DE102004040456B4

DE102004040456B4 - Beschleunigungsbasiertes Geschwindigkeitsregelungssystem

Info

Publication number: DE102004040456B4
Application number: DE102004040456.9A
Authority: DE
Inventors: Tameem K. Assaf; Joseph R. Dulzo; Onassis Matthews
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2015-07-16
Anticipated expiration: 2024-08-21
Also published as: US7069136B2; US20050065703A1; DE102004040456A1

Abstract

Geschwindigkeitsregelungssystem für Fahrzeuge, mit: einer Drosselklappe (16), einer Regelungseinheit (20), die einen Geschwindigkeitskompensationsfaktor (yopen) für offenen Regelkreis aus einer Nachschlagetabelle bestimmt, einen Geschwindigkeitskompensationsfaktor (yclosed) für geschlossenen Regelkreis berechnet, anhand des Geschwindigkeitskompensationsfaktors (yopen) für offenen Regelkreis und des Geschwindigkeitskompensationsfaktors (yclosed) für geschlossenen Regelkreis eine Drosselklappenöffnungsfläche (Athrottle, Aadjust) bestimmt und die Drosselklappe (16) anhand der Drosselklappenöffnungsfläche (Athrottle, Aadjust) betätigt, wobei der Geschwindigkeitskompensationsfaktor (yclosed) für geschlossenen Regelkreis auf einem Integralterm und auf einem Proportionalterm basiert, die durch die Regelungseinheit (20) berechnet werden und auf einem Fehler (u) basieren, wobei der Fehler (u) dann, wenn eine Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart eine ”Eingeschaltet-Betriebsart” ist, ein Geschwindigkeitsfehler (SERROR) ist, der die Differenz zwischen einer Fahrgeschwindigkeit (SVEH) und einer in einem Speicher gesetzten Geschwindigkeit (SMEM) ist, wenn die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart aus der Gruppe gewählt ist, die ”Beschleunigen-aus-eingeschaltet” und ”Schiebebetrieb” umfasst, eine Summe aus einem Geschwindigkeitsfehler (SERRSNAP), definiert als Geschwindigkeitsfehler (SERROR) am Übergangspunkt in diese Geschwindigkeitsregelungsbetriebsarten, und einem Beschleunigungsfehler (AERROR) ist, wobei der Beschleunigungsfehler (AERROR) die mit einem Zeitgeberkoeffizienten multiplizierte Differenz zwischen einer Ist-Beschleunigung und einer Soll-Beschleunigung ist, wenn die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart ein ”Wiederaufnehmen aus zu hoher Geschwindigkeit” ist, eine Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsfehler (SERRSNAP), definiert als Geschwindigkeitsfehler (SERROR) am Übergangspunkt in die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart ”Wiederaufnehmen-aus-zu-hoher-Geschwindigkeit”, und dem Beschleunigungsfehler (AERROR) ist, wenn die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart aus einer Gruppe gewählt ist, die ”Beschleunigen-aus-Bereitschaft-freigegeben” und ”Wiederaufnehmen” umfasst, gleich ...

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Fahrzeug-Geschwindigkeitsregelungssysteme und insbesondere ein beschleunigungsbasiertes Geschwindigkeitsregelungssystem.
Viele Fahrzeuge enthalten ein Geschwindigkeitsregelungssystem, das einem Fahrer ermöglicht, die Fahrgeschwindigkeit bei aktiviertem Geschwindigkeitsregelungssystem ohne Niederdrücken eines Fahrpedals zu steuern. Eine Regelungseinheit hält die Fahrgeschwindigkeit unter wechselnden Straßen- und Fahrzeugbedingungen aufrecht. Der Fahrer kann die Geschwindigkeitsregelung unter Verwendung von Ein/Aus-, Setzen/Schiebebetrieb- und Wiederaufnehmen/Beschleunigen-Schaltern sowie unter Verwendung eines Bremspedals und/oder eines Kupplungspedals beeinflussen.
Ursprünglich wurden Geschwindigkeitsregelungssysteme für Fahrzeuge unter Verwendung einer mechanischen Drosselklappensteuerung (MTC = Mechanical Throttle Control) entwickelt. Die MTC regelt die Drosselklappenbewegung über ein mechanisches Seil, das die Drosselklappe öffnet und/oder schließt. Die Bewegung der Drosselklappe ist zu der Fahrereingabe über das Fahrpedal proportional. Wenn das Geschwindigkeitsregelungssystem aktiviert ist, treibt ein Schrittmotor die mechanische Seilverbindung mit der Drosselklappe an. Der Schrittmotor umfasst eine elektronische Steuereinheit (ECU = Electronic Control Unit), die keine Daten von einer Regelungseinheit empfängt. Tatsächlich empfängt die MTC nur Eingaben von einem Getriebe-Fahrgeschwindigkeitssensor. Der Geschwindigkeitssensor ist jedoch für ein übermäßiges Rauschen empfindlich. Daher nutzen Geschwindigkeitsregelungssysteme einen einen Geschwindigkeitsfehler berücksichtigenden Lösungsansatz, bei dem die Fahrgeschwindigkeit mit einer Sollgeschwindigkeit verglichen wird.
Die Fortschritte in der Fahrzeugtechnologie umfassen weniger rauschempfindliche Fahrgeschwindigkeitssensoren und eine elektronische Drosselklappensteuerung (ETC = Electronic Throttle Control), die die MTC ersetzt. Das Aufkommen der ETC ermöglicht eine Abwandlung des Geschwindigkeitsregelungssystems auf der Grundlage von Regelungseinheit-Parametern, die früher bei Verwendung der Schrittmotor-Architektur nicht zugänglich waren. Statt der Entwicklung moderner Geschwindigkeitsregelungsalgorithmen sind jedoch bereits existierende Geschwindigkeitsregelungsalgorithmen angepasst worden, um die sich ändernden Leistungsanforderungen zu erfüllen.
