DE10210572A1

DE10210572A1 - Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs

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Publication number: DE10210572A1
Application number: DE10210572A
Authority: DE
Inventors: Herald F Arkenbosch; Alain Louis
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: BorgWarner Luxembourg Automotive Systems SA
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2002-03-11
Publication date: 2003-10-02

Abstract

Bei einem Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit eines von einer Antriebsvorrichtung angetriebenen Kraftfahrzeugs wird in einem Anfangsschritt eine Soll-Geschwindigkeit bestimmt. Dann werden wiederholt folgende Schritte ausgeführt: Erfassung einer Ist-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, Bestimmung einer Soll-Beschleunigung aus einer Geschwindigkeitsabweichung zwischen Ist- und Soll-Geschwindigkeit entsprechend einer vorgegebenen Zuordnung von Soll-Beschleunigungen zu Geschwindigkeitsabweichungen und Bestimmung einer Stellgröße unter Verwendung der Soll-Beschleunigung zur Ansteuerung der Antriebsvorrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs sowie eine entsprechende Regelvorrichtung.
Kraftfahrzeuge sind teilweise mit einer Geschwindigkeitsregelung ausgestattet, mittels derer die Ist-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs auf eine zuvor vorgegebene Soll-Geschwindigkeit regelbar ist. Bei solchen Geschwindigkeitsregelungen wird im Fall eines Ottomotors direkt aus einer Geschwindigkeitsabweichung zwischen Ist-Geschwindigkeit und Soll- Geschwindigkeit eine Drosselklappenöffnung des Ottomotors bestimmt, die die Stellgröße der Geschwindigkeitsregelung darstellt.
Derartige Geschwindigkeitsregelungen weisen jedoch einige Nachteile auf.
So besteht beispielsweise kein logischer Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeitsabweichung und einer auf ein angenehmes Betriebsverhalten hin ausgelegten Beschleunigung des Kraftfahrzeugs. So können prinzipiell die Beschleunigungen kurzzeitig so groß werden, dass ein Fahrer ein unangenehmes Betriebsverhalten wahrnimmt. Dieses Problem kann zwar durch eine entsprechende Kalibrierung der Geschwindigkeitsregelung reduziert werden, jedoch ist diese Kalibrierung vergleichsweise kompliziert und erfordert einen erheblichen Zeitaufwand.
Darüber hinaus eignen sich solche Geschwindigkeitsregelungen nicht sehr gut für Motorsteuerungen, die auf Soll-Drehmomenten basieren. Insbesondere ergibt sich das Problem, welchen Steuerbefehlen bei einer solchen Motorsteuerung der Vorzug gegeben werden soll, da alle anderen Module einer solchen Motorsteuerung ein Soll-Drehmoment und nicht eine Drosselklappenöffnung vorgeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, mit dem einfach ein angenehmes Betriebsverhalten während des Betriebs der Regelung erhalten wird, sowie eine entsprechende Regelvorrichtung zu schaffen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit eines von einer Antriebsvorrichtung angetriebenen Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit eines von einer Antriebsvorrichtung angetriebenen Kraftfahrzeugs wird in einem Anfangsschritt eine Soll-Geschwindigkeit bestimmt und es werden wiederholt folgende Schritte ausgeführt: Erfassung einer Ist-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, Bestimmung einer Soll-Beschleunigung aus einer Geschwindigkeitsabweichung zwischen Ist- und Soll-Geschwindigkeit entsprechend einer vorgegebenen Zuordnung von Soll-Beschleunigungen zu Geschwindigkeitsabweichungen und Bestimmung einer Stellgröße unter Verwendung der Soll-Beschleunigung zur Ansteuerung der Antriebsvorrichtung.

Zunächst wird also eine Soll-Geschwindigkeit bestimmt. Dies kann beispielsweise durch Erfassung entsprechender, eine Geschwindigkeit darstellender Daten erfolgen. Es kann jedoch auch, was häufiger der Fall sein wird, durch ein von einem Fahrer ausgelöstes Signal eine Ist-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs als Soll-Geschwindigkeit festgelegt werden.

Weiterhin wird eine Ist-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs erfasst, die sich beispielsweise aus Signalen von einem oder mehreren Geschwindigkeitssensoren an einem oder mehreren Rädern des Kraftfahrzeugs ergeben kann. Bei Verwendung mehrerer Sensoren kann dabei insbesondere auch eine Mittelung über mehrere Räder erfolgen.

Im Gegensatz zu bekannten Geschwindigkeitsregelungen, bei denen aus einer Geschwindigkeitsabweichung zwischen Ist- und Soll-Geschwindigkeit unmittelbar eine Drosselklappenstellung bestimmt wird, wird erfindungsgemäß aus einer Geschwindigkeitsabweichung zwischen Ist- und Soll-Geschwindigkeit entsprechend einer vorgegebenen Zuordnung von Soll-Beschleunigungen zu Geschwindigkeitsabweichungen eine Soll- Beschleunigung bestimmt. Diese Zuordnung kann beispielsweise in Form einer vorgegebenen Funktion, die zur Berechnung einer Soll-Beschleunigung aus einer gegebenen Ist-Geschwindigkeitsabweichung während des Betriebs dient, oder in Form einer Kennlinie oder eines Kennfeldes, die bzw. das in einer Speichereinrichtung gespeichert ist, gegeben sein.

