DE102015223611B4 - Verfahren und Steuereinheit zur Beschleunigungsüberwachung und -anpassung - Google Patents

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Abstract

Verfahren (300) zur Überwachung des Beschleunigungsverhaltens eines Fahrzeugs (100), wobei das Verfahren (300) umfasst,- Ermitteln (301) einer zulässigen Beschleunigung (212) des Fahrzeugs (100) auf Basis einer Beschleunigungs-Anforderung (211) und auf Basis eines Modells (201) des Fahrzeugs (100); wobei die Beschleunigungs-Anforderung (211) einem Basis-Soll-Moment (216) entspricht, das von ein oder mehreren Antriebsmotoren (102) des Fahrzeugs (100) bereitgestellt werden soll; wobei das Fahrzeug (100) die Beschleunigungs-Anforderung (211) mit einer Totzeit umsetzt;- Ermitteln (302) einer Ist-Beschleunigung (213) des Fahrzeugs (100);- Ermitteln einer Totzeit-kompensierten Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs (100) auf Basis der Beschleunigungs-Anforderung (211) und auf Basis eines Totzeit-Modells des Fahrzeugs (100);- Vergleichen (303) der Totzeit-kompensierten Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs (100) mit der zulässigen Beschleunigung (212); und- Ermitteln (304) eines Delta-Moments (215), das zur Reduzierung des Basis-Soll-Moments (216) verwendet wird, um die Ist-Beschleunigung (213) zu reduzieren, wenn die Totzeit-kompensierten Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs (100) die zulässige Beschleunigung (212) übersteigt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Steuereinheit zur Überwachung und Anpassung der Beschleunigung eines Fahrzeugs.
  • In der DE 10 2013 107 781 A1 wird ein Verfahren beschrieben, das das Beschleunigungsverhalten eines Fahrzeugs überwacht. Auf Basis eines Modells wird eine zulässige Längsbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelt und mit einer Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs verglichen. Sobald eine dauerhafte Abweichung zwischen Ist-Beschleunigung und zulässiger Beschleunigung detektiert wird, erfolgt eine Abschaltung des Fahrzeugs und ein Fehlerspeichereintrag in einem Steuergerät.
  • Die in DE 10 2013 107 781 A1 der vorgeschlagene Beschleunigungsüberwachung überwacht die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs anhand eines Modells des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs. Modellunsicherheiten können dabei zu fehlerhaften Detektionen von Beschleunigungsüberschreitungen und damit zu fehlerhaften Fahrzeugabschaltungen führen. Des Weiteren erfordert ein entsprechender Fehlerspeichereintrag typischerweise den Tausch des jeweiligen Steuergeräts.
  • DE 10 2008 039 779 A1 beschreibt ein Fahrzeugsteuersystem für eine Bergauffahrt. EP 2 052 925 A2 beschreibt einen prädiktiven Geschwindigkeitsregler für ein Fahrzeug. DE 10 2014 116 979 A1 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung einer nicht beabsichtigten Fahrzeugbewegung. US 2014/0 244 084 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung der Fahrzeugbeschleunigung.
  • Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, ein Verfahren und eine entsprechende Steuereinheit zur Überwachung des Beschleunigungsverhaltens eines Fahrzeugs bereitzustellen, durch die fehlerhafte Fahrzeugabschaltungen und/oder Fehlerspeichereinträge vermieden werden können.
  • Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Überwachung des Beschleunigungsverhaltens eines Fahrzeugs beschrieben. Das Verfahren kann durch eine Steuereinheit bzw. durch ein Steuergerät (insbesondere durch ein Motorsteuergerät des Fahrzeugs) ausgeführt werden. Das Fahrzeug umfasst ein oder mehrere Antriebsmotoren (z.B. einen Verbrennungsmotor und/oder ein oder mehrere elektrische Antriebsmaschinen), mit denen das Fahrzeug angetrieben und insbesondere beschleunigt werden kann. Zur Beschleunigung des Fahrzeugs kann (z.B. durch einen Fahrer des Fahrzeugs) eine Beschleunigungs-Anforderung generiert werden. Beispielsweise kann ein Fahrpedal des Fahrzeugs betätigt werden, um das Fahrzeug zu beschleunigen. Die Beschleunigungs-Anforderung kann dann in ein Basis-Soll-Moment überführt werden, mit dem die ein oder mehreren Antriebsmotoren angesteuert werden. Insbesondere können die ein oder mehreren Antriebsmotoren angesteuert werden, um ein Antriebsmoment zu generieren, welches dem Basis-Soll-Moment entspricht. Als Folge der Ansteuerung der ein oder mehreren Antriebsmotoren wird das Fahrzeug beschleunigt.
  • Das Verfahren umfasst das Ermitteln einer zulässigen Beschleunigung des Fahrzeugs auf Basis der Beschleunigungs-Anforderung (z.B. auf Basis der Auslenkung des Fahrpedals des Fahrzeugs) und auf Basis eines Modells des Fahrzeugs. Das Modell des Fahrzeugs kann modellhaft beschreiben, wie eine Beschleunigungs-Anforderung durch das Fahrzeug umgesetzt werden sollte. Mit anderen Worten kann das Modell des Fahrzeugs anzeigen, welche Beschleunigung das Fahrzeug in Reaktion auf die Beschleunigungs-Anforderung aufweisen sollte. Ein solches Modell kann das tatsächliche (fehlerfreie) Verhalten des Fahrzeugs typischerweise nur näherungsweise beschreiben. Als Folge daraus kann die über das Modell des Fahrzeugs ermittelte (maximal) zulässige Beschleunigung ggf. von der tatsächlich zu erwartenden Beschleunigung des (fehlerfrei funktionierenden) Fahrzeugs abweichen.