Aus der EP 1 074 422 A2 sind ein System und ein Verfahren bekannt, bei denen ein Geschwindigkeitsregler auf herkömmliche Weise mittels eines Geschwindigkeitsfehlers betrieben wird und zusätzlich eine Begrenzung der maximalen Beschleunigung des Fahrzeugs in einem ”engine power limited mode” vorgesehen ist. Dabei wird eine Drosselklappenöffnungsfläche geeignet begrenzt, wenn eine momentane Beschleunigung oberhalb einer Beschleunigungsgrenze liegt, d. h. wenn ein Beschleunigungsfehler, der als Differenz der momentanen Beschleunigung und der Beschleunigungsgrenze definiert ist, kleiner als Null ist. Zur Steuerung der Drosselklappenöffnungsfläche ist die Verwendung eines offenen und eines geschlossenen Regelkreises vorgesehen.
Die GB 2 328 525 A beschreibt einen Geschwindigkeitsregler mit mehreren Betriebsarten und Übergängen zwischen diesen. Zur Verringerung der Komplexität ist jedoch eine Regelung unter Verwendung eines Soll-Drehmoments anstelle einer Drosselwinkelposition bzw. Drosselklappenöffnungsfläche vorgesehen. Ferner wird der Geschwindigkeitsregler entweder in einem Geschwindigkeitssteuerungsmodus, d. h. basierend auf einem Geschwindigkeitsfehler, oder in einem Beschleunigungssteuerungsmodus betrieben, d. h. basierend auf einem Beschleunigungsfehler. Dabei schließen sich der Geschwindigkeits- und der Beschleunigungssteuerungsmodus jedoch gegenseitig aus.
Weitere Systeme und Verfahren zur Regelung einer Fahrgeschwindigkeit sind in der DE 694 29 010 T2 , der US 6,349,700 B1 und der US 6,385,527 B1 beschrieben.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein System und ein Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung für Fahrzeuge zu schaffen, mit denen eine abrupte Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit vermieden werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Geschwindigkeitsregelungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen den Anspruchs 7.
Die Erfindung schafft ein Geschwindigkeitsregelungssystem für Fahrzeuge, das eine Drosseleinrichtung wie eine Drosselklappe und eine Regelungseinheit wie einen Controller enthält. Die Regelungseinheit bestimmt einen Geschwindigkeitskompensationsfaktor für offenen Regelkreis und berechnet einen Geschwindigkeitskompensationsfaktor für geschlossenen Regelkreis. Die Regelungseinheit bestimmt eine Drosselklappenöffnungsfläche auf der Grundlage des Geschwindigkeitskompensationsfaktors für offenen Regelkreis und des Geschwindigkeitskompensationsfaktors für geschlossenen Regelkreis und betätigt die Drosselklappe auf der Grundlage der Drosselklappenöffnungsfläche.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Regelungssystem ferner einen Drucksensor, der an die Regelungseinheit ein Drucksignal sendet. Die Regelungseinheit stellt die Drosselklappenöffnungsfläche anhand des Drucksignals ein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Geschwindigkeitsregelungssystem einen Krümmerluftdurchfluss-Sensor (MAF-Sensor = Manifold Air Flow Sensor), der ein MAF-Signal an die Regelungseinheit sendet, und einen Fahrgeschwindigkeitssensor, der ein Fahrgeschwindigkeitssignal an die Regelungseinheit sendet. Der Geschwindigkeitskompensationsfaktor für offenen Regelkreis basiert auf dem MAF-Signal und dem Fahrgeschwindigkeitssignal.
Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform bestimmt die Regelungseinheit, ob ein Freigabe-Merker gesetzt ist. Der Geschwindigkeitskompensationsfaktor für geschlossenen Regelkreis ist gleich einem früheren Geschwindigkeitskompensationsfaktor für geschlossenen Regelkreis, wenn der Freigabe-Merker nicht gesetzt ist.
Weitere Anwendungsgebiete der Erfindung werden anhand der folgenden genauen Beschreibung deutlich.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigen:
1 einen funktionalen Blockschaltplan eines Fahrzeugs mit einem Proportional-Integral-Geschwindigkeitsregelungssystem (PI-Geschwindigkeitsregelungssystem) gemäß der Erfindung;
2 einen Ablaufplan zur Erläuterung der Schritte, die durch die PI-Geschwindigkeitsregelung der Erfindung ausgeführt werden;
3 einen Ablaufplan zur Erläuterung der Schritte zum Berechnen eines Geschwindigkeitskompensationsfaktors für geschlossenen Regelkreis der PI-Geschwindigkeitsregelung;
4 einen Signallaufplan zur Erläuterung der Berechnung eines Integralterms des Geschwindigkeitskompensationsfaktors für geschlossenen Regelkreis; und
5 einen Ablaufplan zur Erläuterung der Berechnung eines Fehlers der PI-Geschwindigkeitsregelung.
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist lediglich beispielhaft und soll keinesfalls die Erfindung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen einschränken.
In 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 10 gezeigt. Das Fahrzeug 10 umfasst einen Motor 12, der ein Getriebe 14 antreibt, das für (nicht gezeigte) Räder bei ausgewählten Übersetzungsverhältnissen Antriebsleistung bereitstellt. Der Motor 12 enthält eine Drosselklappe 16, die die Luftdurchflussmenge in einen Einlasskrümmer 18 steuert. Die Luft wird in den Motor 12 durch die Drosselklappe 16 und den Einlasskrümmer 18 angesaugt und mit Kraftstoff vermischt. Das Luft-/Kraftstoffgemisch wird in (nicht gezeigten) Zylindern des Motors 12 verbrannt, um Antriebskraft zu erzeugen.