Die vorgegebene Zuordnung kann dabei sehr einfach entsprechend vorgegebener Komfortkriterien für das Betriebsverhalten vorgegeben werden, da diese sich direkt auf das Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsverhalten beziehen.

Darüber hinaus ist dieselbe Zuordnung auch für sehr verschiedene Motoren und Motorsteuerungen verwendbar, soweit diese entsprechend hohe Beschleunigungs- und/oder Verzögerungswerte zulassen. Durch die direkte Zuordnung von Geschwindigkeitsabweichungen und Soll-Beschleunigungen ist somit eine Kalibrierung im Hinblick auf ein angenehmes Betriebsverhalten sehr einfach und insbesondere auch schnell möglich.

Die ermittelten Soll-Beschleunigungen werden dann zur Bestimmung einer Stellgröße zur Ansteuerung der Antriebsvorrichtung verwendet, die dann an die Antriebsvorrichtung bzw. deren Steuerung übergeben wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher grundsätzlich für beliebige Antriebsvorrichtungen, insbesondere für eine Brennkraftmaschine oder auch einen Elektromotor. Zur Erzielung entsprechender Verzögerungen kann die Antriebsvorrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung auch eine Bremse oder ein Bremssystem umfassen. Die Antriebsvorrichtung kann auch mehrere Motoren, insbesondere Elektromotoren aufweisen.

Weiterbildung und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen beschrieben.

Um ein gutartiges und feinfühliges Regelverhalten zu erzielen, ist die Zuordnung von Soll-Beschleunigungen zu Geschwindigkeitsabweichungen bevorzugt so gewählt, dass mit zunehmendem Betrag der Geschwindigkeitsabweichung auch der Betrag der Soll-Beschleunigung zunimmt. Geht insbesondere die Geschwindigkeitsdifferenz gegen Null, nähert sich die Soll-Beschleunigung entsprechend ebenfalls dem Wert Null.

Um ein an verschiedene Fahrsituationen angepasstes Betriebsverhalten der erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsregelung zu ermöglichen, ist es bevorzugt, dass die vorgegebene Zuordnung von Soll-Beschleunigung zu Geschwindigkeitsabweichungen von der Ist- und/oder Soll-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abhängt und die Soll-Beschleunigungen aus der Geschwindigkeitsdifferenz unter Verwendung der Ist- und/oder Soll- Geschwindigkeit ermittelt wird. Die vorgegebene Zuordnung ist hier also nicht durch eine einfache Funktion, die nur von der Geschwindigkeitsabweichung abhängt, oder eine einfachen Kennlinie, sondern durch eine komplexere vorgegebene Zuordnung von Soll-Beschleunigungen zu Geschwindigkeitsabweichungen und Ist- und/oder Soll-Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs gegeben. Wird diese vorgegebene Zuordnung in einem Speicher abgelegt, handelt es sich somit um ein Kennfeld, das eine Soll- Beschleunigung in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeitsabweichung und einer Ist- und/oder Soll-Geschwindigkeit angibt.

Die Verwendung der Soll-Geschwindigkeit hat insbesondere bei Verwendung eines Kennfeldes den Vorteil, dass diese konstant ist und daher bei geeigneter Speicherung des Kennfeldes das Auslesen wie bei einer einfachen Kennlinie mit sehr hoher Lesegeschwindigkeit erfolgen kann.

Die Verwendung der Ist-Geschwindigkeit hat demgegenüber den Vorteil, dass die Soll-Beschleunigung in Abhängigkeit von der aktuellen Geschwindigkeit, die sich deutlich von der Soll-Geschwindigkeit unterscheiden kann, und damit besser angepasst erfolgen kann. Die Verwendung der Ist-Geschwindigkeit ist daher besonders bevorzugt.

Die komplexere vorgegebene Zuordnung erlaubt in beiden Fällen eine sehr feinfühlige und situationsangepasste Vorgabe der Soll-Beschleunigung in Abhängigkeit von den vorliegenden Fahrbedingungen.

Zur Bestimmung der Stellgröße aus der Soll-Beschleunigung kann ein Modell für die Regelstrecke, d. h. das Kraftfahrzeug mit der angesteuerten Antriebsvorrichtung in einer gegebenen Fahrumgebung, verwendet werden. In der Realität können sich häufig Abweichungen zwischen der Soll- Beschleunigung, die zur Beseitigung bzw. Reduktion einer Geschwindigkeitsabweichung bestimmt wurde, und einer tatsächlich aufgrund der aus der Soll-Beschleunigung berechneten Stellgröße erhaltenen Ist-Beschleunigung ergeben. Diese Abweichungen können sich insbesondere aus für die Regelung unkalkulierbaren Faktoren wie beispielsweise die Stärke eines Gegenwindes, dem das Kraftfahrzeug ausgesetzt ist, oder einer Steigung einer von dem Kraftfahrzeug befahrenen Straße ergeben.

