DE10255724A1

DE10255724A1 - Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10255724A1
Application number: DE10255724A
Authority: DE
Inventors: Armin Koehler; Jan Simonis; Joachim Stefan
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2003-12-18

Abstract

Kraftfahrzeug mit einem Motor, einem Motorsteuergerät und einem Fahrpedal, wobei das Motorsteuergerät die Stellung des Fahrpedals auswertet und in Abhängigkeit der Pedalstellung den Motor steuert, wobei das Motorsteuergerät (3) ausgebildet ist DOLLAR A - zum kontinuierlichen Erfassen der Fahrpedalstellung und Auswerten der Fahrpedalstellung zur Ermittlung eines stellungsabhängigen Soll-Regelparameters, DOLLAR A - zur Ermittlung einer erforderlichen Sollbeschleunigung (a¶soll¶) aus der Änderungsgeschwindigkeit der Fahrpedalstellung (alphaWFP) oder der Änderungsgeschwindigkeit des über die Fahrpedalstellung definierten Regelparameters unter Berücksichtigung des momentanen Ist-Regelparameters und des Soll-Regelparameters und DOLLAR A - zur Regelung des Motors (2) in Abhängigkeit der ermittelten Sollbeschleunigung (a¶soll¶).

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Motor, einem Motorsteuergerät und einem Fahrpedal, wobei das Motorsteuergerät die Stellung des Fahrpedals auswertet und in Abhängigkeit der Pedalstellung den Motor steuert.
Moderne Motorsteuergeräte werten die Stellung des Fahrpedals aus und berechnen daraus ein "Wunschmoment", das der Motor bereitstellen soll. Üblicherweise werden dazu Kennfelder mit den Eingangsgrößen "Drehzahl" und "Fahrpedalwinkel" verwendet. Das ermittelte "Wunschmoment" wird dann seitens des Motorsteuergeräts verwendet, um nach mehreren Berechnungsschritten die tatsächlichen Ansteuersignale zu berechnen.
Die Regelung auf Basis eines "Wunschmoments" berechnet aus der Fahrpedalstellung unmittelbar das "Wunschmoment". Die Stellung des Fahrpedals ist jedoch nicht geschwindigkeitsproportional. Das heißt bei einer Fahrt aus der Ebene in eine Steigung muss die Fahrpedalstellung vergrößert werden, um die größere Last zu kompensieren. Umgekehrtes gilt für den Fall einer Bergabfahrt. Im Rahmen der oben beschriebenen Auswertung des Fahrpedalwinkels zur direkten Berechnung des "Wunschmoments" ist eine hinreichende Lastkompensation in diesen Fällen nicht unbedingt möglich, das heißt die Fahrzeugreaktion bei einer Bergfahrt ist unterschiedlich zur Reaktion bei einer Fahrt in der Ebene. Auch ist die aus dem Fahrpedal gebildete Größe zur direkten Kommunikation mit anderen Steuergeräten im Antriebsstrang nur bedingt geeignet. Zum Beispiel verwenden Steuergeräte eines ACC-Sytems (ACC = Adaptiv Cruise Control) üblicherweise eine Beschleunigungsregelung, während Getriebesteuergeräte über die Übersetzungswahl das Radmoment beeinflussen. Um nun ein homogenes Fahrverhalten zu erreichen ist es erforderlich, die Informationen bzw. Signale, die die unterschiedlichen Steuergeräte im Antriebsstrang, die das Fahrverhalten beeinflussen/bearbeiten, auf häufig komplizierte Weise miteinander abzustimmen.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Kraftfahrzeug anzugeben, das hier Abhilfe schafft. Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Motorsteuergerät ausgebildet ist

- zum kontinuierlichen Erfassen der Fahrpedalstellung und Auswerten der Fahrpedalstellung als einzuregelnde Sollgeschwindigkeit,
- zur Ermittlung einer erforderlichen Sollbeschleunigung aus der Änderungsgeschwindigkeit der Fahrpedalstellung oder der Änderungsgeschwindigkeit der über die Fahrpedalstellung definierten Sollgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der momentanen Ist-Geschwindigkeit und der Sollgeschwindigkeit, und
- zur Regelung des Motors in Abhängigkeit der ermittelten Sollbeschleunigung.