Das Fahrzeug 10 umfasst eine Regelungseinheit 20, die den Betrieb des Motors 12 auf der Grundlage des Proportional-Integral-Geschwindigkeitsregelungssystems (PI-Geschwindigkeitsregelungssystem) der Erfindung regelt. Die Regelungseinheit 20 empfängt Signale von einem Luftmassendurchflusssensor (MAF-Sensor) 22, einem Fahrgeschwindigkeitssensor 24, der dem Getriebe 14 zugeordnet ist, einem Krümmerabsolutdruck-Sensor (MAP-Sensor) 26 und einer Geschwindigkeitsregelungsschnittstelle 28. Die Geschwindigkeitsregelungsschnittstelle 28 enthält einen Ein/Aus-Schalter 30, einen Setzen/Schiebebetrieb-Schalter 32 und einen Wiederaufnehmen/Beschleunigen-Schalter 34. Die Schaltsignale sind entweder hoch oder tief. Wenn z. B. der Ein/Aus-Schalter 30 aus ist, ist sein Signal tief (d. h. ”0”), wenn er hingegen ein ist, ist sein Signal hoch (d. h. ”1”). Ebenso sind das Setzen/Schiebebetrieb-Signal und das Wiederaufnehmen/Beschleunigen-Signal normalerweise tief (d. h. ”0”) und dann, wenn der entsprechende Schalter gedrückt ist, hoch (d. h. ”1”).
Der Ein/Aus-Schalter 30 ermöglicht einem Fahrer, das Geschwindigkeitsregelungssystem ein- oder auszuschalten. Der Setzen/Schiebebetrieb-Schalter 32 ermöglicht dem Fahrer, in einem Speicher eine Fahrgeschwindigkeit (S_MEM) zu setzen oder im Schiebebetrieb zu fahren, wenn das Geschwindigkeitsregelungssystem eingeschaltet ist. Durch Antippen des Setzen/Schiebebetrieb-Schalters 32 setzt der Fahrer S_MEM auf die momentane Fahrgeschwindigkeit. Durch Halten des Setzen/Schiebebetrieb-Schalters 32 im gedrückten Zustand fährt das Fahrzeug im Schiebebetrieb. Der Wiederaufnehmen/Beschleunigen-Schalter 34 ermöglicht einem Fahrer, S_MEM von einer anderen Geschwindigkeit wiederaufzunehmen oder die Fahrgeschwindigkeit ausgehend von S_MEM zu erhöhen, wenn die Geschwindigkeitsregelung aktiviert ist. Falls beispielsweise das Fahrzeug 10 mit aktivierter Geschwindigkeitsregelung fährt und der Fahrer bremst, ermöglicht die Wiederaufnahmefunktion, dass der Fahrer die Geschwindigkeitsregelung wiederaufnehmen kann, indem das Fahrzeug automatisch wieder auf S_MEM beschleunigt wird. Falls das Fahrzeug 10 mit geregelter Geschwindigkeit fährt, um S_MEM aufrechtzuerhalten, kann der Fahrer den Wiederaufnehmen/Beschleunigen-Schalter 34 niedergedrückt halten, um das Fahrzeug ausgehend von S_MEM zu beschleunigen. Außerdem kann der Fahrer den Wiederaufnehmen/Beschleunigen-Schalter 34 antippen, um S_MEM jeweils um eine Meile pro Stunde zu erhöhen, oder er kann den Setzen/Schiebebetrieb-Schalter 32 antippen, um S_MEM jeweils um eine Meile pro Stunde zu erniedrigen.
Das Geschwindigkeitsregelungssystem arbeitet in elf verschiedenen Betriebsarten, die umfassen: gesperrt, Bereitschaft-gesperrt, Bereitschaft freigegeben, eingeschaltet, Wiederaufnehmen, Wiederaufnehmen aus zu hoher Geschwindigkeit, Beschleunigen-aus-eingeschaltet, Beschleunigen-aus-Bereitschaftfreigegeben, Schiebebetrieb, Antippen-nach-oben und Antippen-nach-unten. Wiederaufnehmen, Wiederaufnehmen aus zu hoher Geschwindigkeit, Beschleunigen-aus-eingeschaltet, Beschleunigen-aus-Bereitschaft-freigegeben, Schiebebetrieb, Antippen-nach-oben und Antippen-nach-unten sind Übergangsbetriebsarten.
In der gesperrten Betriebsart ist der Ein/Aus-Schalter 30 in der Aus-Stellung, so dass die Geschwindigkeitsregelung nicht in Betrieb ist und S_MEM gelöscht ist. In der Bereitschaft-gesperrt-Betriebsart verlässt die Geschwindigkeitsregelung die gesperrte Betriebsart, wenn der Ein/Aus-Schalter 30 in der Ein-Stellung ist und das Bremsen-vor-Geschwindigkeitsregelung-Sicherheitsmerkmal erfüllt ist. Das Bremsen-vor-Geschwindigkeitsregelung-Sicherheitsmerkmal stellt sicher, dass Bremseingaben in die PI-Regelung richtig eingelesen werden. In der Bereitschaftfreigegeben-Betriebsart ist der Ein/Aus-Schalter 30 in der Ein-Stellung, und die Setzen/Schiebebetrieb- sowie Wiederaufnehmen/Beschleunigen-Signale sind null.