  • Das Verfahren umfasst weiter das Ermitteln einer Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs. Die Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs kann z.B. anhand eines Beschleunigungssensors (z.B. eines piezoelektrischen Beschleunigungssensors) erfasst werden.
  • Außerdem umfasst das Verfahren das Vergleichen der Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs mit der (maximal) zulässigen Beschleunigung. Insbesondere kann ermittelt werden, ob die Ist-Beschleunigung größer oder kleiner als die zulässige Beschleunigung ist. Beispielsweise kann eine Abweichung der Ist-Beschleunigung von der zulässigen Beschleunigung, d.h. eine Differenz der Ist-Beschleunigung und der zulässigen Beschleunigung, ermittelt werden.
  • Des Weiteren umfasst das Verfahren das Ermitteln eines Delta-Moments, das das Basis-Soll-Moment reduziert, um die Ist-Beschleunigung zu reduzieren, in dem Fall, dass die Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs die zulässige Beschleunigung übersteigt. Bei Übersteigen der Ist-Beschleunigung über die zulässige Beschleunigung kann somit das Basis-Soll-Moment um das Delta-Moment reduziert werden, um ein effektives Soll-Moment zu ermitteln. Die ein oder mehreren Antriebsmotoren des Fahrzeugs können dann mit dem (reduzierten) effektiven Soll-Moment angesteuert werden, um die Ist-Beschleunigung zu reduzieren. Dabei hängt das Delta-Moment typischerweise von der (Größe der) Abweichung zwischen Ist-Beschleunigung und zulässiger Beschleunigung ab.
  • Somit kann eine ggf. fehlerhafte Modellierung des Beschleunigungsverhaltens des Fahrzeugs kompensiert werden. Insbesondere wird so ein sicherer und fortlaufender Betrieb des Fahrzeugs ermöglicht (auch wenn die Beschleunigungsüberwachung eine erhöhte Ist-Beschleunigung anzeigt).
  • Das Delta-Moment kann mit einem Regelkreis ermittelt werden, der von der Differenz aus Ist-Beschleunigung und zulässiger Beschleunigung abhängt. Das Delta-Moment kann mittels eines Reglers (der z.B. einen PID-Regler umfasst) aus dem Regelfehler ermittelt werden. So kann gewährleistet werden, dass die Ist-Beschleunigung in zuverlässiger Weise auf die zulässige Beschleunigung zurückgeführt bzw. reduziert wird.
  • Das Delta-Moment kann insbesondere nur dann generiert werden, wenn der Regelfehler eine aktuelle oder zukünftige Überschreitung der Ist-Beschleunigung über der zulässigen Beschleunigung anzeigt (z.B. wenn der Regelfehler negativ bzw. positiv ist). Andererseits kann in dem umgekehrten Fall (wenn der Regelfehler positiv bzw. negativ ist) kein Delta-Moment generiert werden, um das Basis-Soll-Moment zu verändern. Die Regelung kann somit auf eine Reduzierung der Ist-Beschleunigung bzw. auf eine Reduzierung des Basis-Soll-Moments (welches sich (ggf. allein) aus der Beschleunigungs-Anforderung ergibt) beschränkt sein. Andererseits kann eine Erhöhung der Ist-Beschleunigung bzw. des Basis-Soll-Moments von der Regelung ausgenommen sein.
  • Das Verfahren kann umfassen, das Ermitteln eines effektiven Soll-Moments auf Basis des Basis-Soll-Moments und auf Basis des Delta-Moments (z.B. auf Basis der Summe des Basis-Soll-Moments und des (negativen) Delta-Moments). Insbesondere kann das effektive Soll-Moment der Summe aus Basis-Soll-Moment und (negativem) Delta-Moment entsprechen. Es kann dann das effektive Soll-Moment von den ein oder mehreren Antriebsmotoren des Fahrzeugs angefordert werden. Durch die Reduzierung des angeforderten Soll-Moments kann die Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs in zuverlässiger Weise reduziert werden.
  • Das Verfahren kann umfassen, das Ermitteln einer prädizierten Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs auf Basis des Basis-Soll-Moments. Insbesondere kann die prädizierte Ist-Beschleunigung in präziser Weise auf Basis einer Mehrzahl von Basis-Soll-Momenten an einer entsprechenden Mehrzahl von vergangenen Abtastzeitpunkten ermittelt werden. Zu diesem Zweck kann ein Modell des Fahrzeugs verwendet werden, dass anzeigt, wie die Anforderung eines Soll-Moments durch die ein oder mehreren Antriebsmotoren des Fahrzeugs umgesetzt wird.
  • Außerdem kann das Verfahren umfassen, das Vergleichen der prädizierten Ist-Beschleunigung mit der zulässigen Beschleunigung. Es kann (ggf. nur) dann ein Vorsteuer-Moment zur Reduzierung des Basis-Soll-Moments ermittelt werden, wenn die prädizierte Ist-Beschleunigung größer als die zulässige Beschleunigung ist. Das Vorsteuer-Moment kann dabei von der Differenz zwischen der prädizierten Ist-Beschleunigung und der zulässigen Beschleunigung abhängen. Das Vorsteuer-Moment kann (ggf. anders als das Delta-Moment) über eine Abbildungsfunktion ermittelt werden, die der Differenz aus prädizierter Ist-Beschleunigung und zulässiger Beschleunigung ein Vorsteuer-Moment zuweist (und nicht über einen Regelkreis).
