DE102011082626A1

DE102011082626A1 - Bestimmen einer Fahrerwunschlängsbeschleunigung eines Kraftfahrzeugs mit Hilfe eines invertierten Fahrermodells

Info

Publication number: DE102011082626A1
Application number: DE102011082626A
Authority: DE
Inventors: Alessandro Moia; Markus Koban; Wolfram Bohne
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2013-03-14

Abstract

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Fahrerwunschlängsbeschleunigung eines Kraftfahrzeugs mit Hilfe eines invertierten Fahrermodells, welches einen invertierten Längsbeschleunigungsregler umfasst. Ein solches invertiertes Fahrermodell gibt die Fahrerwunschlängsbeschleunigung nicht nur in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung, sondern auch in Abhängigkeit der Ist-Längsbeschleunigung an. Die Fahrerwunschlängsbeschleunigung wird mittels des invertierten Fahrermodells in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung und der Ist-Längsbeschleunigung geschätzt. Ferner kann optional auch zusätzlich die Fahrzeuggeschwindigkeit zur Bestimmung der Fahrerwunschlängsbeschleunigung berücksichtigt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer vom Fahrer gewünschten Längsbeschleunigung (Fahrerwunschlängsbeschleunigung) eines Kraftfahrzeugs.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, anhand von Messgrößen einen objektiven Fahrerwunsch bezüglich der Fahrzeuglängsbeschleunigung zu berechnen.
Beispielsweise ist es aus der Druckschrift DE 103 56 641 A1 bekannt, eine Wunschbeschleunigung in Abhängigkeit der Stellung eines Fahrpedals und der Fahrzeuggeschwindigkeit zu bestimmen, wobei die Wunschbeschleunigung bei einer gegebenen Stellung des Fahrpedals umso niedriger gewählt wird, je höher die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist.
In ähnlicher Weise ist es aus der Druckschrift DE 41 11 023 A1 bekannt, eine Wunschbeschleunigung in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung und der Fahrgeschwindigkeit aus einem Kennfeld zu bestimmen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum bestimmen der Fahrerwunschlängsbeschleunigung anzugeben.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Fahrerwunschlängsbeschleunigung eines Kraftfahrzeugs mit Hilfe eines invertierten Fahrermodells, welches einen invertierten Längsbeschleunigungsregler umfasst. Ein solches invertiertes Fahrermodell gibt die Fahrerwunschlängsbeschleunigung nicht nur in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung, sondern auch in Abhängigkeit der Ist-Längsbeschleunigung an. Die Fahrerwunschlängsbeschleunigung wird mittels des invertierten Fahrermodells in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung und der Ist-Längsbeschleunigung geschätzt. Ferner kann optional auch zusätzlich die Fahrzeuggeschwindigkeit zur Bestimmung der Fahrerwunschlängsbeschleunigung berücksichtigt werden.
Ein (nicht-invertiertes) Fahrermodell beschreibt die Umsetzung der gewünschten Fahrerwunschbeschleunigung (Eingangsgröße) in eine Fahrpedalstellung (Ausgangsgröße), wobei die aktuelle Ist-Beschleunigung (Eingangsgröße) über einen Längsbeschleunigungsregler des Fahrermodells berücksichtigt wird und durch den Längsbeschleunigungsregler eine gespürte Ist-Beschleunigung vom Fahrer auf die gewünschte Längsbeschleunigung hin durch eine Änderung des Fahrpedals geregelt werden kann. Bei Inversion des Fahrermodells kann daher aus dem invertierten Fahrermodell mit invertiertem Längsbeschleunigungsregler in Abhängigkeit der Ist-Beschleunigung (Eingangsgröße) und der Fahrpedalstellung (Eingangsgröße) die Fahrerwunschbeschleunigung (Ausgangsgröße) ermittelt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist das entscheidende Merkmal auf, dass bei der Bestimmung der Fahrerwunschbeschleunigung die aktuelle Ist-Beschleunigung berücksichtigt wird, so dass als weitere Eingangsgröße die Reaktion des Fahrers auf die gespürte Ist-Beschleunigung in die Bestimmung der Wunschlängsbeschleunigung mit einfließt. Dies ermöglicht eine genauere Bestimmung der Wunschbeschleunigung als bei bekannten Verfahren, welche im Wesentlichen die Fahrpedalstellung unter optionaler Berücksichtigung der Geschwindigkeit in eine Wunschbeschleunigung umsetzen.
Das vorgeschlagene Verfahren ermittelt aus messbaren Fahrzeuggrößen (nämlich der Fahrpedalstellung, der Ist-Längsbeschleunigung und optional der Geschwindigkeit) eine objektive Fahrerwunschlängsbeschleunigung des Fahrzeugs, die beispielsweise in geeigneter Weise mit der tatsächlichen Längsbeschleunigung verglichen werden kann.
