wird die Verstärkung, um diesen Effekt zu vermeiden, niedrig eingestellt, so ist die Geschwindigkeitsregelung jedoch bei höheren Geschwindigkeiten zu langsam. Die Verstärkung der beschriebenen Einrichtung ist im unteren Geschwindigkeitsbereich im wesentlichen konstant und nimmt nach oben hin ab, so daß das Antwortverhalten bei wechselnder Geschwindigkeit, wenn das Antwortverhalten auf vorliegende Regelsignaländerungen ohnehin vermindert ist, noch weiter verschlechtert ist. In der Regelung treten somit im unteren Geschwindigkeitsbereich Überschwingverhalten und im oberen Bereich ein verlangsamtes Ansprechverhalten auf.
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Jede Regeleinrichtung neigt dazu, bei einer bestimmten Frequenz überzuschwingen, und es ist wünschenswert und auch wesentlich, dieses Überschwingen bei einem schnellen Regelablauf zu dämpfen. Anstatt, wie allgemein hierzu verfahren wird, das Ansprechverhalten der Regeleinrichtung insgesamt zu verlangsamen, wobei zwar eine Dämpfung des Überschwingens bei der kritischen Frequenz erreichbar ist, die jedoch mit einem schlechten Ansprechverhalten im gesamten Frequenzbereich erkauft wird, ist eine bezüglich der Frequenz differenzierte Abstimmung der Amplitude des ersten elektrischen Signals vorteilhaft.
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Aus der DE-OS 19 00 660, die ebenfalls aus einem Ist-Geschwindigkeitssignal und einem Sollwertsignal ein Fehlersignal zur Geschwindigkeitsregelung erzeugt, ist zwar eine Abstimmschaltung zur frequenzabhängigen Veränderung der Amplitude des Geschwindigkeitssignals vorgesehen. Jedoch läßt sich mit der dort beschriebenen Filterschaltung nicht eine wirksame Dämpfung bei einer kritischen Frequenz ohne eine Beeinträchtigung des Ansprechverhaltens erzielen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. denen im Oberbegriff des Anspruchs 3, eine verbesserte Geschwindigkeitsregeleinrichtung zu schaffen, die kein Überschwingverhalten zeigt und dabei ein gutes Ansprechverhalten aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 bzw. den des Anspruchs 3 gelöst.
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In der erfindungsgemäßen Einrichtung nach Anspruch 1 werden die den Istwert der Geschwindigkeit wiedergebenden Wechselkomponenten des Fehlersignals bei der Regelung berücksichtigt. Es wird die Beziehung zwischen der Amplitude der Wechselkomponente des ersten elektrischen Signals und der Ist-Geschwindigkeit in einer vorbestimmten Weise in Abhängigkeit der jeweiligen Geschwindigkeit geändert, so daß die Größe des Regelsignals nicht nur von der Differenz zwischen Ist-Geschwindigkeit und gewünschter Geschwindigkeit geregelt wird, sondern mit der Ist-Geschwindigkeit für hohe und niedrige Fahrzeuggeschwindigkeiten entsprechend angepaßt wird. Durch diese Anpassung wird die bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten auftretende Verminderung der erzielbaren Beschleunigung kompensiert. Andererseits treten bei der erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsregelung eines motorbetriebenen Fahrzeugs die Nachteile einer Überkompensation infolge des größeren Drehmoments bei kleinen Geschwindigkeiten nicht auf, und bei höheren Geschwindigkeiten wird für eine ausreichende Systemverstärkung gesorgt.
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Ferner kann die erfindungsgemäße Regeleinrichtung an die Eigenschaften der unterschiedlichsten zu regelnden Anordnungen angepaßt werden, weil auch bei einem gleichen Geschwindigkeitsfehler eine auf die jeweilige Geschwindigkeit ausgerichtete Änderung des Regelsignals einstellbar ist. Hierbei ist eine effektive stabile und schnelle Regelung, beispielsweise angepaßt an die Drehmomenteigenschaften einer Fahrzeugmaschine (und an den Drehmomentübersetzer einer automatischen Übersetzung), über den gesamten Geschwindigkeitsbereich erzielbar.