Es ist daher bevorzugt, dass eine Ist-Beschleunigung bestimmt wird und dass die Stellgröße unter Verwendung einer Beschleunigungsabweichung zwischen der Ist-Beschleunigung und der Soll-Beschleunigung bestimmt wird. Diese Maßnahme erlaubt damit eine Kompensation von Abweichungen zwischen Soll-Beschleunigung und Ist-Beschleunigung, die zu einer verbesserten Geschwindigkeitsregelung führt. Insbesondere kann das durch die vorgegebene Zuordnung von Soll-Beschleunigung zu Geschwindigkeitsabweichungen gegebene günstige Betriebsverhalten weitgehend eingehalten werden, auch wenn äußere Umstände dazu führen, dass die für eine Soll-Beschleunigung ansonsten berechnete Stellgröße nicht zu der gewünschten Beschleunigung führt. Die Ist-Beschleunigung kann dabei grundsätzlich über entsprechende Sensoren bestimmt werden. Vorzugsweise werden die Ist-Beschleunigungen jedoch aus Differenzen von zu verschiedenen Zeiten ermittelten Ist-Geschwindigkeiten ermittelt.

Besonders bevorzugt wird zur Bestimmung der Stellgröße ein PID-Regler verwendet, der auf die Beschleunigungsabweichung anspricht. Durch die Verwendung dieses Reglers kann eine Korrektur der Stellgröße, die zur Kompensation von Beschleunigungsabweichungen dient, sehr einfach realisiert werden. Insbesondere können die Koeffizienten des Reglers, beispielsweise die Proportionalverstärkung und die Zeitkonstanten für den Integral- und Differenzialanteil, im Hinblick auf eine möglichst schnelle Kompensation von Beschleunigungsabweichungen bei einem gleichzeitig angenehmen Betriebsverhalten des Kraftfahrzeugs bestimmt werden.

Besonders bevorzugt ist es, dass wenigstens einer der Koeffizienten des PID-Reglers in Abhängigkeit von der Beschleunigungsabweichung gewählt wird. Hiermit kann eine besser an die Fahrsituation angepasste Korrektur von Beschleunigungsabweichungen erreicht werden.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass zur Bestimmung der Stellgröße für die Antriebsvorrichtung unter Verwendung der Soll-Beschleunigung und der Ist-Geschwindigkeit ein Soll-Raddrehmoment mindestens eines von der Antriebsvorrichtung angetriebenen Rades des Kraftfahrzeugs ermittelt wird und dass das Soll-Raddrehmoment zur Ermittlung der Stellgröße für die Antriebsvorrichtung verwendet wird. Das Soll-Raddrehmoment wird vorzugsweise für alle angetriebenen Räder ermittelt, wobei für alle Räder dasselbe Soll-Raddrehmoment oder gegebenenfalls für jedes der angetriebenen Räder getrennt ein dem jeweiligen Rad entsprechendes Soll- Raddrehmoment berechnet wird. Das Soll-Raddrehmoment kann unter Verwendung von Eigenschaften des Kraftfahrzeugs ermittelt werden. Für die Bestimmung des Soll-Raddrehmoments kann insbesondere auch die Ist- und/oder Soll-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs verwendet werden, um geschwindigkeitsabhängige Einflüsse zwischen Raddrehmoment und erzielter Beschleunigung wie zum Beispiel eine Luftwiderstand berücksichtigen zu können. Besonders bevorzugt wird die Ist-Geschwindigkeit verwendet, da diese eine genauere Berechnung des Soll-Raddrehmoments erlaubt als die Soll-Geschwindigkeit.

Dieses Vorgehen bei der Bestimmung der Stellgröße erlaubt eine vorteilhafte Modularisierung bei Ermittlung der Stellgröße aus der Soll-Beschleunigung, da die Beziehung zwischen Soll-Beschleunigung und Stellgröße in einen Zusammenhang, in den Eigenschaften des Kraftfahrzeugs als Ganzem eingehen, und einen Zusammenhang, der nur Eigenschaften des Antriebs einschließlich des Antriebsstrangs betrifft, aufgeteilt wird. Diese Aufteilung ermöglicht eine einfache Anpassung bei Serien von Kraftfahrzeugmodellen, die sich im Wesentlichen nur durch ihren Antrieb unterscheiden.

Im Zusammenhang mit der Bestimmung des Soll-Raddrehmoments ist es besonders bevorzugt, dass die Bestimmung des Soll-Raddrehmoments unter Verwendung der Ist-Geschwindigkeit und der Soll-Beschleunigung und wenigstens einer der Größen von Kraftfahrzeugmasse, Rollwiderstand des Kraftfahrzeugs und Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs erfolgt. Weiterhin können natürlich andere Kraftfahrzeugeigenschaften wie beispielsweise der Radschlupf berücksichtigt werden.