Vorzugsweise umfasst das invertierte Fahrermodell zwei Pfade: den invertierten Längsbeschleunigungsregler und eine invertierte Vorsteuerung. Die invertierte Vorsteuerung entspricht beispielsweise einem Kennfeld, welches die erste Fahrerwunschbeschleunigungsgröße in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs angibt, ohne dass die Ist-Beschleunigung hierbei berücksichtigt wird.
Zum Bestimmen der Fahrerwunschlängsbeschleunigung wird eine erste Fahrerwunschlängsbeschleunigungsgröße mittels der invertierten Vorsteuerung in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung bestimmt. Ferner wird eine zweite Fahrerwunschlängsbeschleunigungsgröße mittels des invertierten Längsbeschleunigungsreglers in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung und in Abhängigkeit der Ist-Längsbeschleunigung bestimmt. Zum Bestimmen der Fahrerwunschlängsbeschleunigung werden die erste Fahrerwunschlängsbeschleunigungsgröße und die zweite Fahrerwunschlängsbeschleunigungsgröße überlagert.
In dem invertierten Längsbeschleunigungsregler kann die zweite Fahrerwunschlängsbeschleunigungsgröße beispielsweise dadurch bestimmt werden, indem

– die optional gefilterte Änderungsrate der Fahrpedalstellung (beispielsweise die optional gefilterte zeitliche Ableitung) dividiert durch einen Verstärkungsfaktor und
– die optional gefilterte Ist-Längsbeschleunigung miteinander addiert werden. Hierbei ist der Verstärkungsfaktor vorzugsweise von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig, vorzugsweise in der Weise, dass bei zunehmender Geschwindigkeit der Verstärkungsfaktor zunimmt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die von der invertierten Vorsteuerung gelieferte erste Fahrerwunschbeschleunigungsgröße und die von dem invertierten Längsbeschleunigungsregler gelieferte zweite Fahrerwunschbeschleunigungsgröße gewichtet überlagert. Alternativ oder zusätzlich könnten auch eingangsseitig der invertierten Vorsteuerung und des invertierten Längsbeschleunigungsreglers die Änderung der Fahrpedalstellung auf die beiden Pfade mit unterschiedlichen Anteilen aufgespalten werden.
Die bei der Überlagerung verwendete Gewichtung wird vorzugsweise in Abhängigkeit der Fahrpedaländerung bestimmt. Bei der Überlagerung wird vorzugsweise die erste Fahrerwunschbeschleunigungsgröße mit Zunahme des Betrags der Fahrpedaländerung höher gewichtet.
Die bei der Überlagerung verwendete Gewichtung wird vorzugsweise zusätzlich (oder alternativ) in Abhängigkeit der Ist-Längsbeschleunigungsänderung bestimmt. Bei der Überlagerung wird vorzugsweise die zweite Fahrerwunschbeschleunigungsgröße mit Zunahme des Betrags der Ist-Längsbeschleunigungsänderung höher gewichtet.
Die vorstehend beschriebene Bestimmung der Fahrerwunschbeschleunigung kann im Rahmen der Entwicklung und Auslegung des Fahrzeugantriebs verwendet werden. Die Fahrerwunschlängsbeschleunigung kann hierzu mit der tatsächlichen Fahrzeuglängsbeschleunigung verglichen werden. Beispielsweise lässt sich so die Charakteristik eines Fahrzeugs bezüglich des Fahrerwunschfolgevermögens objektiv beurteilen. Dies ermöglicht eine systematische Detektion von Defiziten in Antriebsfunktionen und eine objektive Beurteilung von neuen oder vorhandenen Antriebsfunktionen. Die Berechnung der Fahrerwunschbeschleunigung kann in Echtzeit oder auch nachträglich erfolgen.