  • Das Vorsteuer-Moment kann dazu verwendet werden, um das Basis-Soll-Moment zu reduzieren und um die ein oder mehreren Antriebmotoren des Fahrzeugs bereits frühzeitig mit einem reduzierten effektiven Soll-Moment anzusteuern. So kann bereits frühzeitig (ggf. noch vor Überschreiten der Ist-Beschleunigung über die zulässige Beschleunigung) eine Reduzierung bzw. Limitierung der Ist-Beschleunigung eingeleitet werden.
  • Dabei kann das Basis-Soll-Moment ggf. in exklusiver Weise entweder durch das Vorsteuer-Moment oder durch das Delta-Moment reduziert werden, um das effektive Soll-Moment zur Ansteuerung der ein oder mehreren Antriebsmotoren zu ermitteln. Beispielsweise kann (allein) das Vorsteuer-Moment zur Reduzierung des Basis-Soll-Moments verwendet werden, solange die Ist-Beschleunigung noch nicht die zulässige Beschleunigung überschritten hat bzw. solange noch kein Delta-Moment generiert wird. Andererseits kann (allein) das Delta-Moment zur Reduzierung des Basis-Soll-Moments verwendet werden, wenn die Ist-Beschleunigung die zulässige Beschleunigung überschritten hat bzw. wenn ein Delta-Moment durch den Regler generiert wird. So kann eine stabile und zuverlässige Abregelung der Ist-Beschleunigung gewährleistet werden.
  • Wie bereits oben dargelegt, kann das Delta-Moment mittels eines Reglers auf Basis eines Regelfehlers generiert werden, wobei der Regelfehler eine Differenz aus der Ist-Beschleunigung und der zulässigen Beschleunigung umfassen kann. Der Regler kann dabei einen integrierenden Regler-Anteil aufweisen, der sich nur dann aufbaut, wenn der Regelfehler anzeigt, dass die Ist-Beschleunigung größer als die zulässige Beschleunigung ist oder sein wird (z.B. wenn der Regelfehler negativ bzw. positiv ist). Durch einen derartigen asymmetrischen Regler kann bewirkt werden, dass das Basis-Soll-Moment nur bei (zu erwartenden) Beschleunigungsüberschreitungen (und nicht bei Beschleunigungsunterschreitungen) durch das Delta-Moment beeinflusst werden.
  • Alternativ oder ergänzend kann ein Verstärkungsfaktor des Reglers von einem Absolutwert des Regelfehlers abhängen. Durch Anpassung des Verstärkungsfaktors an die Größe des Regelfehlers kann das unterschiedliche Verhalten des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Höhe der angeforderten Beschleunigung berücksichtigt werden. Somit kann auch für unterschiedliche Situationen eine zuverlässige Abregelung der Beschleunigung gewährleistet werden.
  • Das Fahrzeug ist derart ausgestaltet, dass die Beschleunigungs-Anforderung mit einer Totzeit umgesetzt wird. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor umfasst. Das Verfahren umfasst, das Ermitteln einer Totzeit-kompensierten Ist-Beschleunigung auf Basis der Beschleunigungs-Anforderung und auf Basis eines Totzeit-Modells des Fahrzeugs. Insbesondere kann die Totzeit-kompensierte Ist-Beschleunigung mittels eines Smith-Predictors ermittelt werden. Das Delta-Moment wird in diesem Fall (ggf. bereits dann) generiert, wenn die Totzeit-kompensierte Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs die zulässige Beschleunigung übersteigt (auch wenn die Ist-Beschleunigung ggf. noch nicht die zulässige Beschleunigung übersteigt). Insbesondere kann der Regelfehler zur Ermittlung des Delta-Moments auf Basis der Totzeit-kompensierten Ist-Beschleunigung ermittelt werden, z.B. als Differenz aus der zulässigen Beschleunigung und der Totzeit-kompensierten Ist-Beschleunigung. So kann bereits frühzeitig ein Delta-Moment zur Reduzierung des Basis-Soll-Moments generiert werden. Insbesondere kann so bereits frühzeitig gegen eine Beschleunigungsüberschreitung vorgegangen werden.
  • Das Fahrzeug kann eine erste Achse (z.B. eine Vorder-Achse) und eine zweite Achse (z.B. eine Hinter-Achse) aufweisen. Dabei können sowohl die erste Achse als auch die zweite Achse jeweils zumindest durch einen der ein oder mehreren Antriebsmotoren des Fahrzeugs angetrieben werden. Insbesondere kann die erste Achse durch einen ersten Antriebsmotor und die zweite Achse durch einen separaten zweiten Antriebsmotor angetrieben werden. Das Verfahren kann umfassen, das Ermitteln eines ersten Delta-Teilmoments auf Basis eines ersten Regelkreises für die erste Achse und das Ermitteln eines zweiten Delta-Teilmoments auf Basis eines zweiten Regelkreises für die zweite Achse. Es können somit anhand von separaten Regelkreisen separate Delta-Teilmomente ermittelt werden. So kann das unterschiedliche Antriebsverhalten der Achsen eines Fahrzeugs berücksichtigt werden. Desweiteren können so ein erstes Basis-Soll-Moment für den ersten Antriebsmotor (zum Antrieb der ersten Achse) und ein zweites Basis-Soll-Moment für den zweiten Antriebsmotor (zum Antrieb der zweiten Achse) separat angepasst werden.