Beim erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug erfolgt zunächst über das Motorsteuergerät eine Interpretation des Fahrpedals in Form einer "Wunschgeschwindigkeit", das heißt die Fahrpedalstellung wird als einzuregelnde Sollgeschwindigkeit interpretiert bzw. ausgewertet. Auf Basis dieser Sollgeschwindigkeit sowie der momentanen Ist-Geschwindigkeit erfolgt nur die Ermittlung einer erforderlichen Sollbeschleunigung, um die Sollgeschwindigkeit zu erreichen. Die Sollbeschleunigung ihrerseits wird aus der Änderungsgeschwindigkeit der Fahrpedalstellung, also der Geschwindigkeit, mit welcher das Fahrpedal um einen bestimmten Winkel bewegt wird, ermittelt. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, die Sollbeschleunigung durch die Änderungsgeschwindigkeit der über die Fahrpedalstellung definierten Sollgeschwindigkeit zu erfassen. Es stehen also zwei Möglichkeiten zur Verfügung, um die Sollbeschleunigung zu ermitteln. Je schneller das Fahrpedal durchgedrückt wird, desto größer ist die gewünschte Sollbeschleunigung zum Erreichen der Sollgeschwindigkeit, Gleiches gilt, wenn die Sollbeschleunigung über die Sollgeschwindigkeitsänderung ermittelt wird, auch deren Änderungsgeschwindigkeit geht unmittelbar in die Größe der Sollbeschleunigung ein. Die Sollbeschleunigungsermittlung erfolgt unter Berücksichtigung der momentanen Ist-Geschwindigkeit und der Sollgeschwindigkeit, worüber erfasst wird, ob eine positive Beschleunigung erforderlich ist, ob also das Fahrzeug schneller fahren soll, oder ob eine negative Beschleunigung erforderlich ist, wenn die Ist-Geschwindigkeit größer als die Sollgeschwindigkeit ist. Ist nun die Sollbeschleunigung ermittelt, so erfolgt auf deren Basis die Regelung des Motors.
Erfindungsgemäß wird hier also eine echte Vorgabe einer absoluten Fahrzeugsollbeschleunigung ermittelt und der eigentlichen Regelung zugrunde gelegt. Die ermittelte Sollbeschleunigung, die wie gesagt unmittelbar aus der Fahrpedalsbewegung errechnet wird, lässt nun eine Lastkompensation zu, so dass die Fahrzeugreaktion auch bei einer Bergfahrt im Rahmen der physikalischen Grenzen der einer Fahrt in der Ebene ähnlich ist. Auch kann die Koordination der Steuergeräte im Antriebsstrang vereinfacht und verbessert werden, da die Sollbeschleunigung ein auch von den anderen Steuergeräten einfach verarbeitbarer Parameter ist.
Nach einer ersten Erfindungsausgestaltung kann der über die Fahrpedalstellung definierte Regelparameter die Geschwindigkeit sein, wobei die Regelung eine Geschwindigkeitsregelung auf Basis des kontinuierlichen Vergleichs der Ist-Geschwindigkeit und der Sollgeschwindigkeit ist. D. h. ausgehend von der aktuellen Ist-Geschwindigkeit, die z. B. von einem entsprechenden Sensor erfasst und geliefert wird, oder die aus der früheren Pedalstellung abgeleitet wird, wird die erforderliche Sollbeschleunigung unter Berücksichtigung der pedalstellungsabhängigen Sollgeschwindigkeit berechnet. Hierbei ist natürlich die Begrenzung auf die pedalstellungsabhängige Sollgeschwindigkeit, die auch "Zielgeschwindigkeit" genannt werden kann, zu berücksichtigen. Die Regelung erfolgt über einen einfachen geeigneten Regler. Die Regelparameter können abhängig von der Beschleunigung und weiteren Eingangsgrößen (Übersetzung, Geschwindigkeit) ausgewählt werden.
Alternativ hierzu besteht die Möglichkeit, über die Fahrpedalstellung definierten Regelparameter die Beschleunigung zu verwenden, wobei die Regelung eine Beschleunigungsregelung auf Basis eines kontinuierlichen Vergleichs der Ist-Beschleunigung und der ermittelten Sollbeschleunigung ist. Die Beschleunigung wird über die fahrdynamische Gleichung in eine Radkraft umgerechnet. In dieser Gleichung gehen alle bekannten (gemessenen oder adaptierten) Fahrwiderstände ein. Das Steuergerät bzw. ein dort implementierter Regler wertet die Differenz zwischen Ziel- und Istbeschleunigung aus und gibt auch eine Radkraft aus. Die Regelparameter können abhängig von der Beschleunigung und weiteren Eingangsgrößen (z. B. Übersetzung, Geschwindigkeit) ausgewählt werden. Die Werte aus der fahrdynamischen Gleichung und dem Reglerausgang werden addiert und in ein Radmoment und/oder ein Motormoment umgerechnet. Zusätzlich können im Rahmen einer Triebstrangkoordination auch die Wunschübersetzung und ein Wunschbremsmoment über den Regler ausgegeben werden, sofern dortseits die entsprechenden Eingangsgrößen anliegen.