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Durch den Anspruch 3 der vorliegenden Erfindung wird eine wirksame Dämpfung bei der kritischen Frequenz ohne den Nachteil einer Verschlechterung des Antwortverhaltens erzielt. Hierzu bewirkt eine Abstimmschaltung sowohl eine Amplitudenzunahme bei der kritischen Frequenz und damit eine größere Verstärkung der Regeleinrichtung als auch Phasenvor- und -nacheilungen bei Frequenzen unterhalb und oberhalb dieser Frequenz in dem ersten elektrischen Signal. Damit ist also einerseits ein Überschwingen der Einrichtung bei der kritischen Frequenz verhindert und andererseits eine optimale Verstärkung und ein schnelles Antwortverhalten im gesamten Geschwindigkeitsbereich gewährleistet.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Danach ist ferner eine Speicherschaltung zur Speicherung des zweiten elektrischen Signals vorgesehen, mit einem Kondensator, der über einen elektronischen Schalter von einem elektrischen Signal aufgeladen wird, wobei der elektronische Schalter einen Wert hoher Impedanz einnehmen kann, um die nachfolgende Entladung des Kondensators möglichst gering zu halten, mit einem Feldeffekttransistor, dessen Stromleitung von der Ladung des Kondensators gesteuert wird, wobei der Ausgangskreis des Feldeffekttransistors als Teil einer Potentialteilerschaltung geschaltet ist, die eine Anordnung enthält, um den in dieser Schaltung fließenden Strom im wesentlichen auf einem vorgegebenen konstanten Wert zu halten, wobei an einem Teil der Schaltung ein Ausgangssignal der Speicherschaltung in Abhängigkeit von der Ladung des Kondensators ableitbar ist, und wobei der vorgegebene Wert des Stroms so ausgewählt ist, daß die Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit des Feldeffekttransistors auf ein Minimum reduziert wird.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
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Fig. 1 eine Blockschaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung;
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Fig. 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung für einen Gashebel (Drossel) für die erfindungsgemäße Einrichtung;
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Fig. 3A bis 3C Kurvenverläufe, die an der Eingangsseite der Einrichtung auftreten;
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Fig. 4A bis 4C Ausgangsfrequenzgänge (Ausgangssignal gegen Frequenz) der erfindungsgemäßen Einrichtung;
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Fig. 5A, 5B und 6A bis 6D Fehlersignale, die in der erfindungsgemäßen Einrichtung erzeugt werden, und die erklären sollen, wie diese Signale umgewandelt werden, um Impulse zur Regelung der Betätigungseinrichtung für die Geschwindigkeit nach Fig. 2 zu erzeugen;
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Fig. 7 einen Verstärkungs/Frequenzverlauf eines aktiven Filters in der erfindungsgemäßen Einrichtung und
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Fig. 8 ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung.
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Die nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Einrichtung dient zur automatischen Regelung eines Motorfahrzeuges, das bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit läuft, die vom Fahrer vorgegeben wird. Sofern einmal die Geschwindigkeit ausgewählt und vom Fahrer vorgegeben ist, arbeitet die Einrichtung automatisch und hält das Fahrzeug auf dieser Geschwindigkeit (vorausgesetzt natürlich, daß die Geschwindigkeit innerhalb der Möglichkeiten des Fahrzeuges hinsichtlich des Gradienten und ähnlicher Faktoren liegt).
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Fig. 1 zeigt die Maschine 10 des Motorfahrzeugs, die die Antriebswelle 12 über ein Getriebe 14 antreibt, wobei die Geschwindigkeit der Maschine mittels einer Kraftstoffregelung 15 geregelt wird. Die Regelung 15 stellt normalerweise einen Teil des Vergasers der Maschine dar und wird in üblicher Weise so angeordnet, daß sie vom Gashebelpedal des Fahrers einstellbar ist. Zusätzlich ist die Regelung 15 jedoch von einer Gashebel- Betätigungseinrichtung 16 einstellbar.
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Die Straßengeschwindigkeit des Fahrzeugs wird von einem Meßwandler 18 überwacht, der auf die Umdrehungsgeschwindigkeit der Antriebswelle 12 anspricht. Die Antriebswelle 12 kann z. B. mit einem oder mehreren Magnetelementen ausgestattet sein, die mit der Antriebswelle rotieren und ein elektrisches Wechselspannungssignal an einer geeigneten magnetischen Meßaufnahmestelle erzeugen. Es lassen sich jedoch auch andere Arten von Meßwandlern, z. B. solche, die nach optischen oder mechanischen Prinzipien arbeiten, einsetzen. Es wird jedoch in allen Fällen ein elektrisches Signal auf der Leitung 20 erzeugt, dessen Frequenz von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, und das einer Frequenz/Impulswandlerschaltung 22 zugeführt wird. Die Schaltung 22 wandelt die elektrischen Signale auf der Leitung 20 in eine Gruppe von Impulsen mit konstanter Amplitude und konstanter Breite um, deren Frequenz proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
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Die Impulsgruppe wird über eine Leitung 24 einem Impuls-Mittlerkreis 26 zugeführt. Der Impuls-Mittlerkreis erzeugt ein Signal V s mit einer Polarität, das vom Durchschnittspegel oder Mittelwert der Impulsgruppe auf der Leitung 24, d. h. von der Impulsfrequenz und damit von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt. Der Impuls-Mittlerkreis 26 ist zusätzlich so angeordnet, daß das Signal V s eine Welligkeitsfrequenz besitzt, die der Frequenz der Impulse auf der Leitung 24 entspricht.