Die Geschwindigkeitsregelung geht bei der Abstiegsflanke eines Setzen/Schiebebetrieb-Signals aus der Bereitschaft-freigegeben-Betriebsart in die Eingeschaltet-Betriebsart über. Mit anderen Worten, die Geschwindigkeitsregelung tritt in die Eingeschaltet-Betriebsart aus irgendeiner Übergangsbetriebsart (d. h. Wiederaufnehmen, Wiederaufnehmen aus zu hoher Geschwindigkeit, Beschleunigen-aus-eingeschaltet, Beschleunigen-aus-Bereitschaft-freigegeben, Schiebebetrieb, Antippen-nach-oben oder Antippen-nach-unten) an der Abstiegsflanke der Setzen/Schiebebetrieb- oder Wiederaufnehmen/Beschleunigen-Signale ein. In der Eingeschaltet-Betriebsart hält die PI-Regelung S_VEH auf S_MEM. Beim Eintritt in die Eingeschaltet-Betriebsart aus den Betriebsarten Bereitschaft-freigegeben, Beschleunigen-aus-eingeschaltet, Schiebebetrieb oder Beschleunigen-aus-Bereitschaft-freigegeben wird S_MEM gleich S_VEH gesetzt.
In der Wiederaufnehmen-Betriebsart nimmt die PI-Regelung die letzte S_MEM wieder auf (d. h. beschleunigt auf S_MEM). Aus der Beschleunigen-Betriebsart oder aus der Bereitschaft-freigegeben-Betriebsart wird in die Wiederaufnehmen-Betriebsart eingetreten, falls ein Zeitgeber einen kleineren Wert als eine Wiederaufnehmen-nach-Beschleunigen-Übergangszeit (T_RESACC) hat und falls S_VEH kleiner als S_MEM ist (d. h. in einem Zustand mit zu niedriger Geschwindigkeit). Aus der Betriebsart des Wiederaufnehmens aus zu hoher Geschwindigkeit wird in die Wiederaufnehmen-Betriebsart eingetreten, falls der Zeitgeber einen Wert hat, der größer oder gleich T_RESACC ist und die Abstiegsflanke des Wiederaufnehmen/Beschleunigen-Signals auftritt. Alternativ wird in die Wiederaufnehmen-Betriebsart aus der Betriebsart des Wiederaufnehmens aus zu hoher Geschwindigkeit eingetreten, falls der Zeitgeber einen Wert hat, der kleiner als T_RESACC ist, die Abstiegsflanke des Wiederaufnehmen/Beschleunigen-Signals auftritt und S_VEH kleiner als S_MEM ist.
In der Betriebsart des Wiederaufnehmens aus zu hoher Geschwindigkeit verzögert die PI-Regelung das Fahrzeug auf die letzte S_MEM. In die Betriebsart des Wiederaufnehmens aus zu hoher Geschwindigkeit wird aus der Bereitschaftfreigegeben-Betriebsart bei der Abstiegsflanke des Wiederaufnehmen/Beschleunigen-Signals eingetreten, falls S_ERROR größer ist als ein maximal zulässiger Fehler (E_MAX), damit die Geschwindigkeitsregelung aus der Bereitschaftfreigegeben-Betriebsart in die Beschleunigungsbetriebsart eintritt.
In die Beschleunigen-aus-eingeschaltet-Betriebsart wird eingetreten, wenn der Wiederaufnehmen/Beschleunigen-Schalter gedrückt wird und ein Zeitgeberwert größer ist als ein Antippen-nach-Beschleunigen-Übergangszeitschwellenwert (T_TAPUPTRANS). In der Beschleunigen-aus-eingeschaltet-Betriebsart beschleunigt die PI-Regelung das Fahrzeug, bis der Wiederaufnehmen/Beschleunigen-Schalter 34 losgelassen wird. Die Beschleunigen-aus-eingeschaltet-Betriebsart hat keine Auswirkung auf S_MEM.
In der Beschleunigen-aus-Bereitschaft-freigegeben-Betriebsart bleibt die PI-Regelung in dieser Betriebsart, bis der Wiederaufnehmen/Beschleunigen-Schalter 34 losgelassen wird. Sobald der Wiederaufnehmen/Beschleunigen-Schalter 34 losgelassen wird, tritt die PI-Regelung in die Wiederaufnehmen-Betriebsart ein und beschleunigt das Fahrzeug, bis S_MEM erreicht ist. In die Beschleunigen-aus-Bereitschaft-freigegeben-Betriebsart wird bei der Anstiegsflanke des Wiederaufnehmen/Beschleunigen-Schalter-Signals eingetreten, falls S_ERROR kleiner als ein maximaler Fehler (S_ERRORMAX) ist. Die Beschleunigen-aus-Bereitschaft-freigegeben-Betriebsart hat keine Auswirkung auf S_MEM.
In die Schiebebetriebsart wird aus der Wiederaufnehmen-Betriebsart bei der Abstiegsflanke des Setzen/Schiebebetrieb-Schalter-Signals eingetreten. In die Schiebebetriebsart wird aus der Antippen-nach-unten-Betriebsart eingetreten, falls das Setzen/Schiebebetrieb-Signal hoch ist und ein Zeitgeberwert größer ist als ein Antippen-nach-Schiebebetrieb-Übergangszeitschwellenwert (T_TAPDWNCST). In der Schiebebetriebsart ist die Drosselklappenöffnungsfläche verringert und das Fahrzeug wird verzögert, bis der Setzen/Schiebebetrieb-Schalter losgelassen wird. Die Schiebebetriebsart hat keine Auswirkung auf S_MEM.