Die Korrektur der Stellgröße im Hinblick auf Beschleunigungsabweichungen kann dann auf zwei bevorzugte Arten erfolgen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass unter Verwendung der Ist-Geschwindigkeit und der Soll-Beschleunigung ein unkorrigiertes Soll-Raddrehmoment, aus der Beschleunigungsabweichung eine Soll-Raddrehmomentkorrektur und aus dem unkorrigierten Soll- Raddrehmoment und der Soll-Raddrehmomentkorrektur das Soll-Raddrehmoment ermittelt werden. Das bedeutet, dass nicht die Stellgröße selbst, sondern zunächst das Soll-Raddrehmoment korrigiert wird, um hieraus den Wert der Stellgröße zu ermitteln. Dies hat den Vorzug, dass die Korrektur bereits auf der Ebene stattfindet, auf der die größten Einflussfaktoren für eine Abweichung zwischen Ist- und Soll-Beschleunigung zu vermuten sind, nämlich bei der Bestimmung des Soll-Raddrehmoments aus der Soll-Beschleunigung. Bei der Bestimmung der Stellgröße aus dem Soll-Raddrehmoment ist hingegen von sehr viel geringeren oder keinen Fehlern auszugehen. Weiterhin hat diese Ausführungsform den Vorteil, dass die Korrektur sehr transparent durchführbar ist, da beispielsweise Einflüsse eines die angetriebenen Räder mit der Antriebsvorrichtung verbindenden Triebstrangs klar abgetrennt werden können.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass unter Verwendung der Ist-Geschwindigkeit und der Soll-Beschleunigung ein unkorrigiertes Soll-Raddrehmoment und daraus eine unkorrigierte Stellgröße für die Antriebsvorrichtung ermittelt werden, dass aus der Beschleunigungsabweichung eine Stellgrößenkorrektur für die Antriebsvorrichtung ermittelt wird und dass aus der unkorrigierten Stellgröße für die Antriebsvorrichtung und der Stellgrößenkorrektur die Stellgröße für die Antriebsvorrichtung ermittelt werden. Hier erfolgt die Korrektur direkt auf der Ebene der Stellgröße.

Insbesondere bei Verwendung der zuletzt beschriebenen Ausführungsformen, aber auch im Allgemeinen, ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders für Antriebsvorrichtungen geeignet, die über Drehmomente gesteuert werden. Es ist daher besonders bevorzugt, dass die Antriebsvorrichtung über ein Soll-Antriebsdrehmoment steuerbar ist, und dass als Stellgröße zur Steuerung der Antriebsvorrichtung ein Soll-Antriebsdrehmoment für die Antriebsvorrichtung bestimmt wird. Dabei ergibt sich der Vorteil, dass ein einheitliches Schema zur Ansteuerung der Antriebsvorrichtung gegeben ist, dass also insbesondere nicht die Geschwindigkeitsregelung auf dem Drosselklappenwinkel als Stellgröße basiert, während andere Ansteuerungen der Antriebsvorrichtung auf Soll-Drehmomenten beruhen.

Zur Bestimmung des Soll-Antriebsdrehmoments aus dem Soll-Raddrehmoment kann insbesondere ein Modell für die Drehmomentübertragung über einen Antriebsstrang, der das angetriebene Rad bzw. die angetriebenen Räder mit der Antriebsvorrichtung verbindet, verwendet werden. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass ein Übersetzungsverhältnis eines Getriebes bestimmt wird, das in einem Antriebsstrang angeordnet ist, der das angetriebene Rad mit der Antriebsvorrichtung verbindet, und dass das Soll-Antriebsdrehmoment aus dem Soll-Raddrehmoment unter Verwendung des bestimmten Übersetzungsverhältnisses bestimmt wird. Dazu kann besonders bevorzugt ein vorgegebenes Modell für die Übertragung von Drehmomenten durch den Antriebsstrang in Abhängigkeit von dem Übersetzungsverhältnis verwendet werden, mit dem gegebenenfalls auch Drehmomentverluste im Antriebsstrang berücksichtigt werden können. Dieses Vorgehen erlaubt eine besonders differenzierte Ermittlung des Soll- Antriebsdrehmoments, da neben dem Übersetzungsverhältnis auch Drehmomentverluste, die durch den Antriebsstrang bedingt sind, berücksichtigt werden können. Die Bestimmung des Übersetzungsverhältnisses kann dabei zum einen durch entsprechende Signale einer zur Betätigung des Getriebes vorgesehenen Gangschaltung oder, wesentlich kostengünstiger und einfacher, aus dem Verhältnis von Motordrehzahl, die in der Regel bereits für Zwecke der Motorsteuerung ermittelt wird, und Ist-Geschwindigkeit in Verbindung mit dem Radumfang ermittelt werden. Da meist bekannt ist, welche Getriebeabstufungen bzw. Übersetzungsverhältnisse des Getriebes überhaupt auftreten können, reicht die letzte Alternative zumindest bei Getrieben mit gestuften Übersetzungsverhältnissen vollkommen aus. Da die verwendeten Größen Ist-Geschwindigkeit und Motordrehzahl für die Geschwindigkeitsregelung bzw. von der Motorsteuerung bekannt sind, erübrigt sich dann eine Erfassung eines gerade eingestellten Ganges.

Die ermittelte Stellgröße kann einfach nur ausgegeben werden. Bevorzugt wird die Antriebsvorrichtung auch entsprechend der Stellgröße angesteuert, wobei besonders bevorzugt die Stellgröße in einer den Motor steuernden Einheit ermittelt und dort nur zur Weiterverarbeitung zwischengespeichert wird.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Regelvorrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit eines von einer Antriebsvorrichtung angetriebenen Kraftfahrzeugs mit einem Eingang für Daten für eine Ist- und eine Soll-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, einem Ausgang zur Ausgabe von Stellsignalen zur Steuerung der Antriebsvorrichtung, und mit einer mit dem Eingang und dem Ausgang verbundenen Datenverarbeitungseinrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Insbesondere kann es sich bei der Regelvorrichtung um ein Steuergerät für die Antriebsvorrichtung handeln, dessen Steuerprogramm entsprechend modifiziert ist.

Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch ein Datenverarbeitungsprogramm mit Programmcode-Mitteln, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Datenverarbeitungsprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, die auf einem mit einer Datenverarbeitungseinrichtung lesbaren Datenträger gespeichert sind, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, wenn das Datenverarbeitungsprogrammprodukt auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird.