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Das Signal V s wird über einen Schalter 34 einem Speicher 36 und außerdem einem Filter 38 zugeführt. Der Speicher 36 speichert in einer Weise, die anschließend noch näher erläutert wird, die mittlere Amplitude eines speziellen Wertes von V s , die einer gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht. Anschließend wird ein Signal V m , das von dieser Mittelwertamplitude abhängt, als Ausgangssignal auf der Leitung 40 einem Fehlerverstärker 42 zugeführt.
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Das Filter 38 verarbeitet das Signal V s in einer noch näher zu beschreibenden Weise und erzeugt ein Ausgangssignal V s &min;, das von V s abhängt. V s &min; wird über die Leitung 44 einem zweiten Eingang des Verstärkers 42 zugeführt.
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Der Fehlerverstärker 42 empfängt und verstärkt die Frequenz zwischen den Signalen V m und V s &min; und erzeugt ein Fehlersignal V e , das von der Differenz in einer noch näher zu beschreibenden Weise abhängt.
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Das Fehlersignal V e wird einem Spannungs/Impulswandler 46 zugeführt, der die Spannung V e in eine Gruppe von Antriebsimpulsen umwandelt, die eine konstante Amplitude und eine konstante Frequenz besitzen, deren Tastverhältnis sich jedoch in Abhängigkeit von der Amplitude von V e ändert. Diese Antriebsimpulse betreiben die Kraftstoffzufuhr-Betätigungseinrichtung 16.
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Die Kraftstoffzufuhr-Betätigungseinrichtung 16 kann jede geeignete Form besitzen. Eine geeignete Form ist in der vollständigen Beschreibung der gleichzeitig anhängigen britischen Patentanmeldungen 23 062/75 und 23 063/75 gezeigt und ist in vereinfachter Form in Fig. 2 dargestellt.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, enthält die Kraftstoffzufuhr-Betätigungseinrichtung einen Balg 50, dessen eines Ende 52 mit einem festen Teil des Fahrzeugkörpers verbunden ist, und dessen anderes Ende 54 mit der Ausdehnung und der Zusammenziehung des Balgs beweglich ist und mit der Vergaser-Kraftstoffzufuhrregelung 15 mittels eines Kabels 56 verbunden ist. Eine Druckfeder 58 ist innerhalb des Balgs angeordnet und hält den Balg in einem expandierten Zustand. In diesem Zustand wird keine Spannung auf das Kabel 56 ausgeübt, und die Kraftstoffzufuhr des Fahrzeugs ist dann vom Gaspedal des Fahrers auf normalem Weg regelbar.
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Der Innenraum des Balgs 50 ist mit einem Zweiwegventil 60 verbunden. Das Ventil besitzt einen Auslaß 60, der mit dem Atmosphärendruck in Verbindung steht, und es besitzt einen weiteren Auslaß 64, der mit den Versorgungsleitungen der Maschine verbunden ist. Ein Ventilglied 66 läßt sich in der Richtung der eingezeichneten Pfeile mittels einer Spule 68 hin- und herbewegen, wobei die Spule 68 durch Antriebsimpulse gespeist wird, die vom Wandlerkreis 46 (Fig. 1) erzeugt werden. Die Antriebsimpulse bewegen das Ventilglied 66 derart hin und her, daß es von einer Stellung, in der der Innenraum des Balges 50 mit dem Atmosphärendruck verbunden ist, in eine andere Stellung bewegt wird, in der der Innenraum des Balges mit dem reduzierten Druck verbunden ist, der von den Maschinen-Versorgungseinrichtungen erzeugt wird. Wie noch näher erläutert wird, wird dadurch bewirkt, daß der Balg 50 in einem vom Tastverhältnis der Antriebsimpulse abhängigen Ausmaß zusammengezogen wird, wobei durch die Zusammenziehung des Balges Spannungen an das Kabel 56 übertragen werden, die die Kraftstoffzufuhr für die Maschine entsprechend öffnen.
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Wenn der Fahrer des Fahrzeuges den Wunsch besitzt, das System in Betrieb zu nehmen, so daß der Lauf des Fahrzeugs auf eine vorgegebene Geschwindigkeit eingeregelt wird, beschleunigt er das Fahrzeug bis zur gewünschten Geschwindigkeit (oder bremst das Fahrzeug entsprechend ab). Der Wert des Signals V s , der vom Impuls-Mittlerkreis 26 erzeugt wird, entspricht dann der gewünschten Geschwindigkeit. Der Fahrer schließt dann für einen kurzen Augenblick den Schalter 34, z. B. durch Drücken einer Drucktaste, die im Bedienungsfeld angeordnet ist, wodurch dieser Wert von V s im Speicher 36 gespeichert wird. Die erfindungsgemäße Einrichtung bzw. System ist nun in Betrieb, und der Verstärker 42 vergleicht das Ausgangssignal V m des Speichers mit dem Momentanwert des Signals V s &min;, der sich mit der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert.