Die Antippen-nach-oben-Betriebsart erhöht die Fahrgeschwindigkeit um eine Meile pro Stunde (mph). In die Antippen-nach-oben-Betriebsart wird aus einer der Betriebsarten Wiederaufnehmen aus zu hoher Geschwindigkeit, Antippen-nach-unten, Beschleunigen-aus-eingeschaltet, Antippen-nach-oben, eingeschaltet oder Schiebebetrieb eingetreten, falls die Anstiegsflanke des Wiederaufnehmen/Beschleunigen-Schalter-Signals auftritt. Die PI-Regelung inkrementiert auch S_MEM um eine mph. Umgekehrt senkt die Antippen-nach-unten-Betriebsart die Fahrgeschwindigkeit um eine Meile pro Stunde (mph). In die Antippen-nach-unten-Betriebsart wird aus einer der folgenden Betriebsarten: Antippen-nach-unten, Antippen-nach-oben, eingeschaltet, Beschleunigen-aus-eingeschaltet oder Beschleunigen-aus-Bereitschaft-freigegeben eingetreten, falls die Anstiegsflanke des Setzen/Schiebebetrieb-Schalter-Signals auftritt. Die PI-Regelung dekrementiert auch S_MEM um eine mph. Die Antippen-nach-oben- und Antippen-nach-unten-Betriebsarten treten in Inkrementen von einer Sekunde auf. Nach Ablauf einer Sekunde seit dem Antippen des entsprechenden Schalters springt die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart mit S_MEM ±1 mph zurück in die Eingeschaltet-Betriebsart.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die PI-Geschwindigkeitsregelung der Erfindung eine Komponente mit offenen Regelkreis und eine Komponente mit geschlossenem Regelkreis. Im Schritt 200 bestimmt die Regelung, ob bestimmte Freigaben erfüllt sind (d. h. ob das Fahrzeug in einer Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart fährt), wie später im Einzelnen beschrieben wird. Wenn dies zutrifft, geht die Regelung weiter zum Schritt 202. Andernfalls endet die Regelung. Im Schritt 202 bestimmt die Regelung die Komponente (y_open) für offenen Regelkreis. y_open wird aus einer Nachschlagtabelle anhand der Fahrgeschwindigkeit und des MAF-Signals bestimmt und kompensiert Verstärkungsfaktorschwankungen der Geschwindigkeit. Im Schritt 204 berechnet die Regelung die Komponente (y_closed) für geschlossenen Regelkreis. y_closed enthält einen Proportionalterm und eine Integralterm, wie später im Einzelnen beschrieben wird.
Im Schritt 206 wird eine Drosselklappenöffnungsfläche (A_throttle) anhand y_open und y_closed bestimmt. Genauer wird eine Differenz zwischen y_open und y_closed bestimmt. A_throttle wird anhand dieser Differenz aus einer Nachschlagtabelle bestimmt. Im Schritt 208 wird A_throttle durch einen barometrischen Kompensationsfaktor (C_barom) eingestellt, um eine eingestellte Drosselklappenöffnungsfläche (A_adjust) zu bestimmen. C_barom wird durch die Regelungseinheit 20 anhand des Drucksignals vom MAP-Sensor 26 bestimmt. Im Schritt 210 betätigt die Regelungseinheit 20 die Drosselklappe anhand von A_adjust.
Nun wird mit Bezug auf 3 die Berechnung von y_closed im Einzelnen beschrieben. Im Schritt 300 bestimmt die Regelung einen Proportionalkoeffizienten (K_p) aus einer Nachschlagtabelle anhand von S_VEH und MAF. Im Schritt 302 bestimmt die Regelung anhand der Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart des Fahrzeugs, in der das Fahrzeug momentan fährt, einen Integralkoeffizienten (K_i). Genauer ist K_i ein Kalibrierungsfaktor, der durch einen Kalibrierungsingenieur für die bestimmte Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart im Voraus programmiert worden ist. K_i wird so kalibriert, dass für das bestimmte Fahrzeug ein gewünschtes Fahrgefühl geschaffen wird. Im Schritt 304 bestimmt die Regelung einen Fehlereingang (u) anhand der Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart. Die Bestimmungs von u wird weiter unten mit Bezug auf 5 genauer beschrieben.
Im Schritt 306 berechnet die Regelung den Proportionalterm als Produkt aus K_p und u. Im Schritt 308 berechnet die Regelung den Integralterm. Die Berechnung des Integralterms wird später mit Bezug auf 4 genauer beschrieben. Die Regelung bestimmt im Schritt 310, ob bestimmte Freigaben erfüllt sind. Wenn dies zutrifft, wird die Regelung im Schritt 312 fortgesetzt. Andernfalls wird die Regelung im Schritt 314 fortgesetzt. Um festzustellen, ob die Freigaben erfüllt sind, prüft die Regelung die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart, die Drosselklappen-Steuerquelle und den Wert von u. Damit die Freigaben erfüllt sind, muss die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart in einer der aktiven Betriebsarten (d. h. Schiebebetrieb, Beschleunigen-aus-eingeschaltet, Beschleunigen-aus-Bereitschaft, Wiederaufnehmen, eingeschaltet, Antippen-nach-oben, Antippen-nach-unten und Wiederaufnehmen aus zu hoher Geschwindigkeit) sein. Weiterhin muss die Drosselklappen-Steuerquelle eine der Folgenden sein: Geschwindigkeitsregelung, Schiebebetrieb oder Pedal. Die Drosselklappen-Steuerquelle ist ein Parameter einer elektronischen Drosselklappensteuerung (ETC = Electronic Throttle Control), der darauf bezogen ist, welche Quelle die Drosselklappenstellung steuert.
Falls die Drosselklappen-Steuerquelle entweder das Pedal oder der Schiebebetrieb ist, muss u kleiner als null sein, damit die Freigaben erfüllt sind. Dadurch wird ein ”Hochschrauben” des Integralterms verhindert. Das Hochschrauben wird beobachtet, wenn der Integralterm fortgesetzt einen immer kleineren Wert von A_throttle anfordert, obwohl die Drosselklappen-Steuerquelle nicht die Geschwindigkeitsregelung ist. Falls die Drosselklappen-Steuerquelle wieder zur Geschwindigkeitsregelung übergeht, würde die Drosselklappe zunächst in den geschlossenen Zustand schnappen. Genauer, falls u positiv ist, nimmt A_throttle ab, während dann, wenn u negativ ist, A_throttle zunimmt. Indem daher verhindert wird, dass der Integralterm den Wert von A_throttle verringert, wenn die Drosselklappen-Steuerquelle das Pedal oder der Schiebebetrieb ist, wird eine steile Abwärtsrampe beim Übergang in die Geschwindigkeitsregelung verhindert.
