DE102004051004B3 - Längsdynamiksteuersystem in Kraftfahrzeugen - Google Patents

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Abstract

Bei einem erfindungsgemäßen Längsdynamiksteuersystem in Kraftfahrzeugen, durch die, ausgehend von einer Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit, eine neue Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt werden soll, ist ein Funktionsmodul vorgesehen, durch das ein zum Erreichen der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit vorgegebener Soll-Radmomentenverlauf ermittelt wird, der zumindest in einem Hauptabschnitt proportional zum Kehrwert der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgegeben wird und der an mögliche Stellsysteme zur Umsetzung des Soll-Radmomentenverlaufs ausgegeben wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Längsdynamiksteuersystem in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der DE 102 21 341 A1 ist ein Längsdynamiksystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, welches in Abhängigkeit von der vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit ein Sollmoment erzeugt. Dieses Sollmoment wird in Abhängigkeit von erfassten Betriebsparametern begrenzt. Aus der DE 100 55 868 A1 ist ein Längsdynamiksystem für Kraftfahrzeuge bekannt, welches in Abhängigkeit von der Differenz aus Ist- und Sollgeschwindigkeit ein Sollmoment zum Erreichen der Sollgeschwindigkeit bestimmt. Aus der DE 101 43 735 C1 ist ein Längsdynamiksystem für Kraftfahrzeuge bekannt, welches in Abhängigkeit von verschiedenen Beschleunigungsmustern eine gewünschte Sollgeschwindigkeit einstellt. Aus der DE 101 17 162 A1 ist eine Getriebeeinheit zur Gangwechselsteuerung bekannt, die die Sollvorgabe einer Längsdynamiksteuerung an das Antriebssystem anpasst.
  • Bei Kraftfahrzeugen mit Fahrerassistenzsystemen insbesondere zur Längsdynamiksteuerung, durch die eine vorgegebene Geschwindigkeit bzw. ein vorgegebener Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug konstant zu halten ist, sind bereits Verfahren bekannt, durch die ein Antriebssystem und/oder ein Radbremssystem zum Erreichen eine Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit angesteuert werden. Diese Ansteuerung erfolgt vermehrt über die Ausgabe eines Soll-Radmoments (bzw. eines Soll-Summenradmoments oder einer Zugkraft). Zum technischen Hintergrund hinsichtlich einer möglichen Umsetzung von einem Soll-Radmoment (bzw. einem Zugkraftwunsch), das beispielsweise von einem Fahrerassistenzsystem als Anforderung an ein Antriebssystem ausgegeben werden kann, wird auf die DE 101 17 162 A1 hingewiesen. Das Antriebssystem besteht üblicherweise aus einem elektronisch gesteuerten Motor (z. B. Brennkraftmaschine) sowie aus einem Getriebe, das gegebenenfalls auch elektronisch steuerbar ist. Der vom Antriebssystem wirkende Anteil des Radmoments (Summenradmoments) ergibt sich demnach durch ein Motor- bzw. Brennkraftmaschinenmoment bei einer bestimmten Getriebeübersetzung.
  • Heute realisierte Fahrerassistenzsysteme, z.B. ACC – Adaptive Cruise Control – oder ein Tempomat beliebiger Ausprägung, geben dem Steuergerät der Brennkraftmaschine und/oder dem Steuergerät eines Automatikgetriebes ihren Wunsch über eine Sollvorgabe des Kupplungsmoments vor. Hierzu ist die Kenntnis über Fahrwiderstände und die aktuelle Übersetzung im Antriebsstrang (aktueller Gang und Übersetzung des Differenzials der angetriebenen Achse) notwendig. Die oben beschriebene Wirkkette Fahrerassistenzsystem-Sollvorgabe Richtung Brennkraftmaschine, Umsetzung der Vorgabe durch die Brennkraftmaschine und die Reaktion des Getriebes auf diese Umsetzung hat verschiedene Effekte, die zu folgenden Nachteilen führen:
    • • Lange Reaktionszeit des Getriebes. Rückschaltung kommt oft erst dann, wenn sie nicht mehr notwendig ist.
    • • Überflüssige Schaltungen, d.h. in bestimmten Situationen kommt eine Rückschaltung, die nicht notwendig wäre, weil das aktuell verfügbare Motormoment ausreichend ist.