Wie bereits beschrieben kann als Ausgang eines steuergerätsseitigen Reglers ein einzustellendes Motormoment und/oder ein einzustellendes Radmoment beschreibendes Signal als Regelgröße ausgegeben werden.
Die Ermittlung der Sollbeschleunigung kann über ein Kennfeld, eine Kennlinie oder eine Kennwerteschar erfolgen. Auch besteht die Möglichkeit, mehrere fahrstilspezifische Kennlinien, Kennfelder oder Kennwertescharen abzulegen, aus denen zur Sollbeschleunigungsermittlung eine Linie, Schar oder ein Feld in Abhängigkeit einer Fahrstilerkennung auf Basis der Auswertung der Betätigungsweise des Fahrpedals ausgewählt wird. Es erfolgt hier also eine Sportlichkeitserkennung auf Grundlage der Pedalbetätigung. Je nachdem wie der Fahrstil bewertet wird (also z. B. "normal", "economy" oder "sport") kann eine stilspezifische Kennlinie etc. ausgewählt werden. Bei einem sportlichen Fahrer wird eine Kennlinie gewählt, die eine sportlichere, stärkere Beschleunigung vorgibt, während bei einer Beurteilung des Stils als "economy", also als eher langsam geprägten und wirtschaftlich orientierten Fahrstil, eine gemächlichere Beschleunigung definierende Kennlinie ausgewählt wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und
Fig. 2 ein Flussdiagramm zur Darstellung des Regelungsablaufs.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1 mit einem Motor 2 und einem diesem zugeordneten Motorsteuergerät 3, über das der Motor 2 gesteuert wird. Ferner ist ein Fahrpedal 4 sowie eine Einrichtung 5 zur Erfassung der Ist-Geschwindigkeit vorgesehen.
Das Motorsteuergerät 3, das hier nur dem Grunde nach ohne nähere Angabe seiner Komponenten dargestellt ist, ist nun imstande, ausgehend von verschiedenen Parametern zum einen eine vom Fahrer gewünschte Sollbeschleunigung zu ermitteln, und zum anderen auf Basis dieser Sollbeschleunigung ein Ist-Motormoment, das als Regelbasis für die Steuerung des Motors 2 dient. Zu diesem Zweck ist das Motorsteuergerät 3 zum einen zur Erfassung der Stellung des Fahrpedals 4 und zum Auswerten der Fahrpedalstellung zur Ermittlung eines steuerstellungsabhängigen Soll-Regelparameters ausgebildet. Im gezeigten Beispiel erfolgt die Erfassung der Pedalstellung direkt über das Motorsteuergerät 3, selbstverständlich ist es auch denkbar, zunächst ein entsprechendes Stellungserfassungsgerät vorzuschalten, das dann die erfasste Stellung an das Motorsteuergerät 3 gibt.
Um die Sollbeschleunigung zu ermitteln wird die Fahrpedalstellung ausgewertet und verarbeitet. Hier sind unterschiedliche Arbeitsansätze möglich. Zum einen kann die Sollbeschleunigung aus der Änderungsgeschwindigkeit der Fahrpedalstellung ermittelt werden. Als Beispiel sei angenommen, dass der Fahrer in der Ebene beschleunigen möchte, wozu er auf das Fahrpedal drückt, welches in Fig. 1 nach links geschwenkt wird. Es kann nun erfasst werden, wie schnell die Bewegung des Fahrpedals 3 um den Drehpunkt herum erfolgt, wie schnell also der Winkel des Fahrpedals geändert wird. Je schneller die Änderung ist, um so größer ist letztlich die gewünschte Sollbeschleunigung, was über das Motorsteuergerät 3 ermittelt werden kann.