  • Das Delta-Moment zur Reduzierung des Basis-Soll-Moments kann dann auf Basis des ersten Delta-Teilmoments und auf Basis des zweiten Delta-Teilmoments ermittelt wird. Insbesondere können das erste Delta-Teilmoment und das zweite Delta-Teilmoment summiert werden. Bei der Ermittlung des Delta-Moments kann ein Verteilungsfaktor zur Verteilung eines Antriebsmoments der ein oder mehreren Antriebsmotoren auf die erste Achse und auf die zweite Achse berücksichtigt werden. So kann eine präzise Reduzierung des Basis-Soll-Moments erreicht werden.
  • Insbesondere kann über den Verteilungsfaktor die Momenten-Anforderung auf den ersten Antriebsmotor und auf den zweiten Antriebsmotor aufgeteilt werden, so dass sich ein erstes Basis-Soll-Moment für den ersten Antriebsmotor und ein zweites Basis-Soll-Moment für den zweiten Antriebsmotor ergibt. Es können dann mittels des ersten Regelkreises und mittels des zweiten Regelkreises ein erstes Delta-Teilmoment und ein zweites Delta-Teilmoment ermittelt werden. Diese Delta-Teilmomente können anhand des Verteilungsfaktors skaliert werden, so dass ein Verhältnis aus dem ersten Soll-Moment für den ersten Antriebsmotor (das sich aus der Summe des ersten Basis-Soll-Moments und des ersten skalierten Delta-Teilmoments ergibt) und aus dem zweiten Soll-Moment für den zweiten Antriebsmotor (das sich aus der Summe des zweiten Basis-Soll-Moments und des zweiten skalierten Delta-Teilmoments ergibt) dem Verteilungsfaktor entspricht. So kann eine präzise Reduzierung des Basis-Soll-Moments erreicht werden, bei der ein übergeordneter Achsverteilungsfaktor eingehalten wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Steuereinheit für ein Fahrzeug beschrieben. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, eine zulässige Beschleunigung des Fahrzeugs auf Basis einer Beschleunigungs-Anforderung und auf Basis eines Modells des Fahrzeugs zu ermitteln. Die Beschleunigungs-Anforderung kann dabei einem Basis-Soll-Moment entsprechen, das von ein oder mehreren Antriebsmotoren des Fahrzeugs bereitgestellt werden soll.
  • Außerdem kann die Steuereinheit eingerichtet sein, eine Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs zu ermitteln, und die Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs mit der zulässigen Beschleunigung zu vergleichen. Desweiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, ein Delta-Moment zu ermitteln, das das Basis-Soll-Moment reduziert, um die Ist-Beschleunigung zu reduzieren, wenn die Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs die zulässige Beschleunigung übersteigt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (insbesondere ein Straßenkraftfahrzeug z.B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Steuereinheit umfasst.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät bzw. auf einer Steuereinheit) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
  • Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
    • 1 beispielhafte Komponenten eines Fahrzeugs;
    • 2 ein beispielhaftes System zur Abregelung der Beschleunigung; und
    • 3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Anpassung der Beschleunigung eines Fahrzeugs.
  • Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der zuverlässigen und effizienten Überwachung des Beschleunigungsverhaltens eines Fahrzeugs. In diesem Zusammenhang zeigt 1 ein Blockdiagramm eine Fahrzeugs 100. Das Fahrzeug 100 umfasst zumindest einen Antriebsmotor 102, der eingerichtet ist eine Vorder-Achse 111 und/oder eine Hinter-Achse 112 des Fahrzeugs 100 anzutreiben. Insbesondere kann jede Achse 111, 112 des Fahrzeugs 100 durch mindestens einen Antriebsmotor 102 angetrieben werden. Beispielsweise kann das Fahrzeug 100 einen Achshybrid-Antrieb umfassen, bei dem die Antriebsachsen 111, 112 über die Fahrbahn gekoppelt sind und bei dem jede Achse 111, 112 durch ein oder mehrere Antriebsmotoren 102 angetrieben wird. Die ein oder mehreren Antriebsmotoren 102 können durch eine Steuereinheit 101 (z.B. durch ein Motorsteuergerät) angesteuert werden. Das Fahrzeug 100 umfasst weiter einen Beschleunigungssensor 103, der eingerichtet ist, die Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs 100 zu erfassen.
  • Die Steuereinheit 101 kann eingerichtet sein, einen Fahrerwunsch in Bezug auf die Beschleunigung des Fahrzeugs 100 zu ermitteln. Insbesondere kann die Steuereinheit 101 eine Auslenkung eines Fahrpedals des Fahrzeugs 100 auswerten, um den Fahrerwunsch in Bezug auf die Beschleunigung des Fahrzeugs 100 (d.h. die Beschleunigungs-Anforderung) zu ermitteln.