In beiden Fällen kann es sich bei Datenverarbeitungseinrichtung insbesondere um einen in einem Steuergerät für die Antriebsvorrichtung vorgesehenen Prozessor mit einem Arbeitsspeicher und entsprechenden Schnittstellen für die Ein- und Ausgabe von Daten handeln.

Die Aufgabe wird schließlich gelöst durch eine Regelvorrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit eines von einer Antriebsvorrichtung angetriebenen Kraftfahrzeugs mit einem Eingang für ein Ist-Geschwindigkeitssignal und einem Eingang für ein Soll-Geschwindigkeitssignal, einem Ausgang für Stellsignale in Bezug auf eine Stellgröße zur Steuerung der Antriebseinrichtung, einem mit den Eingängen für die Ist-Geschwindigkeit und die Soll-Geschwindigkeit verbundenen Mittel zur Bestimmung einer Soll-Beschleunigung aus einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Ist-Geschwindigkeit und der Soll-Geschwindigkeit und einem mit dem Mittel zur Bestimmung der Soll-Beschleunigung und dem Ausgang verbundenen Mittel zur Bestimmung und einer Stellgröße für die Antriebsvorrichtung in Abhängigkeit von einer in dem Mittel zur Beschleunigung der Soll-Beschleunigung ermittelten Soll-Beschleunigung. Bei den Mitteln kann es sich um entsprechend ausgebildete analoge oder digitale Schaltungen handeln, die insbesondere entsprechend programmierte Mikroprozessoren aufweisen können. Sie können jedoch auch durch entsprechend programmierte Prozessoren eines Steuergeräts für eine Motorsteuerung gegeben sein.