    • • Pendelschaltungen, d.h. häufige Rück- und Hochschaltungen innerhalb kurzer Zeit. Diese können insbesondere an Übergängen zwischen der Ebene und einer Steigung oder Gefälle auftreten.
  • Die genannten Effekte werden vom Fahrer als unkomfortabel empfunden, da sie unerwartet sind; denn die Getriebeschaltungen unterscheiden sich von denen, die ohne Fahrerassistenzsystem durchgeführt werden.
    •
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Längsdynamiksteuersystem zu schaffen, das den Komfort und die Regelgeschwindigkeit erhöht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Längsdynamiksteuersystem in Kraftfahrzeugen, durch die ausgehend von einer Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit eine neue Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt werden soll, ist ein Funktionsmodul vorgesehen, durch das ein zum Erreichen der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit vorgegebener Soll-Radmomentenverlauf ermittelt wird, der zumindest in einem Hauptabschnitt proportional zum Kehrwert der Fahrzeuggeschwindigkeit (vgl. Zugkrafthyperbeln) vorgegeben wird und der an mögliche Stellsysteme (z. B. Antriebssystem und/oder Bremssystem) zur Umsetzung des Soll-Radmomentenverlaufs ausgegeben wird. Hierdurch wird die Sollvorgabe der Längsdynamiksteuerung z. B. an ein zugkraftgesteuertes Antriebssystem, wie beispielsweise in der DE 101 17 162 A1 beschrieben, angepasst.
  • Weiterhin ist das Funktionsmodul vorzugsweise derart ausgestaltet, dass zumindest der Hauptabschnitt des Soll-Radmomentenverlaufs zwischen einem maximal möglichen Soll-Radmomentenverlauf und dem zum Konstanthalten der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit notwendigen Radmoment gewählt wird.
  • Der Soll-Radmomentenverlauf kann aus einem Anfangsabschnitt, einem Hauptabschnitt und einem Endabschnitt zusammengesetzt sein, wobei der Anfangsabschnitt und der Endabschnitt Übergangsabschnitte mit endlichen Gradienten darstellen.
  • Der Startpunkt des Soll-Radmomentenverlaufs ist das notwendige Radmoment zum Konstanthalten der Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit, vorzugsweise unter Berücksichtigung von Störkräften bzw.
  • Fahrwiderständen. Der Endpunkt des Soll-Radmomentenverlaufs ist das notwendige Radmoment zum Konstanthalten der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit, ebenfalls vorzugsweise unter Berücksichtigung von Störkräften bzw. Fahrwiderständen.
  • Der Erfindung liegen folgende Erkenntnisse zugrunde:
    Durch eine Umstellung der Schnittstelle zwischen dem Längsdynamiksteuersystem (Fahrerassistenzsystem) und dem Antriebssystem (bestehend aus einem beliebigen Motor (z. B. Brennkraftmaschine, Wasserstoffantrieb, Elektromotor usw.) und ggf. Automatikgetriebe (bzw. automatisiertem Handschaltgetriebe)) auf Radmomente kann das Antriebssystem vorab bestimmen, welche Kombination aus Gangvorgabe und Kupplungsmomentenvorgabe die momentane Radmomentenvorgabe am besten umsetzt. Mit einer zugkraftgesteuerten bzw. radmomentengesteuerten Schnittstelle zum Antriebssystem generierte das Fahrerassistenzsystem eine Sollvorgabe in Form eines Radmoments bzw. eines Soll-Radmomentenverlaufs proportional zum Kehrwert der Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. entsprechend den bereits aus der DE 101 17 162 A1 bekannten Zugkrafthyperbeln. Das erfindungsgemäße Funktionsmodul kann beispielsweise in einem dem Längsdynamiksteuersystem zugeordneten elektronischen Steuergerät integriert sein, das beispielsweise mit einem Motorsteuergerät und/oder einem Getriebesteuergerät kommuniziert. Die Gesamtheit der Funktionsmodule in den hier genannten Steuergeräten können jedoch auch in einem einzigen Zentralsteuergerät bzw. Zentralcomputer zusammengefasst sein. In diesem Fall kommunizieren die Funktionsmodule miteinander.