Die Bestimmung der Fahrerwunschbeschleunigung kann auch in einer Fahrzeugsteuerung, beispielsweise einem Motorsteuergerät oder einem Getriebesteuergerät, im Rahmen der Steuerung des Fahrzeugantriebs verwendet werden. Ein weiterer Aspekt der Erfindung richtet sich daher auf ein Fahrzeugsteuergerät für die Steuerung des Antriebsstrangs, beispielsweise ein Motorsteuergerät oder ein Getriebesteuergerät. Das Steuergerät ist eingerichtet, die Fahrerwunschlängsbeschleunigung wie vorstehend beschrieben zu bestimmen. Beispielsweise kann in einem Motorsteuergerät aus der Fahrerwunschbeschleunigung ein Fahrerwunschmoment berechnet werden, welches dann in einer Momentensteuerung (Momentenstruktur) verwendet wird. In Abhängigkeit des Fahrerwunschmoments und zusätzlicher Momentenanforderungen (beispielsweise von Nebenaggregaten oder der Getriebesteuerung) wird ein Soll-Antriebsmoment (d. h. eine Momentenvorgabe) für den Antrieb berechnet. Aus dem Soll-Antriebsmoment bestimmt die Motorsteuerung dann mittels Motorfunktionen Soll-Motorparameter (beispielsweise Zündwinkel, Kraftstoffmenge, etc.) zur Ansteuerung des Motors.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist auf eine Vorrichtung, beispielsweise ein Motorsteuergerät oder Getriebesteuergerät, zum Bestimmen einer Fahrerwunschlängsbeschleunigung eines Kraftfahrzeugs gerichtet, wobei die Vorrichtung ein invertiertes Fahrerwunschmodel mit invertiertem Längsbeschleunigungsregler umfasst, welches die Fahrerwunschlängsbeschleunigung in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung und der Ist-Längsbeschleunigung angibt.
Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren und zu dessen bevorzugten Ausführungsformen gelten in entsprechender Weise auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung. Beispielsweise umfasst das invertierte Fahrermodell eine invertierte Vorsteuerung, welche eine erste Fahrerwunschlängsbeschleunigungsgröße in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung bestimmt. Außerdem umfasst das invertierte Fahrermodell den invertierten Längsbeschleunigungsregler, welcher eine erste Fahrerwunschlängsbeschleunigungsgröße in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung und in Abhängigkeit der Ist-Längsbeschleunigung bestimmt. Ferner sind Mittel zum Überlagern der ersten Fahrerwunschlängsbeschleunigung und der zweiten Fahrerwunschlängsbeschleunigung vorgesehen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. In diesen zeigen:
1 ein Beispiel für einen Regelkreis, welcher das Verhalten des Fahrers bei der Regelung der Beschleunigung nachbildet;
2 ein Beispiel zur Berechnung der Wunschbeschleunigung anhand eines invertierten Fahrermodells und mehrerer Messgrößen;
3 ein Beispiel für das Fahrermodell;
4 den Einfluss der Fahrzeugreaktion auf das gelernte Fahrzeugmodell und den Fahrerwunsch;
5 ein Beispiel für den Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Fahrzeuglängsbeschleunigung und der Fahrpedalstellung;
6 auf der linken Seite die Messignalverläufe für die beiden Fahrpedalstellungen von 20% und 90% und auf der rechten Seite ein resultierendes Kennfeld für die Beschleunigung und Fahrzeuggeschwindigkeit bei den beiden Fahrpedalstellung von 20% und 90%;
7 ein beispielhaftes Kennfeld;
8 einen beispielhaften Regler;
9 ein Beispiel zur Berechnung der Wunschbeschleunigung;
10 ein Beispiel zur Berechnung des Gewichtungsfaktors; und
11 im oberen Diagramm beispielhafte Verläufe der Fahrpedalstellung und der Fahrgeschwindigkeit und im unteren Diagramm beispielhafte Verläufe der Wunsch- und Ist-Beschleunigung.
1 zeigt einen beispielhaften Regelkreis, welcher das Verhalten des Fahrers bei der Regelung der Beschleunigung nachbildet. Aus einem Fahrerwunsch 1 resultiert eine vom Fahrer gewünschte Längsbeschleunigung a_wunsch. Diese dient in dem Regelkreis als Sollgröße. Der Fahrer setzt seine gewünschte Längsbeschleunigung a_wunsch unter Berücksichtigung der Ist-Längsbeschleunigung a_ist in eine Fahrpedalstellung FP um, um das Fahrzeug auf diese Beschleunigung a_wunsch zu regeln. Diese Zuordnung geschieht im Kopf des Fahrers und wird durch ein Fahrermodell 2 nachgebildet. Das Fahrermodell 2 ist vorzugsweise außerdem von der Fahrzeuggeschwindigkeit v_car abhängig. In Reaktion auf die Fahrpedalstellung FP ergibt sich am Ausgang der Regelstrecke (hier das Fahrzeug 3) eine resultierende Ist-Längsbeschleunigung a_ist. Das Fahrzeug 3 umfasst typischerweise eine Verzögerung oder Totzeit ΔT. Je größer und für den Fahrer unvorhersehbarer die Verzögerung ΔT ist, desto schlechter steuerbar ist der Regelkreis. Durch geeignete Vorausschau-Funktionen und Situationsorientierung kann die Verzögerung ΔT reduziert werden.