  • 2 zeigt einen beispielhaften Regelkreis 200 zur Überwachung des Beschleunigungsverhaltens eines Fahrzeugs 100. Der Fahrerwunsch bzw. die Beschleunigungs-Anforderung 211 in Bezug auf die Beschleunigung kann durch ein Fahrzeug-Modell 201 in eine (maximal) zulässige Beschleunigung 212 überführt werden. Die zulässige Beschleunigung 212 zeigt die Beschleunigung an, die das Fahrzeug 100 maximal aufweisen sollte, wenn sich das Fahrzeug 100 gemäß dem Fahrzeug-Modell 201 verhalten würde. Die zulässige Beschleunigung kann mit der (durch den Beschleunigungssensor 103 erfassten) Ist-Beschleunigung 213 verglichen werden, wobei sich aus der Differenz aus der zulässigen Beschleunigung 212 und der Ist-Beschleunigung 213 ein Regelfehler 214 ergibt. Der Regelfehler 214 kann z.B. negativ sein, wenn die Ist-Beschleunigung 213 größer als die zulässige Beschleunigung 212 ist. Der Regelfehler 214 kann in einem Regler 202 in eine Führungsgröße 215 für einen Aktuator (z.B. für den Antriebsmotor 102) überführt werden. Der Aktuator kann dann auf Basis der Führungsgröße 215 und ggf. auf Basis einer weiteren Führungsgröße 216 aus dem Fahrerwunsch 211 angesteuert werden. Insbesondere kann die Führungsgröße 215 aus dem Regler 202 dazu verwendet werde, die Führungsgröße 216 aus dem Fahrerwunsch 211 (bzw. aus der Beschleunigungs-Anforderung) anzupassen.
  • Aus der Beschleunigungs-Anforderung 211 kann (z.B. über eine eindeutige und stetige Zuweisungsfunktion) ein Basis-Soll-Moment 216 für den Antriebsmotor 102 des Fahrzeugs 100 ermittelt werden. Außerdem kann durch den Regler 202 ein (nicht-positives) Delta-Moment 215 ermittelt werden. Aus der Summe von Basis-Soll-Moment 216 und (nicht-positivem) Delta-Moment 215 kann dann ein effektives Soll-Moment 218 zur Ansteuerung des Antriebsmotors 102 (d.h. eine effektive Führungsgröße für die tatsächliche Regelstrecke 203) ermittelt werden.
  • Der Regler 202 kann derart ausgelegt sein, dass nur dann ein reduzierender Eingriff auf den Aktuator (insbesondere auf den Antriebsmotor 102) erfolgt, wenn die Ist-Beschleunigung 213 des Fahrzeugs 100 größer ist als die zulässige Beschleunigung 212 des Fahrzeugs 100 ist. In einem solchen Fall kann es zu einer Abregelung der Beschleunigung des Fahrzeugs 100 kommen, so dass die Ist-Beschleunigung 213 des Fahrzeugs 100 auf die zulässige Beschleunigung 212 des Fahrzeugs 200 reduziert wird. So kann zum einen gewährleistet werden, dass es zu keiner Beschleunigungsüberhöhung des Fahrzeugs 100 kommt. Andererseits wird auch nach eine Beschleunigungsüberschreitung weiterhin ein sicherer Betrieb des Fahrzeugs 100 ermöglicht, so dass eine zuverlässige und eine effiziente Überwachung des Beschleunigungsverhaltens des Fahrzeugs 100 ermöglicht wird.
  • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zur Überwachung des Beschleunigungsverhaltens eines Fahrzeugs 100. Das Verfahren 300 umfasst das Ermitteln 301 einer zulässigen Beschleunigung 212 des Fahrzeugs 100 auf Basis einer Beschleunigungs-Anforderung 211 (z.B. auf Basis der Auslenkung des Fahrpedals des Fahrzeugs 100) und auf Basis eines Modells 201 des (dynamischen Verhaltens des) Fahrzeugs 100. Dabei entspricht die Beschleunigungs-Anforderung 211 typischerweise einem Basis-Soll-Moment 216, das von den ein oder mehreren Antriebsmotoren 102 des Fahrzeugs 100 bereitgestellt werden soll (z.B. gemäß einer vordefinierten Zuweisungsfunktion).
  • Insbesondere können die ein oder mehreren Antriebsmotoren 102 angesteuert werden, um ein Antriebsmoment zu erbringen, das dem Basis-Soll-Moment 216 entspricht.
  • Das Verfahren 300 umfasst weiter das Ermitteln 302 einer Ist-Beschleunigung 213 des Fahrzeugs 100 (z.B. mittels eines Beschleunigungssensors 103). Außerdem umfasst das Verfahren 300 das Vergleichen 303 der Ist-Beschleunigung 213 des Fahrzeugs 100 mit der zulässigen Beschleunigung 212. Des Weiteren umfasst das Verfahren 300 das Ermitteln 304 eines Delta-Moments 215, das das Basis-Soll-Moment 216 reduziert, um die Ist-Beschleunigung 213 zu reduzieren, wenn der Vergleich ergibt, dass die Ist-Beschleunigung 213 des Fahrzeugs 100 die zulässige Beschleunigung 212 übersteigt. Die ein oder mehreren Antriebsmotoren 102 können dann mit einem reduzierten effektiven Soll-Moment 218 angesteuert werden, das die Summe aus dem Basis-Soll-Moment 216 und dem (negativen) Delta-Moment 215 umfasst (bzw. dieser Summe entspricht). So kann die Ist-Beschleunigung 213 des Fahrzeugs 100 reduziert werden.