    •
  • Weitere Details zur Erläuterung der Erfindung sind in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt
  • 1 einen möglichen Fahrzeugsystemverbund, in dem das erfindungsgemäße Funktionsmodul angesiedelt ist und
  • 2 ein Diagramm zur näheren Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Funktionsmoduls.
  • In 1 ist ein möglicher Fahrzeugsystemverbund, bestehend aus einem Antriebssystem 1, einem Bremssystem 2 und einem Fahrerassistenzsystem 3 zu Längsdynamiksteuerung, dargestellt. Die Systeme 1 bis 3 weisen beispielsweise jeweils ein elektronisches Steuergerät auf, die üblicherweise über Datenbussysteme miteinander in Verbindung stehen. Das erfindungsgemäße Funktionsmodul ist beispielsweise im Steuergerät des Fahrerassistenzsystems 3 integriert.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel soll das Fahrerassistenzsystem 3 zum Erreichen einer vorgegebenen höheren Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit vsoll ein hierfür erforderliches Soll-Radmoment Mrad_soll_gesamt bestimmen, das auf die Antriebsräder R in Form einer gewünschten Zugkraft wirken soll.
  • Die Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit vsoll kann z. B. entweder die vom Fahrer über ein dem Längsdynamiksteuersystem zugeordnetes Bedienelement eingestellte Wunschgeschwindigkeit oder eine vom Längsdynamiksteuersystem selbst in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit sein. Insbesondere kann eine vom Längsdynamiksteuersystem vorgegebene Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit vsoll die bei einer Folgefahrt vorzugebende konstante Fahrzeuggeschwindigkeit oder eine fiktive konstante Fahrzeuggeschwindigkeit (z. B. maximal mögliche Fahrzeuggeschwindigkeit) bei einer Beschleunigungsvorgabe, z. B. mit einem System gemäß der nicht vorveröffentlichten DE 102004016513 A1 , sein.
  • Das auf die Räder R eines Kraftfahrzeugs auszuübende Soll-Radmoment Mrad_soll_gesamt kann grundsätzlich aus einem Antriebsmoment Mrad_soll_antrieb und/oder einem Bremsmoment Mrad_soll_bremse bestehen. Im folgenden wird von einer Zugkrafterhöhung, also von einem positiven Soll-Antriebsmoment ausgegangen, wozu kein Bremsmoment erforderlich ist.
  • Dazu gibt ein Funktionsmodul im Steuergerät des Fahrerassistenzsystems 3 eine Anforderung an ein Steuergerät des Antriebsystems 1 aus, in der das Soll-Radmoment Mrad_soll_gesamt als Soll-Antriebsmoment Mrad_soll_antrieb ausgegeben wird. Das Antriebssystem 1 entscheidet abhängig von weiteren Betriebsparametern, wie dieses Antriebsmoment eingestellt wird.
  • In 2 ist ein möglicher Soll-Radmomentenverlauf MR dargestellt, der für einen Beschleunigungsvorgang von einer niedrigen Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit vist auf eine höhere Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit vsoll erforderlich ist.
  • Im Funktionsmodul des Fahrerassistenzsystems 3 wird das zum Erreichen der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit vsoll erforderliche Soll-Radmomentenverlauf MR beispielsweise mit folgenden Schritten ermittelt:
    • 1. Bestimmung des zum Konstanthalten (stationärer Betrieb) der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit vsoll notwendigen Radmoments M2, vorzugsweise unter Berücksichtung einer Fahrwiderstandskennlinie MF, durch die ein geschätztes Störmoment beispielsweise durch eine Steigung widergespiegelt wird.
    • 2. Bestimmung einer Radmomenten-Reserve in Form der Differenz des geschwindigkeitsabhängigen maximal möglichen Radmomentenverlaufs M100% und dem zum Konstanthalten der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit notwendigen Radmoment M2. Der maximal mögliche Radmomentenverlauf M100% in Form der bekannten Zugkrafthyperbeln für konstante Leistung ergibt sich aus dem Verhältnis der konstanten maximalen Antriebsleistung zur Fahrzeuggeschwindigkeit v.