Bevorzugt weist das Mittel zur Bestimmung einer Stellgröße einen mit dem Mittel zur Bestimmung einer Soll-Beschleunigung und dem Eingang für die Ist-Geschwindigkeit verbundenen Regler auf, um aus Ist-Geschwindigkeiten Ist-Beschleunigungen zu ermitteln und aus einer Beschleunigungsabweichung zwischen der Soll-Beschleunigung und der ermittelten Ist-Beschleunigung eine Korrekturgröße zu ermitteln. Die Mittel zur Bestimmung einer Stellgröße sind dazu ausgebildet, bei der Bestimmung der Stellgröße aus der Soll-Beschleunigung auch die Korrekturgröße zu verwenden. Mit dieser Ausführungsform der Regelvorrichtung kann insbesondere das oben geschilderte Korrekturverfahren durchgeführt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs,
Fig. 2 einen Signalflussplan für ein Geschwindigkeitsregelverfahren nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 ein Diagramm, das Zuordnungen von Soll-Beschleunigungen zu Geschwindigkeitsabweichungen zeigt, und
Fig. 4 Diagramme, die das Regelverhalten des in Fig. 2 gezeigten Verfahrens veranschaulichen.
In Fig. 1 weist ein Kraftfahrzeug 10 vier Räder 12, 12 ', 12" und 12''', einen Motor 14, einen von dem Motor 14 angetriebenen, nur schematisch dargestellten Antriebsstrang 16, mittels dessen die Räder 12 und 12' angetrieben sind und der ein Getriebe 18 umfasst, und ein Steuergerät 20 zur Steuerung des Motors 14 auf. Weiterhin sind an den Rädern 12 und 12' Geschwindigkeitssensoren 22 bzw. 22' angeordnet, die zur Übermittlung von Ist-Geschwindigkeitssignalen mit entsprechenden Eingängen des Steuergeräts 20 verbunden sind. Ein Schalter 24, mit dem ein Signal zur Bestimmung einer Soll-Geschwindigkeit auslösbar ist und der dazu ebenfalls mit dem Steuergerät 20 verbunden ist, ist ebenfalls vorgesehen.
Der Motor 14 wird von dem Steuergerät 20 gesteuert, wozu dieses mit entsprechenden, in Fig. 1 nicht ausdrücklich gezeigten Einrichtungen am Motor 14, beispielsweise bei einem Ottomotor mit der Drosselklappe, der Einspritzanlage und der Zündanlage verbunden ist. Weiterhin kann es mit ebenfalls in Fig. 1 nicht ausdrücklich gezeigten Sensoren an dem Motor 14 verbunden sein, die Parameter über den Betriebszustand des Motors 14 an das Steuergerät 20 zurückgeben. Diese Verbindungen sind in Fig. 1 nur grob schematisch dargestellt.
Das Steuergerät 20 weist eine Motorsteuereinheit 26, eine Geschwindigkeitsreglereinheit 28 sowie eine Parameterbestimmungseinheit 30 auf.
Die Parameterbestimmungseinheit 30 dient zur Bestimmung einer Ist- Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, einer Ist-Beschleunigung, einer Soll- Geschwindigkeit und eines Übersetzungsverhältnisses des Antriebsstrangs 16.
Zur Bestimmung einer Ist-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 10 ist die Parameterbestimmungseinheit 30 mit den Geschwindigkeitssensoren 22 und 22' an den angetriebenen Rädern 12 und 12' verbunden. Aus von den Sensoren 22 und 22' abgegebenen Ist-Geschwindigkeitssignalen ermittelt die Parameterbestimmungseinheit 30 durch arithmetische Mittelung eine Ist-Geschwindigkeit. Das so erzeugte Ist-Geschwindigkeitssignal wird über einen entsprechenden Ausgang der Geschwindigkeitsreglereinheit 28 zugeführt.
Die Parameterbestimmungseinheit 30 ist weiterhin mit dem Schalter 24 verbunden und setzt auf ein von dem Schalter 24 ausgelöstes Signal hin eine Soll-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 10 auf den augenblicklichen Ist-Geschwindigkeitswert des Kraftfahrzeugs 10 und gibt den so bestimmten Soll-Geschwindigkeitswert ebenfalls an die Geschwindigkeitsreglereinheit 28 aus.
Weiterhin wird in der Parameterbestimmungseinheit 30 eine Ist-Beschleunigung aus zwei aufeinanderfolgenden Werten der Ist-Geschwindigkeit bestimmt und ebenfalls an die Geschwindigkeitsreglereinheit 28 ausgegeben.
Schließlich ist die Parameterbestimmungseinheit 30 mit einem in den Figuren nicht gezeigten Drehzahlsensor in dem Motor 14 verbunden, der Drehzahlsignale, die der Motordrehzahl entsprechen, an die Parameterbestimmungseinheit 30 abgibt. In der Parameterbestimmungseinheit 30 wird aus der Ist-Geschwindigkeit und einem in der Parameterbestimmungseinheit 30 gespeicherten Wert für den Umfang der Räder 12 und 12' eine Raddrehzahl berechnet und aus dem Vergleich der Raddrehzahl mit der Motordrehzahl ein Übersetzungsverhältnis ermittelt. Dieses Übersetzungsverhältnis wird anhand einer Tabelle in einen gerade verwendeten Gang des Antriebsstrangs 16 bzw. Getriebes 18 umgesetzt. Ein Signal für den gerade verwendeten Gang wird dann ebenfalls an die Geschwindigkeitsreglereinheit 28 ausgegeben.
Die Motorsteuereinheit 26 steuert den Motor 14 unter Verwendung eines Soll-Antriebsdrehmoments an einer Schwungscheibe des Motors 14, das der Motorsteuereinheit 26 von der Geschwindigkeitsreglereinheit 28 zugeführt wird. Ist diese nicht aktiv, wird stattdessen eine über ein in den Figuren nicht gezeigtes Fahrpedalmodul bestimmter Wert für das Soll- Antriebsdrehmoment als Eingangssignal für die Motorsteuereinheit 26 verwendet.
Die Geschwindigkeitsreglereinheit 28 ermittelt aus den ihr von der Parameterbestimmungseinheit 30 zugeführten Größen Ist-Geschwindigkeit, Soll-Geschwindigkeit, Ist-Beschleunigung und verwendeter Gang ein Soll- Antriebsdrehmoment, das der Motorsteuereinheit 26 zugeführt wird.
Die Arbeitsweise der Geschwindigkeitsreglereinheit 28 ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Zunächst wird aus einer Ist-Geschwindigkeit und einer Soll-Geschwindigkeit eine Geschwindigkeitsabweichung bestimmt, die einer Kraftfahrzeug-Beschleunigungssteuerung 32 zugeführt wird.
Mit der Kraftfahrzeug-Beschleunigungssteuerung 32 wird aus der Geschwindigkeitsabweichung unter Verwendung der Ist-Geschwindigkeit eine Soll-Beschleunigung ermittelt. In Fig. 3 sind beispielhaft die vorgegebenen Zuordnungen von Soll-Beschleunigungen zu Geschwindigkeitsabweichungen für fünf verschiedene Ist-Geschwindigkeiten dargestellt. Um ein einerseits für einen Fahrer komfortables Betriebsverhalten zu erreichen und andererseits eine Umsetzung der Soll-Beschleunigungen durch den Motor 14 sicherzustellen, sind die in dem Kennfeld vorgesehenen Soll- Beschleunigungen für gegebene Geschwindigkeitsabweichungen für hohe Ist-Geschwindigkeiten geringer als für niedrigere Geschwindigkeiten. Weiterhin nehmen die Soll-Beschleunigungen mit zunehmender Geschwindigkeitsabweichung zu, so dass ein gutartiges Regelverhalten erreicht wird.
Aus der so bestimmten Soll-Beschleunigung wird anhand eines Kraftfahrzeugträgheits- und Fahrwiderstandsmodells 34 in Abhängigkeit von der Ist-Geschwindigkeit ein unkorrigiertes Soll-Raddrehmoment für die angetriebenen Räder 12 und 12' des Kraftfahrzeugs 10 ermittelt. Das Kraftfahrzeugträgheits- und Fahrwiderstandsmodell 34 ist für das Kraftfahrzeug 10 spezifisch ausgelegt und bestimmt unter Berücksichtigung des Raddurchmessers der angetriebenen Räder 12 und 12', einer vorgegebenen Kraftfahrzeugmasse, eines vorgegebenen Luftwiderstandsbeiwertes des Kraftfahrzeugs und des Rollwiderstands in Abhängigkeit von der Ist- Geschwindigkeit das unkorrigierte Soll-Raddrehmoment, das zur Erreichung der Soll-Beschleunigung notwendig ist.
Da das Kraftfahrzeugträgheits- und Fahrwiderstandsmodell 34 bestimmte Einflüsse auf den Zusammenhang zwischen Raddrehmoment und Beschleunigung, beispielsweise Änderungen in der Masse des Kraftfahrzeugs durch Be- oder Entladung, Fahren an einer Steigung oder das Vorhandensein von Gegen- bzw. Rückenwind nicht berücksichtigen kann, ist ein PID-Regler 36 vorgesehen, der aus der ihm zugeführten Soll-Beschleunigung und der Ist-Beschleunigung eine Beschleunigungsabweichung ermittelt und in Abhängigkeit dieser Beschleunigungsabweichung eine Soll- Raddrehmomentkorrektur bestimmt. Aus dem unkorrigierten Soll-Raddrehmoment und aus der Soll-Raddrehmomentkorrektur wird dann ein korrigiertes Soll-Raddrehmoment ermittelt, das so bestimmt ist, dass sich die Ist-Beschleunigung an die Soll-Beschleunigung annähert. Die Proportionalverstärkung des PID-Reglers 36 und die Zeitkonstanten für den Integral- und den Differenzialanteil sind dabei so gewählt, dass nach Zusammenführung des unkorrigierten Soll-Raddrehmoments und der Soll-Raddrehmomentkorrektur zu einem korrigierten Raddrehmoment die Soll-Beschleunigung schnell, aber möglichst ohne Komfortverlust für den Fahrer erreicht wird.
Aus dem korrigierten Soll-Raddrehmoment wird dann anhand eines Antriebsstrangmodells 38 und des gerade verwendeten Gangs des Getriebes 18 in dem Antriebsstrang 16 ein Soll-Antriebsdrehmoment für die Motorsteuereinheit 26 ermittelt. In das Antriebsstrangmodell 38 gehen neben dem mit dem Übersetzungsverhältnis verbundenen Verhältnis von Soll- Raddrehmoment und Soll-Antriebsdrehmoment weiterhin Drehmomentverluste im Antriebsstrang ein.
Die Motorsteuereinheit 26 steuert dann den Motor 14 entsprechend dem ihr zugeführten Soll-Antriebsdrehmoment.
In Fig. 4 ist beispielhaft das Verhalten des gerade geschilderten Geschwindigkeitsregelverfahrens für einen vorgegebenen Fahrbahnverlauf mit Gefäll- und Steigungsabschnitten dargestellt. Diagramm A zeigt die Soll- und die Ist-Geschwindigkeit als Funktion der Zeit, Diagramm B die entsprechende Soll- und die Ist-Beschleunigung als Funktion der Zeit sowie Diagramm C das entsprechende Soll-Antriebsdrehmoment als Funktion der Zeit.
Bei einer Erhöhung der Ist-Geschwindigkeit über die Soll-Geschwindigkeit, wie beispielsweise in Diagramm A im linken Bereich gezeigt, wird entsprechend der Kennlinien in Fig. 3 eine negative Soll-Beschleunigung ermittelt, die in Diagramm B gezeigt ist. Bedingt durch die Verzögerung im Integral-Teil des PID-Reglers 36 ist das Soll-Antriebsdrehmoment für eine gewisse Zeit trotz negativer Soll-Beschleunigung noch positiv, um dann, wie in Diagramm C gezeigt, negativ zu werden.
Als Folge sinkt auch die tatsächliche Beschleunigung auf Werte unter Null, so dass sich die Ist-Geschwindigkeit der Soll-Geschwindigkeit annähert.
Insgesamt ergibt sich so eine sehr einfache aber effektive Geschwindigkeitsregelung, die ein für den Fahrer angenehmes Betriebsverhalten des Kraftfahrzeugs 10 im Hinblick auf die auftretenden Beschleunigungen sicherstellt und gleichzeitig eine einfache Kalibrierung erlaubt. Bezugszeichenliste 10 Kraftfahrzeug
12, 21', 12", 12''' Räder
14 Motor
16 Antriebsstrang
18 Getriebe
20 Steuergerät
22, 22' Geschwindigkeitssensoren
24 Schalter
26 Motorsteuereinheit
28 Geschwindigkeitsreglereinheit
30 Parameterbestimmungseinheit
32 Kraftfahrzeug-Beschleunigungssteuerung
34 Kraftfahrzeugträgheits- und Fahrwiderstandsmodell
36 PID-Regler
38 Antriebsstrangmodell