  • Die Beschleunigung des Fahrzeugs 100 kann somit abgeregelt werden, wenn detektiert wird, dass die zulässige Beschleunigung 212 des Fahrzeugs 212, die über ein Modell 201 ermittelt wurde, kleiner als eine Ist-Beschleunigung 213 ist, die z.B. mit einem Beschleunigungssensor 103 erfasst wurde. Insbesondere kann die Beschleunigung des Fahrzeugs 100 herunter geregelt werden, um zu bewirken, dass die Ist-Beschleunigung 213 des Fahrzeugs 100 die Soll-Beschleunigung 212 nicht mehr überschreitet. Bei Überschreitung der Ist-Beschleunigung 213 über die erlaubte Beschleunigung 212 (aus der Beschleunigungsüberwachung) kann somit die Ist-Beschleunigung 213 des Fahrzeugs 100 mittels einer Beschleunigungsabregelung auf die erlaubte Beschleunigung 212 herunter geregelt werden.
  • Andererseits kann für den Fall, dass die Ist-Beschleunigung 213 kleiner als die Soll-Beschleunigung 212 ist (bzw. für den Fall dass der Regelfehler 214 nicht positiv ist) kein abregelnder Eingriff auf den Aktuator (insbesondere auf den Antriebsmotor 102) erfolgen.
  • Zur Regelung der Ist-Beschleunigung 213 bei Vorliegen eines Regelfehlers 214, der ein Überschreiten der Ist-Beschleunigung 213 über die Soll-Beschleunigung 212 anzeigt, kann eine Regelung mit PID-Anteilen (im Regler 202) erfolgen. Dabei kann der Regler 202 derart ausgelegt sein, dass der Regler 202 nur reduzierende Momente fordert (um die Ist-Beschleunigung 213 zu reduzieren). Der Regler 202 kann somit derart ausgelegt sein, dass aus dem Delta-Moment 215 keine erhöhenden Soll-Momente 218 von dem Antriebsmotor 102 gefordert werden können. So kann dediziert eine Beschleunigungsüberhöhung überwacht werden.
  • Insbesondere kann der Regler 202 nur dann eingreifen, falls mindestens folgende Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind: Die Ist-Beschleunigung 213 übersteigt die maximal zulässige Beschleunigung 212 aus der Beschleunigungsüberwachung; und die Beschleunigungsüberwachung ist aktiv. Dabei kann der Regler 202 limitierend als obere Grenze in den Momentenpfad auf Hinter-Achse 112 und Vorder-Achse 111 eingreifen. Insbesondere kann der Regler 202 als Führungsgröße 215 ein (negatives) Delta-Moment 215 zum Basis-Soll-Moment 216 aus dem Fahrerwunsch 211 generieren, um die Ist-Beschleunigung 213 auf die maximal zulässige Beschleunigung 212 herunterzuregeln.
  • Die Abregelung der Beschleunigung 213 kann durch eine Vorsteuerung 204 verbessert werden. Insbesondere kann durch eine Vorsteuerung 204 ein Überschreiten der Ist-Beschleunigung 213 über die zulässige Beschleunigung 212 weitestgehend vermieden werden. Mit der Vorsteuerung 204 kann der erwartete Beschleunigungszuwachs prädiziert und dadurch die Dynamik der Gesamtfunktion erhöht werden.
  • Insbesondere kann auf Basis anliegender Basis-Soll-Momente 216, die sich aus dem Fahrerwunsch 211 ergeben, ein erwarteter Zuwachs der Ist-Beschleunigung 213 prädiziert werden. Zu diesem Zweck können das aktuell anliegende Basis-Soll-Moment 216 und das Basis-Soll-Moment 216 von ein oder mehreren vergangenen Zeitschritten betrachtet werden. Auf Basis des erwarteten Beschleunigungs-Zuwachses kann eine erwartete zukünftige Ist-Beschleunigung prädiziert werden (als Summe der aktuellen Ist-Beschleunigung 213 und des erwarteten Beschleunigungs-Zuwachses). Die erwartete Ist-Beschleunigung kann wiederum mit der maximal zulässigen Beschleunigung 212 verglichen werden, um zu überprüfen, ob die erwartete Ist-Beschleunigung die maximal zulässige Beschleunigung 212 überschreiten wird. Wenn dies der Fall ist, so kann bereits im Vorfeld (d.h. noch bevor die Ist-Beschleunigung 213 die maximal zulässige Beschleunigung 212 überschreitet) eine Momenten-Reduktion erfolgen. Insbesondere kann ein (negatives) Vorsteuer-Moment 217 generiert werden, das mit dem Soll-Moment 216 und (ggf.) mit dem Delta-Moment 215 überlagert werden kann, um ein effektives Soll-Moment 218 zur Ansteuerung des Antriebsmotors 102 zu ermitteln.
  • Durch die Überlagerung des (negativen) Delta-Moments 215 und des (negativen) Vorsteuer-Moments 217 kann es zu relativ großen Verstärkungen und ggf. zu Schwingungen im Regelkreis 200 kommen. Zur Vermeidung derartiger Effekte kann die Vorsteuerung 204 ggf. nur dann erfolgen, wenn kein Delta-Moment 215 generiert wird. Mit anderen Worten, die Vorsteuerung 204 kann deaktiviert werden, wenn die Abregelung über den Regler 202 aktiv ist.