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Sofern die Fahrzeuggeschwindigkeit vom vorgegebenen Wert, der durch das Ausgangssignal V m des Speichers dargestellt wird, abweichen sollte, ändert sich der Wert des Signals V s , wodurch eine Änderung in der Beziehung zwischen V m und V s &min; erfolgt. Das Fehlersignal V e ändert sich daher, und das Tastverhältnis der im Wandler 46 erzeugten Antriebsimpulse wird sich ebenfalls ändern. In der Schwingungsbewegung des Ventilregelgliedes 66 (Fig. 2) findet eine ständige Änderung derart statt, daß der Balg 50 zusammengezogen oder ausgedehnt wird, bis die Änderung der Spannung im Kabel 56 die nötige Einstellung der Kraftstoffzufuhr für die Maschine erzeugt hat, die erforderlich ist, um das Fahrzeug zur gewünschten Geschwindigkeit zurückzubringen.
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Im folgenden wird nun die Wirkungsweise unter Bezugnahme auf die Kurvenformen-Diagramme näher erläutert.
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Fig. 3A zeigt die vom Geschwindigkeits-Meßwandler 18 auf der Leitung 20 erzeugten Wechselspannungs- bzw. -stromkurven. Fig. 3B zeigt die Impulse der entsprechenden Frequenz mit fester Amplitude und Impulsbreite, die vom Frequenz-Impulswandler 22 erzeugt werden. Der Impuls-Mittlerkreis 26 wandelt die Impulse in ein Signal um, dessen mittlere Amplitude dem Mittelwert und damit der Frequenz der Impulse auf der Leitung 24 entspricht. Fig. 3C zeigt repräsentative Kurvenformen des Ausgangssignals V s des Impuls-Mittlerkreises 26. Die Kurvenform 70 zeigt V s , das einer kleinen Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, der Kurvenverlauf 72 zeigt V s bei einer mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit, und der Kurvenverlauf 74 zeigt V s bei einer großen Fahrzeuggeschwindigkeit. Es ist erkennbar, daß der Impuls-Mittlerkreis 26 so aufgebaut ist, daß der Wert von V s von der Frequenz der Impulse nach Fig. 3B abhängt und mit wachsender Geschwindigkeit abnimmt und daher von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig ist. Aus Fig. 3C läßt sich ebenfalls entnehmen, daß der Impuls-Mittlerkreis 26 so ausgebildet ist, daß das Signal V s eine Welligkeit mit der Eingangsimpulsfrequenz besitzt, die Kurvenverläufe 70, 72 und 74 zeigen, daß die Welligkeitsfrequenz mit der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechend zunimmt.
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Fig. 4A zeigt einen Kurvenverlauf, der angibt, wie der Impuls- Mittlerkreis 26 die Welligkeit mit zunehmender Welligkeitsfrequenz dämpft, wobei die Dämpfung im dargestellten Beispiel in der Größenordnung von 6 dB pro Oktave ist. Die Auswirkung dieses Kurvenverlaufs ist in den Kurvenformen 70, 72 und 74 der Fig. 3C erkennbar, wo die Amplitude der Welligkeit in der Kurvenform 74 wesentlich kleiner als in der Kurvenform 70 ist.
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Der Speicherkreis 36 speichert die mittlere Amplitude von V s , die der gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, und das Ausgangssignal V m besteht daher im wesentlichen aus einem Signal, das frei von Welligkeit ist. Wie noch näher erläutert wird, wird dem Signal V m ein Gleichwert entsprechend dem gespeicherten Wert von V s hinzugefügt, wobei dieser Gleichwert vom gespeicherten Wert von V s derart abhängt, daß die erforderliche größere Öffnung der Kraftstoffzufuhr bei großen Fahrzeuggeschwindigkeiten erzeugt wird.
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Das Ausgangssignal des Verstärkers 42 wird durch die Beziehung °=b:1&udf54;°KV°T°Ke°t¤=¤°KV°T°Km°t¤+¤°KG°k (°KV°T°Km°t¤^¤°KV°T°Ks°t&dlowbar;)@,(1)°z°=b:1&udf54;festgelegt, wobei G die Verstärkung des Verstärkers darstellt.