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit eines von einer Antriebsvorrichtung (14) angetriebenen Kraftfahrzeugs (10), bei dem in einem Anfangsschritt eine Soll-Geschwindigkeit bestimmt wird, und wiederholt folgende Schritte ausgeführt werden:
Erfassung einer Ist-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (10), Bestimmung einer Soll-Beschleunigung aus einer Geschwindigkeitsabweichung zwischen Ist- und Soll-Geschwindigkeit entsprechend einer vorgegebenen Zuordnung von Soll-Beschleunigungen zu Geschwindigkeitsabweichungen, und
Bestimmung einer Stellgröße unter Verwendung der Soll- Beschleunigung zur Ansteuerung der Antriebsvorrichtung (14).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Zuordnung von Soll-Beschleunigungen zu Geschwindigkeitsabweichungen von der Ist- und/oder Soll- Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (10) abhängt und die Soll- Beschleunigung aus der Geschwindigkeitsdifferenz unter Verwendung der Ist- und/oder Sollgeschwindigkeit ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ist-Beschleunigung bestimmt wird und dass die Stellgröße unter Verwendung einer Beschleunigungsabweichung zwischen der Ist-Beschleunigung und der Soll-Beschleunigung bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, zur Bestimmung der Stellgröße ein PID-Regler (36) verwendet wird, der auf die Beschleunigungsabweichung anspricht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Koeffizienten des PID-Reglers (36) in Abhängigkeit von der Beschleunigungsabweichung gewählt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass zur Bestimmung der Stellgröße für die Antriebsvorrichtung (14) unter Verwendung der Soll-Beschleunigung und der Ist- und/oder Soll-Geschwindigkeit ein Soll-Raddrehmoment mindestens eines von der Antriebsvorrichtung (14) angetriebenen Rades (12, 12') des Kraftfahrzeugs (10) ermittelt wird und
dass das Soll-Raddrehmoment zur Ermittlung der Stellgröße für die Antriebsvorrichtung (14) verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Soll-Raddrehmoments unter Verwendung der Ist-Geschwindigkeit und der Soll-Beschleunigung und wenigstens einer der Größen von Kraftfahrzeugmasse, Rollwiderstand des Kraftfahrzeugs (10) und Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs (10) erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5 und einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung der Ist- Geschwindigkeit und der Soll- Beschleunigung ein unkorrigiertes Soll-Raddrehmoment, aus der Beschleunigungsabweichung eine Soll-Raddrehmomentkorrektur und aus dem unkorrigierten Soll-Raddrehmoment und der Soll- Raddrehmomentkorrektur das Soll-Raddrehmoment ermittelt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5 und einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
dass unter Verwendung der Ist-Geschwindigkeit und der Soll- Beschleunigung ein unkorrigiertes Soll-Raddrehmoment und daraus eine unkorrigierte Stellgröße für die Antriebsvorrichtung (14) ermittelt werden,
dass aus der Beschleunigungsabweichung eine Stellgrößenkorrektur für die Antriebsvorrichtung (14) ermittelt wird, und
dass aus der unkorrigierten Stellgröße für die Antriebsvorrichtung (14) und der Stellgrößenkorrektur die Stellgröße für die Antriebsvorrichtung (14) ermittelt werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Antriebsvorrichtung (14) über ein Soll-Antriebsdrehmoment steuerbar ist, und
dass als Stellgröße zur Steuerung der Antriebsvorrichtung (14) ein Soll-Antriebsdrehmoment für die Antriebsvorrichtung (14) bestimmt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet.
dass ein Übersetzungsverhältnis eines Getriebes bestimmt wird, das in einem Antriebsstrang angeordnet ist, der das angetriebene Rad (12, 12') mit der Antriebsvorrichtung (14) verbindet, und
dass das Soll-Antriebsdrehmoment aus dem Soll-Raddrehmoment unter Verwendung des bestimmten Übersetzungsverhältnisses bestimmt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (14) entsprechend der Stellgröße angesteuert wird.