Direkt messbare Größen sind die Fahrzeuggeschwindigkeit v_car, die Fahrpedalstellung FP und die Ist-Längsbeschleunigung a_ist. Die vom Fahrer gewünschte Längsbeschleunigung a_wunsch hingegen ist nicht messbar und lässt sich – wie nachfolgend anhand eines Beispiels beschrieben – anhand der messbaren Größen bestimmen.
Um die nicht messbare Größe a_wunsch zu berechnen, wird das Fahrermodell 2 invertiert. Das invertierte Fahrermodell 4 gibt die Wunschbeschleunigung a_wunsch in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung FP und der Ist-Beschleunigung a_ist an (s. 2). Ferner wird optional außerdem die Fahrzeuggeschwindigkeit v_car als Eingangsgröße berücksichtigt. Mit dem invertierten Fahrermodell 4 und den messbaren Größen ist es möglich, a_wunsch zu berechnen.
Das (nicht-invertierte) Fahrermodell 2 ist beispielsweise in der Weise aufgebaut, wie dies in 3 dargestellt ist. Das Fahrermodell 2 umfasst vorzugsweise zwei Pfade, nämlich eine Vorsteuerung 5 und einen Regler 6.
Ändert sich der Fahrerwunsch, wird zunächst die Vorsteuerung 5 benutzt, die abhängig von der gewünschten Beschleunigung a_wunsch eine Fahrpedalstellung FP₁ bestimmt. Die Vorsteuerung 5 entspricht einem Fahrzeugmodell, das der Fahrer von dem aktuell gefahrenen Fahrzeug im Kopf hat. Dieser Pfad 5 wird vom Fahrer typischerweise dann genutzt, solange es auf eine Änderung der Wunschbeschleunigung a_wunsch noch keine Fahrzeugreaktion gibt. Das Verhalten der Vorsteuerung ist hier auch von der Fahrzeuggeschwindigkeit v_car abhängig. Die Vorsteuerung kann neben der Fahrzeuggeschwindigkeit auch zusätzlich von sonstigen Einflussfaktoren des Fahrwiderstands abhängig sein, beispielsweise von der Steigung oder der Beladung des Fahrzeugs (nicht dargestellt). Derartige Faktoren schätzt der Fahrer in der jeweiligen Fahrsituation typischerweise als Offset und addiert oder subtrahiert den Einfluss auf sein gelerntes Vorsteuerkennfeld bzw. von seinem gelernten Vorsteuerkennfeld.
Diese Einflussfaktoren wie beispielsweise Steigung oder Beladung sind messbare Größen und können als optionale Eingangsgrößen für das normale und invertierte Fahrermodell verwendet werden.
Der Reglerpfad 6 beschreibt die Fahrerreaktion in Abhängigkeit der Differenz zwischen der Wunschbeschleunigung a_wunsch und der Ist-Beschleunigung a_ist. Nachdem das Fahrzeug 3 reagiert hat und sich eine bestimmte Ist-Beschleunigung a_ist ergibt, passt der Fahrer die Stellung FP des Fahrpedals an, um der Wunschbeschleunigung a_wunsch zu folgen. Der Reglerpfad 6 umfasst einen Reglerkern 7, beispielsweise in Form eines PI-Reglers (d. h. ein P-Regler mit nachfolgender Integration). Die Reglerparameter sind vorzugsweise von der Fahrzeuggeschwindigkeit v_car abhängig. Die Reglerparameter können optional zusätzlich neben der Fahrzeuggeschwindigkeit auch zusätzlich von sonstigen Einflussfaktoren des Fahrwiderstands abhängig sein, beispielsweise von der Steigung oder der Beladung des Fahrzeugs (nicht dargestellt). Das Übertragungsverhalten des Reglerpfades 6 wird weiter unter erläutert.
Am Ausgang der Vorsteuerung 5 ergibt sich ein erster Anteil FP₁ der Fahrpedalstellung FP und am Ausgang des Reglers 6 ergibt sich ein zweiter Anteil FP₂ der Fahrpedalstellung, die zur Fahrpedalstellung FP addiert werden.
Nachfolgend wir die Vorsteuerung 5 genauer beschrieben:
In der Realität erfährt ein Fahrer die Längsbeschleunigung seines Fahrzeugs in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung FP und der Fahrwiderstände. Fährt man ein Fahrzeug zum ersten Mal, ist die Vorsteuerung kaum vorhanden. Der Fahrer lernt diese durch das Fahren, indem er ein Gefühl entwickelt, wie viel Fahrpedal er geben muss, um eine gewisse Fahrzeugreaktion zu bekommen. Der Fahrer erlernt nach und nach aufgrund der Fahrzeugreaktion das Beschleunigungsverhalten des Fahrzeugs 3. Die Vorsteuerung 5 des Fahrermodells 2 umfasst daher vorzugsweise ein vereinfachtes Fahrzeugmodell 8. Sobald ein Fahrer ein Fahrzeugmodell 8 seines Fahrzeugs genügend genau kennt, erwartet er eine dem Modell 8 gemäße Fahrzeugreaktion. Sowohl der Fahrerwunsch 1 als auch die Vorsteuerung 5 sind daher typischerweise fahrzeugabhängig.