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Wenn daher die Fahrzeuggeschwindigkeit im wesentlichen der vorgegebenen Geschwindigkeit entspricht, ist V e = V m , es enthält aber eine Welligkeitskomponente, die der mit dem Verstärkungsfaktor des Fehlerverstärkers 42 multiplizierten Welligkeit des Signals V s entspricht.
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Der Verstärkungsverlauf des Fehlerverstärkers 42 ist jedoch nicht konstant. Fig. 4B zeigt, wie die Verstärkung des Verstärkers mit zunehmender Frequenz abfällt, wobei die Verstärkung mit einer Rate abnimmt, die derjenigen des Impuls-Mittlerkreises 26 entspricht (6 dB pro Oktave, vgl. Fig. 4A), obwohl die Stelle, an der die Verstärkung abzufallen beginnt, erst bei einer höheren Frequenz liegt. Fig. 4C zeigt die kombinierten Auswirkungen der Ausgangscharakteristiken des Impuls-Mittlerkreises 26 (Fig. 4A) und des Fehlerverstärkers 42 (Fig. 4B). Über den Frequenzbereich, der dem Normalbereich der Fahrzeuggeschwindigkeiten entspricht, reduzieren die kombinierten Ausgangssignal/Frequenzcharakteristiken die Welligkeit mit zunehmender Eingangsfrequenz mit einer Rate von 12 dB pro Oktave.
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Die Fig. 5A und 5B zeigen Beispiele der Kurvenverläufe des Fehlersignals. In Fig. 5A wird angenommen, daß das Fahrzeug mit einer relativ hohen Geschwindigkeit fährt, und die Welligkeit ist im wesentlichen vollständig abgedämpft, wie sich aus dem Verlauf von Fig. 4C entnehmen läßt. In Fig. 5B wird angenommen, daß das Fahrzeug mit einer relativ geringen Geschwindigkeit fährt, wobei sich eine beachtliche Welligkeit ergibt. An der Stelle 76 läuft das Fahrzeug unterhalb der gewünschten Geschwindigkeit, und bei 78 fährt das Fahrzeug mit einer über der gewünschten Geschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit.
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Die Fig. 6A und 6C wiederholen die Fehlersignale der Fig. 5A bzw. 5B und zeigen, wie die Fehlersignale die erforderliche Korrektur der Fahrzeuggeschwindigkeit erzeugen.
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Innerhalb des Wandlers 46 (Fig. 1) wird ein Sägezahn 84 mit einer konstanten mittleren Amplitude und einer konstanten Frequenz. Wie noch näher unter Bezugnahme auf die Schaltung nach Fig. 8 erläutert wird, erzeugt der Wandler 46 ein Ausgangssignal V o , das einen positiven Wert annimmt (mit einer festen und konstanten Amplitude), während der einzelne Anstieg einer Sägezahnflanke beginnt, und das auf null Volt abfällt, wenn die Sägezahnflanke das Fehlersignal überschreitet. Die in Form von Beispielen in den Fig. 6A und 6C gezeigten Fehlersignale erzeugen daher die Gruppen der Impulse 85, die in den Fig. 6B und 6D dargestellt sind und im negativen liegen. Diese Impulse besitzen eine konstante Frequenz (die durch die Frequenz der Sägezahnkurve 84 festgelegt ist) und ein Tastverhältnis, das mit der Größe des Fehlersignals V e veränderlich ist.
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Die im negativen liegenden Impulse werden der Spulenwicklung 68 (Fig. 2) zugeführt und bewegen das Ventil-Regelglied 66. Die Impulse werden mit einer solchen Polarität an die Spulenwicklung 68 angelegt, daß die Impulse das Ventilglied 66 anheben, so daß das Ventilglied 66 den Auslaß 62 schließt und den Auslaß 64 öffnet. Am Ende des Antriebsimpulses kehrt das Ventilglied 66 seine Lage um und schließt den Auslaß 64 und öffnet den Auslaß 62. Als Ergebnis ergibt sich, daß der mittlere Druck im Balg 50 um so kleiner ist, je größer das Tastverhältnis der Impulse ist, und um so mehr wird die Kraftstoffzufuhr der Maschine bzw. des Motors geöffnet. Aufgrund des obengenannten Gleichwerts zwischen V m und dem gespeicherten Wert von V s stabilisiert sich das System bei einer höheren Fahrzeuggeschwindigkeit bei einer größeren durchschnittlichen Öffnung der Kraftstoffzufuhr.