13. Datenverarbeitungsprogramm mit Programmcode-Mitteln, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wenn das Programm auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird.

14. Datenverarbeitungsprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, die auf einem mit einer Datenverarbeitungseinrichtung lesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wenn das Datenverarbeitungsprogrammprodukt auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird.

15. Regelvorrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit eines von einer Antriebsvorrichtung (14) angetriebenen Kraftfahrzeugs (10) mit einem Eingang für Daten für eine Ist- und eine Soll-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (10), einem Ausgang zur Ausgabe von Stellsignalen zur Steuerung der Antriebsvorrichtung (14), und mit einer mit dem Eingang und dem Ausgang verbundenen Datenverarbeitungseinrichtung (20), die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.

16. Regelvorrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit eines von einer Antriebsvorrichtung (14) angetriebenen Kraftfahrzeugs (10) mit einem Eingang für ein Ist-Geschwindigkeitssignal und einem Eingang für ein Soll-Geschwindigkeitssignal,
einem Ausgang für Stellsignale in Bezug auf eine Stellgröße zur Steuerung der Antriebsvorrichtung (14),
einem mit den Eingängen für die Ist-Geschwindigkeit und die Soll- Geschwindigkeit verbundenen Mittel (32) zur Bestimmung einer Soll-Beschleunigung aus einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Ist- Geschwindigkeit und der Soll-Geschwindigkeit und
einem mit dem Mittel (32) zur Bestimmung der Soll-Beschleunigung und dem Ausgang verbundenen Mittel (34, 36, 38) zur Bestimmung einer Stellgröße für die Antriebsvorrichtung (14) in Abhängigkeit von einer in dem Mittel (32) zur Bestimmung der Soll-Beschleunigung ermittelten Soll-Beschleunigung.

17. Regelvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
dass das Mittel (34, 36, 38) zur Bestimmung einer Stellgröße einen mit dem Mittel (32) zur Bestimmung einer Soll-Beschleunigung und dem Eingang für die Ist-Geschwindigkeit verbundenen Regler (36) aufweist, um aus Ist-Geschwindigkeiten Ist-Beschleunigungen zu ermitteln und aus einer Beschleunigungsabweichung zwischen der Soll-Beschleunigung und der ermittelten Ist-Beschleunigung eine Korrekturgröße zu ermitteln, und
dass das Mittel (34, 36, 38) zur Bestimmung einer Stellgröße dazu ausgebildet ist, bei der Bestimmung der Stellgröße aus der Soll- Beschleunigung auch die Korrekturgröße zu verwenden.