Im Schritt 312 berechnet die Regelung y_closed anhand des Proportionalterms und des Integralterms und kehrt zum Schritt 300 zurück. Genauer summiert die Regelung den Proportionalterm und den Integralterm. Unter der Annahme, dass die Freigaben nicht erfüllt sind, setzt die Regelung jedoch y_closed auf den im Schritt 314 berechneten jüngsten (d. h. vorhergehenden) Wert. Unabhängig von der Weise, in der y_closed bestimmt wird, wird y_closed dazu verwendet, A_throttle zu bestimmen, wie oben genauer beschrieben worden ist.
In 4 veranschaulicht ein Signallaufdiagramm die Berechnung des Integralterms. Die Eingänge umfassen u, K_i und eine Abtastrate dT, die bei 400, 402 bzw. 404 bezeichnet sind. Eine beispielhafte Abtastrate beträgt 12,5 Millisekunden. Ein Multiplizierer 406 bestimmt das Produkt aus den Eingängen. Der Ausgang des Multiplizierers 406 wird an einen Summierer 408 geschickt. Der Summierer 408 addiert den Multipliziererausgang mit einem vorher bestimmten Integralterm, der durch eine Einheitsverzögerung 410 bereitgestellt wird. Eine Bedingungsschaltung 412 stellt fest, ob ein Zurücksetzen vorliegt. Das Zurücksetzen liegt vor, wenn die Freigaben nicht erfüllt sind. Falls das Zurücksetzen vorliegt (d. h. falls die Freigaben nicht erfüllt sind), ist der Ausgang der Bedingungsschaltung ein im Voraus definierter Anfangswert. Ein beispielhafter Anfangswert ist null. Falls das Zurücksetzen nicht vorliegt (d. h. falls die Freigaben erfüllt sind), ist der Ausgang der Bedingungsschaltung der Ausgang des Summierers 408. Ein Begrenzer 414 begrenzt den Ausgang der Bedingungsschaltung zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert, um den Integralterm bereitzustellen.
Nun wird mit Bezug auf 5 die Bestimmung von u im Einzelnen beschrieben. Wie oben kurz erläutert worden ist, basiert u auf der bestimmten Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart. Im Schritt 500 stellt die Regelung fest, ob die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart eingeschaltet ist. Wenn dies der Fall ist, geht die Regelung weiter zum Schritt 502. Andernfalls geht die Regelung weiter zum Schritt 504. Im Schritt 502 wird u als Differenz zwischen S_VEH und S_MEM berechnet.
Im Schritt 504 stellt die Regelung fest, ob die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart eine der Folgenden ist: Beschleunigen-aus-eingeschaltet, Wiederaufnehmen aus zu hoher Geschwindigkeit oder Schiebebetrieb. Falls die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart eine dieser drei Betriebsarten ist, geht die Regelung weiter zum Schritt 506. Andernfalls geht die Regelung weiter zum Schritt 512. Im Schritt 506 stellt die Regelung fest, ob die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart das Wiederaufnehmen aus zu hoher Geschwindigkeit ist. Wenn dies zutrifft, geht die Regelung weiter zum Schritt 508. Andernfalls geht die Regelung weiter zum Schritt 510.
Im Schritt 508 wird u als Differenz zwischen einem Schnappschuss des Geschwindigkeitsfehlers (S_ERRSNAP) und einem Beschleunigungsfehler (A_ERROR) bestimmt. S_ERRSNAP wird als Differenz zwischen S_VEH und S_MEM am Übergangspunkt in die Betriebsart des Wiederaufnehmens aus zu hoher Geschwindigkeit (d. h. an der Signalflanke, bei der dieses von tief nach hoch übergeht) bestimmt. A_ERROR ist die Differenz zwischen einer Ist-Beschleunigung und einer Soll-Beschleunigung, multipliziert mit einem Zeitgeberkoeffizienten. Die Ist-Beschleunigung wird als Differenz zwischen S_VEH und einem verzögerten Fahrgeschwindigkeit-Abtastwert (S_DELAY) bestimmt. Eine beispielhafte Verzögerungszeit ist 100 Millisekunden, die Verzögerungszeit kann jedoch wie gewünscht variieren. Die Soll-Beschleunigung ist ein kalibrierter Wert, der anhand der besonderen Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart bestimmt wird. Die Soll-Beschleunigung wird durch einen Kalibrierungsingenieur für die besondere Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart im Voraus programmiert und kalibriert, um ein gewünschtes Fahrgefühl für das bestimmte Fahrzeug zu schaffen. Der Abwärtszähl-Zeitgeberkoeffizient bestimmt, wie lange A_ERROR für die bestimmte Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart berücksichtigt werden sollte.
Im Schritt 510 wird u als Summe aus dem Geschwindigkeitsfehler-Schnappschuss (S_ERRSNAP) und dem Beschleunigungsfehler (A_ERROR) bestimmt. In diesem Fall wird jedoch S_ERRSNAP als Differenz zwischen S_VEH und S_MEM am Übergangspunkt entweder in die Beschleunigen-aus-eingeschaltet-Betriebsart oder in die Schiebebetriebsart (d. h. an der Signalflanke, bei der dieses von tief nach hoch übergeht) bestimmt. A_ERROR wird wie unmittelbar vorher beschrieben bestimmt.
Im Schritt 512 stellt die Regelung fest, ob die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart Beschleunigen-aus-Bereitschaft-freigegeben oder Wiederaufnehmen ist. Falls die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart eine von beiden Betriebsarten ist, geht die Regelung weiter zum Schritt 514. Falls die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart keine von beiden ist, geht sie weiter zum Schritt 516. Im Schritt 514 setzt die Regelung u gleich dem Wert von A_ERROR, der weiter oben beschrieben bestimmt worden ist.