Dieses Fahrzeugmodell 8 ist die Basis für die Vorsteuerung 5. Sobald der Fahrer eine Änderung in der Längsbeschleunigung anstrebt, gibt er zunächst so viel Fahrpedalwinkel FP vor, wie es seinem gelernten Fahrzeugmodell 8 entspricht, um die gewünschte Längsbeschleunigung a_wunsch zu erzielen.
Ein Fahrzeugmodell 8 und damit die Vorsteuerung 5 lassen sich beispielsweise in der folgenden Form bestimmen. Es wird die Beschleunigung und Geschwindigkeit bei unterschiedlichen Werten FP für die Fahrpedalstellung (beispielsweise in 10%-Schritten von 0% bis 100%) jeweils aus dem Stand gemessen. Für die Dauer einer Messung wird das Fahrpedal konstant auf dem jeweiligen Wert FP gehalten. Die Messung wird jeweils so lange durchgeführt, bis das Fahrzeug nicht mehr weiter beschleunigt und seine bei der Fahrpedalstellung FP jeweilige Zielgeschwindigkeit v_car,max,FP erreicht hat. In 5 ist ein Beispiel für den Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit v_car, der Fahrzeuglängsbeschleunigung a und der Fahrpedalstellung FP (hier während der Messung ungefähr 20%) dargestellt.
6 zeigt auf der linken Seite die Verläufe für die beiden Fahrpedalstellungen von 20% und 90% und auf der rechten Seite ein resultierendes Kennfeld für Beschleunigung a und Fahrzeuggeschwindigkeit v_car bei den beiden Fahrpedalstellung von 20% und 90%. Hierbei sind die Messdaten so nachbearbeitet worden, dass die Schwankungen in den Kennlinien reduziert und die Kennlinien geglättet wurden. Dazu kann eine lineare Interpolation zwischen Messpunkten verwendet werden. Auf der linken Seite in 6 sind sowohl die geglättet als auch die nicht geglätteten Kennlinien dargestellt.
Die Messdaten lassen sich in ein 3-dimensionales Kennfeld überführen, welches als Fahrzeugmodell der Vorsteuerung fungieren kann. In 7 ist ein Beispiel hierfür dargestellt. Auf der x-Achse ist die Geschwindigkeit v_car, auf der y-Achse ist der Fahrpedalwinkel FP und auf der z-Achse die Längsbeschleunigung a aufgetragen. Das Kennfeld repräsentiert eine realistische und vom Fahrer erwartete Fahrzeugreaktion bezüglich der Längsbeschleunigung und wird daher als Vorsteuerung 5 des Fahrers angenommen.
Wenn das Kennfeld als Vorsteuerung 5 dient, ließe sich bei gegebener Beschleunigung a (in diesem Fall entspricht die Beschleunigung a der Wunschbeschleunigung a_wunsch, die jedoch nicht messbar ist) und gegebener Fahrzeuggeschwindigkeit v_car der zugehörige Fahrpedalwinkel FP bestimmen. Das Kennfeld kann aber auch für die invertierte Vorsteuerung verwendet werden: bei gegebenem Fahrpedalwinkel FP und gegebener Fahrzeuggeschwindigkeit v_car kann ein Beschleunigungswert a bestimmt werden. Dieser so bestimmte Beschleunigungswert a wird als Beschleunigungswert a_{w_1} in 9 verwendet.
Nachfolgend wird der Regler 6 diskutiert.
Der zweite Pfad in dem Fahrermodell umfasst den Regler 6, der vom Fahrer bei der Fahrzeugsteuerung benutzt wird, um eine aktuell gespürte Längsbeschleunigung des Fahrzeugs seinen Wünschen entsprechend mittels Fahrpedaländerungen nachzuregeln. Dabei ist die Änderung des Fahrpedalwinkels umso größer, je größer die Differenz zwischen gefühlter momentaner Längsbeschleunigung a_ist und gewünschter Längsbeschleunigung a_wunsch ist. Für den Regler 6 kann ein PI-Regler verwendet werden, beispielsweise der in 8 dargestellte Regler 6 mit Proportionalverstärker P und Integrierer I. Optional können die aktuelle Längsbeschleunigung a_ist und/oder die Änderung der Fahrpedalstellung tiefpassgefiltert werden. Die Tiefpassfilterung TP₂ der aktuellen Längsbeschleunigung trägt der Tatsache Rechnung, dass der Fahrer nur Änderungen der Längsbeschleunigung spürt, die unter einer gewissen Frequenz sind. Die Tiefpassfilterung TP₁ der Änderung der Längsbeschleunigung trägt der Tatsache Rechnung, dass der Fahrer nicht beliebig schnelle Änderungen des Fahrpedalwinkels durchführen kann.