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Die Fig. 6B und 6D zeigen die Wirkung der kombinierten Ausgangssignal/Frequenzverläufe (Fig. 4C) des Impuls-Mittlerkreises 26 und des Fehlerverstärkers 42 (durch die die Welligkeit des Fehlersignals V e bei kleinen Fahrzeuggeschwindigkeiten im Vergleich zu größeren Fahrzeuggeschwindigkeiten betont wird), wobei die Wirkung dieser Verläufe darin besteht, den Regelbereich (proportional zur Bandbreite) bei kleinen Geschwindigkeiten im Vergleich zu großen Geschwindigkeiten zu erhöhen. Bei kleinen Fahrzeuggeschwindigkeiten (Fig. 6D) werden Antriebsimpulse selbst dann erzeugt, wenn der Durchschnittswert des Fehlersignals unterhalb oder oberhalb des Wellentals des Sägezahnverlaufes 84 ist. Bei größeren Geschwindigkeiten (Fig. 6B) ist die Differenz zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit, bei der die Kraftstoffzufuhr vollständig geschlossen ist, und der Geschwindigkeit, bei der die Kraftstoffzufuhr vollständig offen ist, viel kleiner. Es ist daher eine Zunahme der Systemverstärkung bei großen Fahrzeuggeschwindigkeiten im Vergleich zur Systemverstärkung bei kleinen Fahrzeuggeschwindigkeiten vorhanden, was die Tatsache kompensieren soll, daß die verfügbare Fahrzeugbeschleunigkeit bei kleineren Fahrzeuggeschwindigkeiten größer ist als bei größeren Fahrzeuggeschwindigkeiten. Dies ist insbesondere für den Fall wichtig, daß die erfindungsgemäße Einrichtung bzw. das System in einem Fahrzeug verwendet wird, das ein automatisches Getriebe mit einem Fluid-Drehmomentwandler besitzt. Unterhalb von 2000 Umdrehungen pro Minute erzeugt der Drehmomentwandler eine Drehmoment-Vervielfachung, die die verfügbare Maschinenbeschleunigung erheblich erhöhen kann. Die Verringerung der Systemverstärkung bei kleineren Geschwindigkeiten stellt sicher, daß eine weiche Regelung der Fahrzeuggeschwindigkeit über diese Antriebsphase stattfindet. Die größere Verstärkung bei höheren Geschwindigkeiten ermöglicht eine genaue Regelung an diesem Ende des Geschwindigkeitsbereiches.
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Fig. 7 zeigt einen Verstärkungs/Frequenzverlauf des Filters 38. Das Filter besitzt, wie dargestellt, im wesentlichen die Verstärkung 1 bei kleinen Frequenzen, die Verstärkung nimmt aber auf einen positiven Wert A (ungefähr 2) bei einer Frequenz F der Größenordnung von 1 Hz zu, die mit derjenigen Frequenz übereinstimmt, bei der das System die Tendenz besitzt, überzuschwingen. Anschließend fällt die Verstärkung bei höheren Frequenzen auf den Wert 1 zurück.
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Der variable Verstärkungsverlauf (Fig. 7) des Filters 38 dient zur Stabilisierung des Regelsystems durch Änderungen in der Phasenverschiebung in V s , um jegliche Tendenz des Systems zum Überschwingen innerhalb des Geschwindigkeitsregelbereichs des Systems in Abhängigkeit von Änderungen des Straßenzustandes und der Änderung der Kraftstoffzufuhr für die Maschine zu dämpfen.
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Im folgenden werden Schaltkreise der verschiedenen Blöcke im Blockdiagramm nach Fig. 1 unter Bezugnahme auf Fig. 8 genauer erläutert, wobei Gegenstände, die Gegenständen anderer Figuren entsprechen, mit entsprechenden Bezugszeichen versehen sind.
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Die Schaltung wird von den normalen elektrischen Versorgungsleitungen 100 (V+) und 102 (0 V) des Fahrzeugs gespeist. Die Leitung 100 ist über einen Widerstand 104 mit einer Leitung 106 verbunden, deren Spannung (V c ) im wesentlichen mittels einer Zenerdiode 108 konstant gehalten ist, die parallel zu einem Kondensator 110 liegt.
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Der Impuls-Mittelkreis 26 enthält einen Kondensator 112 und einen Widerstand 111, wobei der Kondensator 112 mit der Leitung 106 verbunden ist. Wenn das System eingeschaltet ist, befindet sich der Kondensator 112 ursprünglich in einem entladenen Zustand, und die Spannung V s ist daher gleich V c . Wenn die Eingangsfrequenz zunimmt, nimmt der Mittelwert von V s von V c bis zum Wert 0 V ab.
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Der Speicher 36 enthält einen Kondensator 114, der von der Spannung V s über einen Widerstand 116 und einen Feldeffekttransistor 118 geladen wird, der den Schalter 34 in Fig. 1 darstellt. Zwei den Arbeitspunkt einstellende Widerstände 115 und 117 sind vorgesehen, die die Enden des Widerstands 116 jeweils an 0 V legen. Das Gate des Feldeffekttransistors 118 ist über die Widerstände 120 und 122 mit der 0-V-Leitung 102 verbunden, und der Transistor 118 wird während eines kurzen Augenblicks durch Anlegen der Spannung V c an die Regelleitung 124 leitend gemacht (entspricht der Schließung des Schalters 34).