Im Schritt 516 stellt die Regelung fest, ob die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart die Antippen-nach-oben- oder die Antippen-nach-unten-Betriebsart ist. Falls die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart eine von beiden ist, geht sie weiter zum Schritt 518. Falls sie keine von beiden ist, endet sie. Im Schritt 518 wird u als die Summe aus S_ERROR (S_VEH – S_MEM) und aus einem zeitabhängigen Beschleunigungsfehler (A_ERRTIMED) berechnet. A_ERRTIMED wird durch Setzen des Abwärtszähl-Zeitgeberkoeffizienten in der Weise, dass A_ERROR nur für eine Sekunde berücksichtigt wird, bestimmt. Genauer ist der Anfangswert des Abwärtszähl-Zeitgebers gleich 1, dividiert durch eine Antipprate (R_TAP), die über einen Zeitschlitz von 100 ms berechnet wird, multipliziert mit 10. Dies ergibt R_TAP über eine Zeitspanne von einer Sekunde. Im Ergebnis gibt der Abwärtszähl-Zeitgeber eine 0 aus, nachdem der Anfangswert für 1 Sekunde abgenommen hat. Solange der Abwärtszähl-Zeitgeber größer als 0 ist, ist sein Ausgang gleich 1.
Insgesamt bestimmt die PI-Regelung der Erfindung y_open und y_closed. A_throttle basiert auf der Differenz zwischen y_open und y_closed. y_open wird aus einer Nachschlagtabelle bestimmt, während y_closed auf einem Proportionalterm und einem Integralterm basiert. Der Proportionalterm und der Integralterm basieren auf u. u basiert seinerseits auf der bestimmten Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart und berücksichtigt Fehler in der Fahrzeugbeschleunigung. Der Proportionalterm wird als Produkt aus K_p und u berechnet. Der Integralterm wird als Produkt aus u, K_i und dT berechnet und mit einem vorher bestimmten Integralterm summiert. Falls die Freigaben jedoch nicht erfüllt sind, wird ein Zurücksetzen angezeigt und der Integralterm wird auf den Anfangswert gesetzt. Ferner wird der Wert des Integralterms auf einen Bereich von einem Maximalwert bis zu einem Minimalwert eingeschränkt.
Zusammengefasst betrifft die Erfindung ein Geschwindigkeitsregelungssystem für Fahrzeuge, das eine Drosselklappe und eine Regelungseinheit umfasst. Die Regelungseinheit bestimmt einen Geschwindigkeitskompensationsfaktor für offenen Regelkreis und berechnet einen Geschwindigkeitskompensationsfaktor für geschlossenen Regelkreis. Die Regelungseinheit bestimmt eine Drosselklappenöffnungsfläche anhand des Geschwindigkeitskompensationsfaktors für offenen Regelkreis und des Geschwindigkeitskompensationsfaktors für geschlossenen Regelkreis und betätigt die Drosselklappe auf der Grundlage der Drosselklappenöffnungsfläche.

Claims

Geschwindigkeitsregelungssystem für Fahrzeuge, mit: einer Drosselklappe (16), einer Regelungseinheit (20), die einen Geschwindigkeitskompensationsfaktor (y_open) für offenen Regelkreis aus einer Nachschlagetabelle bestimmt, einen Geschwindigkeitskompensationsfaktor (y_closed) für geschlossenen Regelkreis berechnet, anhand des Geschwindigkeitskompensationsfaktors (y_open) für offenen Regelkreis und des Geschwindigkeitskompensationsfaktors (y_closed) für geschlossenen Regelkreis eine Drosselklappenöffnungsfläche (A_throttle, A_adjust) bestimmt und die Drosselklappe (16) anhand der Drosselklappenöffnungsfläche (A_throttle, A_adjust) betätigt, wobei der Geschwindigkeitskompensationsfaktor (y_closed) für geschlossenen Regelkreis auf einem Integralterm und auf einem Proportionalterm basiert, die durch die Regelungseinheit (20) berechnet werden und auf einem Fehler (u) basieren, wobei der Fehler (u) dann, wenn eine Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart eine ”Eingeschaltet-Betriebsart” ist, ein Geschwindigkeitsfehler (S_ERROR) ist, der die Differenz zwischen einer Fahrgeschwindigkeit (S_VEH) und einer in einem Speicher gesetzten Geschwindigkeit (S_MEM) ist, wenn die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart aus der Gruppe gewählt ist, die ”Beschleunigen-aus-eingeschaltet” und ”Schiebebetrieb” umfasst, eine Summe aus einem Geschwindigkeitsfehler (S_ERRSNAP), definiert als Geschwindigkeitsfehler (S_ERROR) am Übergangspunkt in diese Geschwindigkeitsregelungsbetriebsarten, und einem Beschleunigungsfehler (A_ERROR) ist, wobei der Beschleunigungsfehler (A_ERROR) die mit einem Zeitgeberkoeffizienten multiplizierte Differenz zwischen einer Ist-Beschleunigung und einer Soll-Beschleunigung ist, wenn die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart ein ”Wiederaufnehmen aus zu hoher Geschwindigkeit” ist, eine Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsfehler (S_ERRSNAP), definiert als Geschwindigkeitsfehler (S_ERROR) am Übergangspunkt in die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart ”Wiederaufnehmen-aus-zu-hoher-Geschwindigkeit”, und dem Beschleunigungsfehler (A_ERROR) ist, wenn die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart aus einer Gruppe gewählt ist, die ”Beschleunigen-aus-Bereitschaft-freigegeben” und ”Wiederaufnehmen” umfasst, gleich dem Beschleunigungsfehler (A_ERROR) ist, und dann, wenn die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart aus einer Gruppe gewählt ist, die ”Antippen-nach-oben” und ”Antippen-nach-unten” umfasst, gleich einer Summe aus dem Geschwindigkeitsfehler (S_ERROR) und einem zeitabhängigen Beschleunigungsfehler (A_ERRTIMED) ist.
Geschwindigkeitsregelungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Krümmerabsolutdruck-Sensor (MAP-Sensor) (26), der an die Regelungseinheit (20) ein Drucksignal schickt, wobei die Regelungseinheit (20) die Drosselklappenöffnungsfläche (A_adjust) anhand des Drucksignals einstellt.
Geschwindigkeitsregelungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Krümmerluftdurchflussmengen-Sensor (MAF-Sensor) (22), der an die Regelungseinheit (20) ein MAF-Signal sendet; und einen Fahrgeschwindigkeitssensor (24), der an die Regelungseinheit (20) ein Fahrgeschwindigkeitssignal sendet, wobei der Geschwindigkeitskompensationsfaktor (y_open) für offenen Regelkreis auf dem MAF-Signal und dem Fahrgeschwindigkeitssignal basiert.
Geschwindigkeitsregelungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Proportionalterm auf einem Proportionalkoeffizienten (K_p) und dem Fehler (u) basiert.
Geschwindigkeitsregelungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Proportionalkoeffizient (K_p) anhand eines Fahrgeschwindigkeitssignals und eines Krümmerluftdurchflussmengen-Signals (MAF-Signal) aus einer Nachschlagtabelle bestimmt wird.
Geschwindigkeitsregelungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (20) feststellt, ob ein Freigabe-Merker gesetzt ist, wobei der Geschwindigkeitskompensationsfaktor (y_closed) für geschlossenen Regelkreis gleich einem früheren Geschwindigkeitskompensationsfaktor (y_closed) für geschlossenen Regelkreis ist, wenn der Freigabe-Merker nicht gesetzt ist.
Verfahren zum Regeln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs unter Verwendung eines Geschwindigkeitsregelungssystems, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen eines Beschleunigungsfehlers (A_ERROR) als die mit einem Zeitgeberkoeffizienten multiplizierte Differenz zwischen einer Ist-Beschleunigung und einer Soll-Beschleunigung und eines Geschwindigkeitsfehlers (S_ERROR) als Differenz zwischen einer Fahrgeschwindigkeit (S_VEH) und einer in einem Speicher gesetzten Geschwindigkeit (S_MEM) des Fahrzeugs, wenn eine Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart aktiviert ist; Bestimmen eines Geschwindigkeitskompensationsfaktors (y_open) für offenen Regelkreis aus einer Nachschlagetabelle anhand der Fahrgeschwindigkeit (S_VEH) und einer Krümmerluftdurchflussmenge; Berechnen eines Geschwindigkeitskompensationsfaktors (y_closed) für geschlossenen Regelkreis basierend auf einem Integralterm und auf einem Proportionalterm, die durch die Regelungseinheit (20) berechnet werden und auf einem Fehler (u) basieren; wobei der Fehler (u) dann, wenn die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart eine ”Eingeschaltet-Betriebsart” ist, der Geschwindigkeitsfehler (S_ERROR) ist, wenn die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart aus der Gruppe gewählt ist, die ”Beschleunigen-aus-eingeschaltet” und ”Schiebebetrieb” umfasst, eine Summe aus einem Geschwindigkeitsfehler (S_ERRSNAP), definiert als Geschwindigkeitsfehler (S_ERROR) am Übergangspunkt in diese Geschwindigkeitsregelungsbetriebsarten, und dem Beschleunigungsfehler (A_ERROR) ist, wenn die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart ein ”Wiederaufnehmen aus zu hoher Geschwindigkeit” ist, eine Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsfehler (S_ERRSNAP), definiert als Geschwindigkeitsfehler (S_ERROR) am Übergangspunkt in die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart ”Wiederaufnehmen-aus-zu-hoher-Geschwindigkeit”, und dem Beschleunigungsfehler (A_ERROR) ist, wenn die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart aus einer Gruppe gewählt ist, die ”Beschleunigen-aus-Bereitschaft-freigegeben” und ”Wiederaufnehmen” umfasst, gleich dem Beschleunigungsfehler (A_ERROR) ist, und dann, wenn die Geschwindigkeitsregelungsbetriebsart aus einer Gruppe gewählt ist, die ”Antippen-nach-oben” und ”Antippen-nach-unten” umfasst, gleich einer Summe aus dem Geschwindigkeitsfehler (S_ERROR) und einem zeitabhängigen Beschleunigungsfehler (A_ERRTIMED) ist; Bestimmen einer Drosselklappenöffnungsfläche (A_throttle, A_adjust) anhand des Geschwindigkeitskompensationsfaktors (y_closed) für geschlossenen Regelkreis und des Geschwindigkeitskompensationsfaktors (y_open) für offenen Regelkreis; und Betätigen einer Drosselklappe (16) anhand der Drosselklappenöffnungsfläche (A_throttle, A_adjust).
Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch den Schritt des Einstellens der Drosselklappenöffnungsfläche (A_adjust) anhand des barometrischen Drucks.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Proportionalterm auf einem Proportionalkoeffizienten (K_p) und dem Fehler (u) basiert.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Proportionalkoeffizient (K_p) anhand der Fahrgeschwindigkeit (S_VEH) und der Krümmerluftdurchflussmenge aus einer Nachschlagtabelle bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch den Schritt, bei dem festgestellt wird, ob ein Freigabe-Merker gesetzt ist, wobei der Geschwindigkeitskompensationsfaktor (y_closed) für geschlossenen Regelkreis gleich einem früheren Geschwindigkeitskompensationsfaktor (y_closed) für geschlossenen Regelkreis ist, wenn der Freigabe-Merker nicht gesetzt ist.