Für den 8 dargestellten Regler 6 gilt folgendes: dFP₂ = TP₁{K(v_car)·(a_wunsch – TP₂{a_ist})}.
Hierbei beschreibt dFP₂ die Änderung des Fahrpedalwinkels pro Zeiteinheit (d. h. eine Änderungsrate, beispielsweise in %/s). Die Größe K(v_car) (beispielsweise in %/(m/s)) entspricht dem geschwindigkeitsabhängigen proportionalen Verstärkungsfaktor des Proportionalverstärkers P. Die Werte für K(v_car) entsprechen einer Kennlinie, die in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit v_car den Verstärkungsfaktor des Reglers angibt. Vorzugsweise nimmt der Verstärkungsfaktor K(v_car) mit zunehmender Geschwindigkeit v_car zu. Damit wird berücksichtigt, dass ein Fahrer bei höheren Geschwindigkeiten eine größere Änderung des Fahrpedalwinkels vorgibt, um eine bestimmte Änderung der Längsbeschleunigung zu erhalten, als bei kleineren Geschwindigkeiten.
Zur Berechnung der Wunschbeschleunigung kann die obige Gleichung nach a_wunsch aufgelöst werden: a_wunsch = TP₁ ^–1{dFP₂}/K(v_car) + TP₂{a_ist}.
Die rechte Seite der Gleichung entspricht der Beschleunigung a_{w_2} in 9.
Zur Validierung dieser Gleichung kann der Fall betrachtet werden, bei dem der Fahrer mit konstanter Stellung des Fahrpedals unterhalb der Volllast fährt. In diesem Fall gilt dFP = 0, so dass sich a_wunsch = TP₂{a_ist} ergibt. In diesem Fall entspricht die tiefpassgefilterte aktuelle Längsbeschleunigung a_ist der Wunschbeschleunigung a_wunsch des Fahrers. Das ist plausibel, weil der Fahrer ansonsten eine Änderung des Fahrpedalwinkels durchführen würde, um eine andere Längsbeschleunigung zu erreichen.
In 9 ist ein Ausführungsbeispiel zur Berechnung der Fahrerwunschbeschleunigung a_wunsch mittels eines invertierten Fahrermodells 4 dargestellt. Das invertierte Fahrermodell 4 umfasst zur Berechnung der Wunschbeschleunigung aus den gemessenen Fahrzeuggrößen zwei Pfade, nämlich die invertierte Vorsteuerung 10 und den invertierten Regler 11. Die invertierte Vorsteuerung 10 bestimmt aus den Messgrößen FP und v_car eine erste Beschleunigungsgröße a_{w_1}. Der Wert für die Beschleunigung a aus dem der invertierten Vorsteuerung 10 zugrunde liegenden Kennlinienfeld (s. beispielsweise 7) entspricht der Beschleunigungsgröße a_{w_1}. Der invertierte Regler 11 bestimmt aus den Messgrößen FP, v_car und a_ist eine zweite Beschleunigungsgröße a_{w_2}, beispielsweise wie oben besprochen gemäß der folgenden Gleichung: a_{w_2} = TP₁ ^–1{dFP}/K(v_car) + TP₂{a_ist}.
Bei dem Ausführungsbeispiel in 9 werden die von der invertierten Vorsteuerung 10 gelieferte erste Fahrerwunschbeschleunigungsgröße a_{w_1} und die von dem invertierten Längsbeschleunigungsregler 11 gelieferte zweite Fahrerwunschbeschleunigungsgröße a_{w_2} nicht einfach addiert, sondern über den Block 12 mit unterschiedlicher Gewichtung überlagert. Alternativ oder zusätzlich könnte auch eingangsseitig der invertierten Vorsteuerung 10 und des invertierten Längsbeschleunigungsreglers 11 die Änderung der Fahrpedalstellung FP auf die beiden Pfade mit unterschiedlichen Anteilen aufgespalten werden.
Für die Wunschbeschleunigung a_wunsch wird beispielsweise folgende Ansatz für die gewichtete Überlagerung gewählt: a_wunsch = x·a_{w_1} + (1 – x)·a_{w_2} mit 0 ≤ x ≤ 1.