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Der Kondensator 114 wird auf den Mittelwert der Spannung V s aufgeladen.
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Die gespeicherte Spannung auf dem Kondensator 114 regelt den Leitzustand eines zweiten Feldeffekttransistors 126, dessen Leitungspfad über Widerstände 128, 130 und 132 und der Emitterkollektorstrecke eines Regeltransistors 134 zwischen den Leitern 106 und 102 liegt. Der Basis-Emitterpfad des Transistors 134 liegt an einer Zenerdiode 136, die über einen Widerstand 138 von der Leitung 106 gespeist wird. Dadurch wird bewirkt, daß der Transistor 134 den Strompegel durch den Feldeffekttransistor 126 im wesentlichen konstant hält. Der konstante Strom wird bezüglich seines Wertes so gewählt, daß der Transistor 126 an einem solchen Punkt seiner Betriebscharakteristik gehalten wird, an dem seine Leitfähigkeit im wesentlichen unbeeinflußt von Temperaturänderungen ist (über einen normalen Umgebungsbereich).
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Die Spannung V m wird von einer Leitung 140 abgenommen und ändert daher mit der auf dem Kondensator 114 gespeicherten Ladung. Die Spannung V m folgt jedoch nicht exakt dem gespeicherten Wert von V s , sondern sie ist bei kleineren Werten von V s proportional kleiner, um den obengenannten erforderlichen Gleichwert zu ergeben. Dies wird durch die Änderung in der Verstärkung des als Source-Folgers geschalteten Feldeffekttransistors 126 bewirkt. Dieser Effekt wird durch die Widerstände 116, 117 eingestellt.
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Der Widerstand 115 setzt in Verbindung mit dem Widerstand 111 den Gleichspannungsstartwert des Speichers.
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Das Filter 38 enthält einen Operationsverstärker 150, dessen positiver Eingang das Signal V s empfängt. Der negative Eingang des Operationsverstärkers ist mit der 0-V-Leitung 102 über einen Kondensator 152 und einen Widerstand 154 verbunden, die in Kombination mit einem als Rückkopplungskreis geschalteten Kondensator 156 und einem Widerstand 158 als Filter mit der gewünschten Charakteristik dienen (vgl. Fig. 7). Der Ausgang des Verstärkers 150 liefert die Spannung V s &min; auf der Leitung 160.
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Der Fehlerverstärker 42 enthält einen Operationsverstärker 170, der die Signale V m und V s &min; über die Widerstände 172 bzw. 174 empfängt. Ein Rückkopplungskreis aus einem Widerstand 176 und einem Kondensator 178 liefert dem Verstärker die gewünschte Charakteristik (vgl. Fig. 4B).
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Das Fehlersignal V e wird dann über den Widerstand 180 dem Antriebsimpuls-Wandler 46 zugeführt. Der Wandler 46 enthält einen Operationsverstärker 182, dessen einem Eingang das Signal V e zugeführt wird, und dessen anderem Eingang die Sägezahnspannung 84 (vgl. die Fig. 6A und 6C) von einem Oszillator 184 zugeführt wird.
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Die Antriebsimpulse des Verstärkers 182 werden von einer Zenerdiode 186 bezüglich des Pegels verschoben, wobei die Zenerdiode 186 über einen Widerstand 188 mit der Basis des Ausgangstransistors 192 und über einen Widerstand 190 mit der 0-V-Leitung 102 verbunden ist. Der Ausgangstransistor 192 liegt zwischen den beiden Speiseleitungen 100 und 102 in Serie mit der Spule 68 der Kraftsstoffzufuhr-Betätigungseinrichtung (vgl. Fig. 2).
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Es sei bemerkt, daß V m und V s &min; durch Änderungen in der Versorgungsspannung V c in gleicher Weise beeinflußt werden, und daß die Wirkung auf V e daher minimal ist.
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Das System ist mit Einrichtungen versehen, mittels derer sich der Fahrer über den Betrieb des Systems hinwegsetzen kann, sofern der Fahrer die Bremse oder die Kraftstoffzufuhr betätigen will. Eine derartige Verwendung von Bremse oder Gaspedal bewirkt, daß eine Leitung 194 mittels eines Einklingkreises (nicht dargestellt) an 0 V gelegt wird. Dadurch wird der Transistor 192 an der Stromleitung gehindert, wodurch die Zufuhr von Antriebsimpulsen zur Spule 68 der Kraftstoffzufuhr blockiert wird. Sofern der Fahrer das System wieder in den Betriebszustand zurückbringen will, betätigt er einen Schalter oder Knopf (nicht dargestellt), der den Einklingkreis löst und die Verbindung der Leitung 194 öffnet.