  • Der Regler 202 kann einen PID-Regler umfassen. Insbesondere kann dabei ein unsymmetrischer PID-Regler verwendet werden, bei dem sich z.B. der I-Anteil nur dann aufbaut, wenn die Ist-Beschleunigung 213 die maximal zulässige Beschleunigung 212 überschreitet (bzw. wenn der Regelfehler 214 positiv ist). So kann der Regelkreis 200 in effektiver Weise auf eine Abregelung beschränkt werden.
  • Alternativ oder ergänzend kann das Verhalten des Reglers 202 unterschiedlich für große bzw. für kleine Regelfehler 214 sein. Mit anderen Worten, Parameter des Reglers 202 können von der Größe des Regelfehlers 214 abhängen. Beispielsweise können für relativ kleine Regelfehler 214 andere Verstärkungsfaktoren gewählt werden als für relativ große Regelfehler 214. So kann der Regler 202 an das Verhalten der tatsächlichen Regelstrecke 203 angepasst werden. Insbesondere kann sich die Dynamik der Regelstrecke 203 für relativ kleine bzw. große Sprünge des angeforderten effektiven Soll-Moments 218 substantiell unterscheiden (insbesondere bei einem Verbrennungsmotor als Antriebsmotor 102). Dies kann durch Anpassung der Regler 202 berücksichtigt werden.
  • Die Regelkreis 200 kann substantielle Totzeiten aufweisen. Totzeiten können z.B. auftreten, wenn die Abregelung in dynamische Situationen eingreift, bei denen das Ist-Moment (das von einem Antriebsmotor 102 erbracht wird) noch unterhalb des effektiven Soll-Moments 218 liegt (das von dem Antriebsmotor 102 angefordert wird). Wenn bei einem solchen Eingriff ein Reglereingriff erfolgt, der das effektive Soll-Moment 218 reduziert, dann kann dies dazu führen, dass die Reduzierung des effektiven Soll-Moments 218 keine direkte Wirkung auf die Ist-Beschleunigung 213 hat. Es ergibt sich somit eine Totzeit in der Strecke zwischen dem angeforderten effektiven Soll-Moment 218 bis zur Ist-Beschleunigung 213. Der Regelkreis 200 kann daher Mittel zur Totzeitkompensation (z.B. einen Prädiktor, insbesondere einen Smith-Predictor) umfassen, um einen verzögerten Einfluss der Abregelung auf die Ist-Beschleunigung 213 (zumindest teilweise) zu kompensieren.
  • Die Mittel zur Totzeitkompensation können eine Rückkopplung des effektiven Soll-Moments 218 auf den Regelfehler 214 umfassen. Insbesondere können die Mittel zur Totzeitkompensation ein Modell der Regelstrecke 203 umfassen, das die Totzeit der Regelstrecke 203 modelliert. So kann bereits frühzeitig erkannt werden, dass sich das effektive Soll-Moment 218 nur verzögert auf die Ist-Beschleunigung 213 auswirkt. Diese verzögerte Umsetzung der Ist-Beschleunigung 213 kann prädiziert und bei der Ermittlung des Regelfehlers 214 berücksichtigt werden. Insbesondere kann der Regelfehler 214 erhöht werden, um ein erhöhtes Delta-Moment 215 zu generieren, und um so bereits frühzeitig gegen ein Überschreiten der Ist-Beschleunigung 213 über die maximal zulässige Beschleunigung 212 einzuwirken.
  • Die Steuereinheit 101 kann eingerichtet sein, für jede Achse 111, 112 des Fahrzeugs 100 einen separaten Regelkreis 200 bereitzustellen. So können eine unterschiedliche Dynamik der Hinter-Achse 112 und der Vorder-Achse 111 berücksichtigt werden. Für die unterschiedliche Dynamik der Achsen 111, 112 können dann unterschiedliche Parameter für die jeweiligen Regler 202 verwendet werden. Die über die Regelkreise 200 ermittelten Delta-Teilmomente 215 für die jeweilige Achsen 111, 112 können dann über den Achsverteilungsfaktor des Fahrzeugs 100 skaliert werden. So kann gewährleistet werden, dass die übergeordnete Achsverteilung nicht durch die Abregelung der Beschleunigung vertrimmt wird.
  • Die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren können auf unterschiedliche Antriebstopologien (wie z.B. Achshybrid, Hybrid, Elektro-Fahrzeug, Fahrzeug nur mit Verbrennungsmotor, etc.) angewendet werden.
  • Durch die beschriebenen Verfahren kann die Anzahl von fehlerhaften Reaktionen einer Beschleunigungsüberwachung (die z.B. durch Modellunsicherheiten verursacht werden) reduziert werden. Somit kann die Robustheit der Beschleunigungsüberwachung erhöht werden. Des Weiteren wird die Wahrscheinlichkeit von Fahrzeugabschaltungen und von erforderlichen Tauschvorgängen von Steuergeräten bei Fehlerspeichereintrag reduziert.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims (9)

  1. Verfahren (300) zur Überwachung des Beschleunigungsverhaltens eines Fahrzeugs (100), wobei das Verfahren (300) umfasst, - Ermitteln (301) einer zulässigen Beschleunigung (212) des Fahrzeugs (100) auf Basis einer Beschleunigungs-Anforderung (211) und auf Basis eines Modells (201) des Fahrzeugs (100); wobei die Beschleunigungs-Anforderung (211) einem Basis-Soll-Moment (216) entspricht, das von ein oder mehreren Antriebsmotoren (102) des Fahrzeugs (100) bereitgestellt werden soll; wobei das Fahrzeug (100) die Beschleunigungs-Anforderung (211) mit einer Totzeit umsetzt; - Ermitteln (302) einer Ist-Beschleunigung (213) des Fahrzeugs (100); - Ermitteln einer Totzeit-kompensierten Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs (100) auf Basis der Beschleunigungs-Anforderung (211) und auf Basis eines Totzeit-Modells des Fahrzeugs (100); - Vergleichen (303) der Totzeit-kompensierten Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs (100) mit der zulässigen Beschleunigung (212); und - Ermitteln (304) eines Delta-Moments (215), das zur Reduzierung des Basis-Soll-Moments (216) verwendet wird, um die Ist-Beschleunigung (213) zu reduzieren, wenn die Totzeit-kompensierten Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs (100) die zulässige Beschleunigung (212) übersteigt.