Der Anteil des Vorsteuerungspfades zur Gesamtsumme ist mit dem Gewichtsfaktor x bezeichnet.
Der Gewichtsfaktor x ist nicht einfach messbar. Zur Bestimmung des Gewichtsfaktors x werden verschiedene Annahmen getroffen:
Mit Zunahme des Betrags der absoluten Änderung des Fahrpedalwinkels und des Betrags des Fahrpedalgradienten dFP wird der Anteil a_{w_1} der invertierten Vorsteuerung 10 höher gewichtet und damit der Faktor x vergrößert. Der Gedanke dahinter ist, dass je größer der Betrag der Änderung des Fahrpedalwinkels und der Betragr des Fahrpedalgradienten dFP sind, desto weniger regelt der Fahrer auf die tatsächliche Fahrzeugreaktion, und führt eine Vorsteuerung durch.
Zusätzlich geht der Gradient da_ist der aktuellen Längsbeschleunigung in die Berechnung des Gewichtungsfaktors x ein. Bei Zunahme des Gradienten da_ist der aktuellen Längsbeschleunigung a_ist wird der Anteil a_{w_2} des invertierten Reglers 11 höher gewichtet und damit der Faktor x verkleinert. Der Gedanke dahinter ist, dass je größer der Betrag der vom Fahrer gespürten Beschleunigungsänderung ist, desto mehr regelt der Fahrer und desto weniger führt der Fahrer eine Vorsteuerung durch.
10 zeigt ein Beispiel zur Berechnung des Gewichtsfaktors x in Abhängigkeit der Ist-Beschleunigung a_ist, des Fahrpedalgradienten dFP und des Fahrpedalwinkels FP, welches auf den vorstehend beschriebenen Annahmen beruht. Gemäß 10 wird ein positiv gewichteter Beitrag BdFP des Fahrpedalgradienten dFP für den Gewichtsfaktor x berechnet (Zunahme Gewichtsfaktor x bei Zunahme dFP) und ein negativ gewichteter Beitrag Bda_ist des Gradienten da_ist der aktuellen Längsbeschleunigung a_ist für den Gewichtsfaktor x berechnet (Abnahme Gewichtsfaktor x bei Zunahme da_ist). Im Block 20 wird der Beitrag Bda_ist vom Beitrag BdFP abgezogen. Der Block 21 dient dazu, um zu gewährleisten, dass bei maximaler Stellung FP des Fahrpedals der Gewichtsfaktor x auf 1 gesetzt wird, so dass der Anteil des invertierten Reglers 11 an a_wunsch minimiert wird. Bei dem Block 22 handelt es sich um einen Addierer und bei dem Block 23 handelt es sich um einen Begrenzer, der das Ausgangssignal x zwischen 0 und 1 begrenzt.
Zur Berechnung des Beitrags BdFP wird im optionalen Block 24 der Fahrpedalgradient dFP gefiltert und anschließend im Block 25 auf Werte zwischen 0 und 1 begrenzt. Mit Zunahme von dFP nimmt der Beitrag BdFP zu und damit der Faktor x zu, so dass der Anteil der invertierten Vorsteuerung 10 an a_wunsch erhöht wird.
Zur Berechnung des Beitrags Bda_ist wird in Block 26 die aktuelle Längsbeschleunigung a_ist zunächst abgeleitet und dann optional gefiltert. Der sich so ergebende gegebenenfalls gefilterte Gradient da_ist der Längsbeschleunigung a_ist wird im Block 27 zur Bestimmung des Beitrags Bda_ist auswertet, wobei der Beitrag Bda_ist bei konstanter Werten für dFP_fil, FP und v_car mit Zunahme von da_ist zunimmt, so dass der Faktor x kleiner wird und der Anteil des invertierten Regler 11 an a_wunsch vergrößert wird.
Im oberen Diagramm von 11 sind ein beispielhafter Verlauf der Fahrpedalstellung FP und ein beispielhafter Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit v_car dargestellt. Im unteren Diagramm entspricht die gestrichelte Linie dem beispielhaften Verlauf der anhand der Messgrößen FP, v_car und a_ist berechneten Wunschbeschleunigung a_wunsch. Die durchgezogene Linie gibt den Verlauf der Ist-Beschleunigung a_ist wieder.
Eine geringe Abweichung zwischen a_wunsch und a_ist entspricht einem hohen Maß für das Fahrerwunschfolgevermögen des Fahrzeugs.