    • 3. Bestimmung des Soll-Radmomentenverlaufs MR als Summe des Radmoments M2 und einem prozentualen Anteil der Radmomenten-Reserve. Daraus resultiert ebenfalls eine Radmomentenhyperbel über der Fahrzeuggeschwindigkeit v. Diese Radmomentenhyperbel ist proportional zum Kehrwert der Fahrzeuggeschwindigkeit v und bestimmend für den Soll-Radmomentenverlauf MR. Daher ist zumindest der Hauptteil B des Soll-Radmomentenverlauf MR gleich dieser Radmomentenhyperbel. Es könnte auch der gesamte Soll-Radmomentenverlauf MR gleich dieser Radmomentenhyperbel zwischen der Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit vist und der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit vsoll sein. In diesem Fall können durch die sprunghaften Änderungen des Sollradmoments am Anfang und am Ende des Soll-Radmomentenverlaufs jedoch Komfortprobleme entstehen.
    • 4. Zur Komforterhöhung wird der Soll-Radmomentenverlauf MR aus einem Anfangsabschnitt A, einem Hauptabschnitt B und einem Endabschnitt C zusammengesetzt, wobei der Anfangsabschnitt A und der Endabschnitt C Übergangsabschnitte mit endlichen Gradienten darstellen. Der Startpunkt P1 des Soll-Radmomentenverlaufs MR ist das notwendige Radmoment M1 zum Konstanthalten der Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit vist, vorzugsweise ebenfalls unter Berücksichtung der Fahrwiderstandskennlinie MF. Der Endpunkt P2 des Soll-Radmomentenverlaufs MR ist das notwendige Radmoment M2 zum Konstanthalten der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit vsoll.
  • Unter der Größe Soll-Radmoment soll auch jede Größe verstanden werden, die direkt proportional zum Radmoment ist, wie zum Beispiel die Zugkraft oder die Fahrzeugbeschleunigung. Wesentlich ist die hyperbelartige Sollvorgabe, die proportional zum Kehrwert der Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Das daraus resultierende Fahrzeugverhalten wurde in Versuchen als besonders komfortabel empfunden, da dies den Erwartungen gemäß durch Erfahrung gelernter physikalischer Verhältnisse entspricht. Weiterhin wird die Radmomenten-Reserve, wie oben beschrieben, soweit nicht Kraftstoffverbrauch oder Komfortanforderungen eine Begrenzung erfordern, möglichst stark ausgenutzt, um ein schnelles Einstellen der neuen Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit zu erreichen.
  • Zusammengefasst werden durch die Erfindung der Komfort sowie die Regelgeschwindigkeit eines Fahrerassistenzsystems zur Längsdynamiksteuerung optimiert.

Claims (6)

  1. Längsdynamiksteuersystem in Kraftfahrzeugen, durch die ausgehend von einer Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit (v1) eine neue Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit (v2) eingestellt werden soll, dadurch gekennzeichnet, dass ein Funktionsmodul (3) vorgesehen ist, durch das ein zum Erreichen der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit vorgegebener Soll-Radmomentenverlauf (MR) ermittelt wird, der zumindest in einem Hauptabschnitt (B) proportional zum Kehrwert der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) vorgegeben wird und der an mögliche Stellsysteme (1, 2) zur Umsetzung des Soll-Radmomentenverlaufs ausgegeben wird.
  2. Längsdynamiksteuersystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsmodul (3) derart ausgestaltet ist, dass zumindest der Hauptabschnitt (B) des Soll-Radmomentenverlaufs (MR) zwischen einem maximal möglichen Soll-Radmomentenverlauf (M100%) und dem zum Konstanthalten der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit notwendigen Radmoment (M2) gewählt wird.
  3. Längsdynamiksteuersystem nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Radmomentenverlauf (MR) aus einem Anfangsabschnitt (A), einem Hauptabschnitt (B) und einem Endabschnitt (C) zusammengesetzt wird, wobei der Anfangsabschnitt (A) und der Endabschnitt (C) Übergangsabschnitte mit endlichen Gradienten darstellen.
  4. Längsdynamiksteuersystem nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Startpunkt (P1) des Soll-Radmomentenverlaufs (MR) das notwendige Radmoment (M1) zum Konstanthalten der Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit (vist) ist.
  5. Längsdynamiksteuersystem nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endpunkt (P2) des Soll-Radmomentenverlaufs (MR) das notwendige Radmoment (M2) zum Konstanthalten der Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit (vsoll) ist.
  6. Längsdynamiksteuersystem nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit (vsoll) auch eine vom System vorgegebene konstante Fahrzeuggeschwindigkeit sein kann.
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