  2. Verfahren (300) gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren (300) umfasst, - Ermitteln eines effektiven Soll-Moments (218) auf Basis des Basis-Soll-Moments (216) und auf Basis des Delta-Moments (215); und - Anfordern des effektiven Soll-Moments (218) von den ein oder mehreren Antriebsmotoren (102) des Fahrzeugs (100).
  3. Verfahren (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren (300) umfasst, - Ermitteln einer prädizierten Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs (100) auf Basis des Basis-Soll-Moments (216); - Vergleichen der prädizierten Ist-Beschleunigung mit der zulässigen Beschleunigung (212); und - Ermitteln eines Vorsteuer-Moments (217) zur Reduzierung des Basis-Soll-Moments (218), wenn die prädizierte Ist-Beschleunigung größer als die zulässige Beschleunigung (212) ist.
  4. Verfahren (300) gemäß Anspruch 3, wobei das Basis-Soll-Moment (216) entweder durch das Vorsteuer-Moment (217) oder durch das Delta-Moment (215) reduziert wird, um ein effektives Soll-Moment (218) zur Ansteuerung der ein oder mehreren Antriebsmotoren (102) zu ermitteln.
  5. Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei die prädizierte Ist-Beschleunigung auf Basis einer Mehrzahl von Basis-Soll-Momenten (216) an einer entsprechenden Mehrzahl von vergangenen Abtastzeitpunkten ermittelt wird.
  6. Verfahren (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Delta-Moment (215) mittels eines Reglers (202) auf Basis eines Regelfehlers (214) generiert wird; - der Regelfehler (214) eine Differenz aus der Ist-Beschleunigung (213) und der zulässigen Beschleunigung (212) umfasst; und - der Regler (202) einen integrierenden Regler-Anteil aufweist, der sich nur dann aufbaut, wenn der Regelfehler (214) anzeigt, dass die Ist-Beschleunigung (213) größer als die zulässige Beschleunigung (212) ist oder sein wird; und/oder - ein Verstärkungsfaktor des Reglers (202) von einem Absolutwert des Regelfehlers (214) abhängt.
  7. Verfahren (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Totzeit-kompensierte Ist-Beschleunigung mittels eines Smith-Predictors ermittelt wird.
  8. Verfahren (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Fahrzeug (100) eine erste Achse (111) und eine zweite Achse (112) aufweist; - das Verfahren (300) umfasst, Ermitteln eines ersten Delta-Teilmoments auf Basis eines ersten Regelkreises (200) für die erste Achse (111) und Ermitteln eines zweiten Delta-Teilmoments auf Basis eines zweiten Regelkreises (200) für die zweite Achse (112); und - das Delta-Moment (215) zur Reduzierung des Basis-Soll-Moments (216) auf Basis des ersten Delta-Teilmoments und auf Basis des zweiten Delta-Teilmoments ermittelt wird, insbesondere in Abhängigkeit eines Verteilungsfaktors zur Verteilung eines Antriebsmoments der ein oder mehreren Antriebsmotoren (102) auf die erste Achse (111) und auf die zweite Achse (112).
  9. Steuereinheit (101) für ein Fahrzeug (100), wobei die Steuereinheit (101) eingerichtet ist, - eine zulässige Beschleunigung (212) des Fahrzeugs (100) auf Basis einer Beschleunigungs-Anforderung (211) und auf Basis eines Modells (201) des Fahrzeugs (100) zu ermitteln; wobei die Beschleunigungs-Anforderung (211) einem Basis-Soll-Moment (216) entspricht, das von ein oder mehreren Antriebsmotoren (102) des Fahrzeugs (100) bereitgestellt werden soll; wobei das Fahrzeug (100) die Beschleunigungs-Anforderung (211) mit einer Totzeit umsetzt; - eine Ist-Beschleunigung (213) des Fahrzeugs (100) zu ermitteln; - auf Basis der Beschleunigungs-Anforderung (211) und auf Basis eines Totzeit-Modells des Fahrzeugs (100) eine Totzeit-kompensierten Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs (100) zu ermitteln; - die Totzeit-kompensierte Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs (100) mit der zulässigen Beschleunigung (212) zu vergleichen; und - ein Delta-Moments (215) zu ermitteln, das zur Reduzierung des Basis-Soll-Moments (216) verwendet wird, um die Ist-Beschleunigung (213) zu reduzieren, wenn die Totzeit-kompensierten Ist-Beschleunigung des Fahrzeugs (100) die zulässige Beschleunigung (212) übersteigt.
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