Die vorstehend beschriebene Bestimmung der Fahrerwunschbeschleunigung kann im Rahmen der Entwicklung und Auslegung des Fahrzeugantriebs verwendet werden. Es ist auch denkbar, dass die Methode im Fahrzeug zur Antriebsstrangsteuerung benutzt wird. Dazu wird die mit dieser Methode berechnete, vom Fahrer gewünschte Längsbeschleunigung genutzt, um hiermit beispielsweise das Getriebe und/oder den Motor (beispielsweise einen Verbrennungsmotor oder einen Elektromotor bei einem Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug) in der Weise zu steuern, dass dem so bestimmten Fahrerwunsch möglichst gut entsprochen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10356641 A1 [0003]
DE 4111023 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Fahrerwunschlängsbeschleunigung (a_wunsch) eines Kraftfahrzeugs mit Hilfe eines invertierten Fahrermodells (4) mit invertiertem Längsbeschleunigungsregler (11), wobei die Fahrerwunschlängsbeschleunigung (a_wunsch) mittels des invertierten Fahrermodells (4) in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung (FP) und der Ist-Längsbeschleunigung (a_ist) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das invertierte Fahrermodell (4) den invertierten Längsbeschleunigungsregler (11) und eine invertierte Vorsteuerung (10) umfasst und das Bestimmen der Fahrerwunschlängsbeschleunigung (a_wunsch) die folgenden Schritte umfasst: – Bestimmen einer ersten Fahrerwunschlängsbeschleunigungsgröße (a_{w_1}) mittels der invertierten Vorsteuerung (10) in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung (FP); – Bestimmen einer zweiten Fahrerwunschlängsbeschleunigungsgröße (a_{w_2}) mittels des invertierten Längsbeschleunigungsreglers (11) in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung (FP) und in Abhängigkeit der Ist-Längsbeschleunigung (a_ist); und – Überlagern der ersten Fahrerwunschlängsbeschleunigungsgröße (a_{w_1}) und der zweiten Fahrerwunschlängsbeschleunigungsgröße (a_{w_2}).
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die invertierte Vorsteuerung (10) einem Kennfeld entspricht, welches die erste Fahrerwunschbeschleunigungsgröße (a_{w_1}) in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung (FP) und der Geschwindigkeit (v_car) des Fahrzeugs angibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2–3, wobei mittels des invertierten Längsbeschleunigungsreglers (11) die zweite Fahrerwunschlängsbeschleunigungsgröße (a_{w_2}) bestimmt wird durch Addition – der optional gefilterten Änderungsrate der Fahrpedalstellung (FP) dividiert durch einen Verstärkungsfaktor und – der optional gefilterten Ist-Längsbeschleunigung (a_ist).
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Verstärkungsfaktor von der Fahrzeuggeschwindigkeit (v_car) abhängig ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2–4, wobei die erste Fahrerwunschbeschleunigungsgröße (a_{w_1}) und die zweite Fahrerwunschbeschleunigungsgröße (a_{w_2}) gewichtet überlagert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Gewichtung (x) in Abhängigkeit der Fahrpedaländerung (dFP) und der Ist-Längsbeschleunigungsänderung (da_ist) bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei – die erste Fahrerwunschbeschleunigungsgröße (a_{w_1}) mit Zunahme des Betrags der Fahrpedaländerung (dFP) höher gewichtet wird und – die zweite Fahrerwunschbeschleunigungsgröße (a_{w_1}) mit Zunahme des Betrags der Ist-Längsbeschleunigungsänderung (da_ist) höher gewichtet wird
Fahrzeugsteuergerät eingerichtet zum Bestimmen einer Fahrerwunschlängsbeschleunigung (a_wunsch) gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Vorrichtung zum Bestimmen einer Fahrerwunschlängsbeschleunigung (a_wunsch) eines Kraftfahrzeugs, wobei die Vorrichtung ein invertiertes Fahrerwunschmodel (4) mit invertiertem Längsbeschleunigungsregler (11) umfasst, welches die Fahrerwunschlängsbeschleunigung (a_wunsch) in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung (FP) und der Ist-Längsbeschleunigung (a_ist) angibt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das invertierte Fahrermodell (4) umfasst: – eine invertierte Vorsteuerung (10), welcher eine erste Fahrerwunschlängsbeschleunigungsgröße (a_{w_1}) in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung (FP) bestimmt, – den invertierten Längsbeschleunigungsregler (11), welcher eine zweite Fahrerwunschlängsbeschleunigungsgröße (a_{w_2}) in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung (FP) und in Abhängigkeit der Ist-Längsbeschleunigung (a_ist) bestimmt, und – Mittel zum Überlagern (12) der ersten Fahrerwunschlängsbeschleunigung (a_{w_1}) und der zweiten Fahrerwunschlängsbeschleunigung (a_{w_2}).