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Die Diode 196 schneidet die Spannungsspitzen ab, die beim Abschalten der Spule 68 erzeugt werden, wodurch der Transistor 192 geschützt wird.
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Wie in Fig. 1 dargestellt, läßt sich ein einstellbarer Potentialteiler 200 vorsehen, mittels dessen der Fahrer einen bestimmten Wert V m festsetzen kann, der einer gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht. Dies stellt eine Alternative zu derjenigen Art der Festlegung der Bezugsgeschwindigkeit dar, bei der das Fahrzeug mit der gewünschten Geschwindigkeit gefahren wird und dann das einsprechende Signal V s in den Speicher 36 eingegeben wird.
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Als Alternative zu dem die Geschwindigkeit abnehmenden Meßwandler 18 läßt sich die Fahrzeuggeschwindigkeit auch dadurch abfühlen, daß Impulse vom Zündkreis der Maschine 10 über eine wahlweise Verbindung 202 (Fig. 1) abgeleitet werden. Dies ist insbesondere bei Maschinen vorteilhaft, die mit Zündfunken arbeiten, und bei denen der Fahrzeugantrieb derart ausgestaltet ist, daß eine feste Beziehung zwischen Maschine und Fahrzeuggeschwindigkeit besteht. Normalerweise wird das System nur im höchsten Gang betrieben.
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Es sei bemerkt, daß bei dieser Betriebsart sich das System zur unmittelbaren Regelung der Fahrzeuggeschwindigkeit eignet. Ein derartiges, von der Geschwindigkeit der Maschine getriggertes System läßt sich ebenfalls in Fahrzeugen verwenden, die eine Fluidverbindung zwischen Maschine und den Straßenrändern besitzen, sofern die Charakteristik des Filters 38 verändert wird, was üblicherweise durch eine Erhöhung der Frequenz, bei der das Filter die Spitzenverstärkung besitzt, und außerdem bei Erhöhung der Spitzenamplitude geschieht. Diese Änderung der Filtercharakteristik stellt eine Kompensation dafür dar, daß es keine direkte Verbindung zwischen Maschine und Straßengeschwindigkeit gibt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform läßt sich das System auch dazu verwenden, um die Fahrzeuggeschwindigkeit auf ein gewünschtes Maximum zu begrenzen, anstatt die Fahrzeuggeschwindigkeit durch Regelung bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit zu halten. Bei dieser Ausführungsform bewegt das Fehlersignal V e , das erzeugt wird, wenn die Istgeschwindigkeit das vorgegebene Maximum überschreitet, die Betätigungseinrichtung für die Kraftstoffzufuhr unterhalb des Maximums gebracht ist.
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Sofern es erwünscht ist, kann der Spannungs/Antriebsimpuls-Wandler 46 so ausgebildet sein, daß die Antriebsimpulse anstelle einer konstanten Frequenz eine variable Frequenz besitzen. Dies läßt sich dadurch verwirklichen, daß die Frequenz der Sägezahnkurve 84 (Fig. 5C und 5E) z. B. in Abhängigkeit von der Größe des Signals V e geregelt wird. Eine derartige Ausbildungsform ermöglicht es, daß der Regelvorgang sich an bestimmte Erfordernisse anpassen läßt.
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Sofern erwünscht, kann der Impuls-Mittlerkreis 26 so ausgebildet sein, daß die Welligkeitsfrequenz nicht gleich der Impulsfrequenz ist, sondern in anderer Weise mit der Impulsfrequenz verknüpft ist, z. B. ein Vielfaches dieser Impulsfrequenz darstellt.
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Die in Fig. 2 dargestellte Betätigungseinrichtung für die Kraftstoffzufuhr stellt lediglich ein Beispiel einer geeigneten Ausbildungsform dar. Es läßt sich anstelle dieser dargestellten Ausführungsform auch jede beliebige andere Ausführungsform einer Kraftstoffzufuhr-Betätigungseinrichtung einsetzen. Zum Beispiel läßt sich eine mit Überdruck arbeitende Betätigungseinrichtung (anstelle der mit Unterdruck arbeitenden, in Fig. 2 dargestellten Einrichtung) oder eine mit hydraulischem Druck betreibbare Einrichtung verwenden. Als weitere Möglichkeit läßt sich ein Elektromotor hierfür einsetzen. Je nach der Art der Betätigungseinrichtung läßt sich das Fehlersignal V e auch direkt der Betätigungseinrichtung zuführen, anstatt zuerst in Antriebsimpulse umgewandelt zu werden.