Alternativ dazu kann die Sollbeschleunigung auch dadurch ermittelt werden, dass das Motorsteuergerät 3 die Änderungsgeschwindigkeit des über die Fahrpedalstellung definierten Regelparameters auswertet. Beispielsweise kann als Regelparameter einer Fahrpedalstellung eine Geschwindigkeit zugeordnet sein. D. h. bei einem Bewegen des Fahrpedals 4 um einen bestimmten Winkel von einer Stellung A in eine Stellung B ändert sich die Geschwindigkeit von einer Geschwindigkeit v_A zu einer Geschwindigkeit v_B. Je schneller nun diese Änderung erfolgt, um so größer ist die vom Fahrer gewünschte Sollbeschleunigung.
Ferner ist das Steuergerät 3 mit der Einrichtung 5 zur Erfassung der Ist- Geschwindigkeit verbunden. Hierüber erhält das Motorsteuergerät 3 kontinuierlich Informationen zur momentanen Ist-Geschwindigkeit. Diese Ist- Geschwindigkeit wird benötigt, um die Sollbeschleunigung zu ermitteln, worauf nachfolgend noch eingegangen wird.
Liegen die Parameter vor, kann nun eine Sollbeschleunigung ermittelt werden. Diese Ermittlung erfolgt natürlich kontinuierlich, d. h. es wird zu jedem Zeitpunkt der jeweilige Regelungsablauf durchlaufen und kontinuierlich die Fahrpedalstellung erfasst sowie die entsprechenden Parameter ausgewertet und die Sollbeschleunigung ermittelt. Diese Sollbeschleunigung ist nun der grundlegende Parameter, der zum einen zur endgültigen Regelung des Motors 2 dient. Hierzu wird auf Basis dieser Sollbeschleunigung ein gewünschtes bzw. erforderliches Motormoment berechnet und auf Basis dieses Motormoments ein entsprechendes Ansteuersignal ermittelt und an den Motor 2 ausgegeben.
Zum anderen dient diese Sollbeschleunigung als Kommunikationsparameter zu anderen Steuergeräten 6, 7, die im Antriebsstrang vorhanden sind. Bei diesen kann es sich z. B. um ein Getriebesteuergerät oder ein ACC-Steuergerät handeln, die entsprechend andere Kfz-Komponente steuern, wobei für deren Steuertätigkeit wiederum die Sollbeschleunigung ein wichtiger Parameter ist. Es sind also, nachdem die im Antriebsstrang befindlichen Steuergeräte gemeinsam diese Sollbeschleunigung verarbeiten können, keine komplizierten Abstimmvorgänge und dergleichen zur Abstimmung der benötigten Parameter erforderlich.
Fig. 2 zeigt in Form einer Prinzipskizze ein Flussdiagramm, das die Regelung näher darstellt bzw. die "Fahrerwunschinterpretation", also die Betätigung eines Fahrpedals, beschreibt.
Zunächst wird bei 10 der Winkel des Fahrpedals erfasst. Das Fahrpedal ist wie beschrieben um eine Drehachse drehbar gelagert, es kann zwischen einer nicht betätigten und einer voll betätigten Stellung verschwenkt werden. Dabei ist jeder Stellung ein entsprechender Winkelwert zugeordnet, der bei 10 erfasst und bei 11 in einer Kennlinienauswertung verarbeitet wird. Gemäß dieser Kennlinie wird eine dem Fahrpedalwinkel zugeordnete Geschwindigkeit v_soll ermittelt. In diese Kennlinie bzw. zur Bestimmung, welche Kennlinie bei 11 zu berücksichtigen ist, gehen natürlich Informationen über die gewählte Übersetzung des Getriebes etc. ein, um die korrekte Sollgeschwindigkeit zu bestimmen.
Anschließend wird die Sollgeschwindigkeit bei 12 in einer Kennfeldauswertung verarbeitet, um eine Sollbeschleunigung zu ermitteln. In diese Kennfeldauswertung geht zum einen die Ist-Geschwindigkeit v_ist ein, die wie beschrieben z. B. über geeignete Geschwindigkeitserfassungseinrichtung erfasst und dem Motorsteuergerät 3 gegeben wird. Ferner wird die Beschleunigung des Fahrpedals um seinen Drehpunkt, also die Winkeländerungsgeschwindigkeit im Rahmen der Kennfeldauswertung berücksichtigt. Dies ist in dem Diagramm bei 12 mit αWFP angegeben. Nach oben ist die Sollbeschleunigung a_soll aufgetragen. Das Kennfeld selbst gibt nun die Sollgeschwindigkeit v_soll an. Je nach Lage der jeweiligen Parameter ergibt sich nun eine entsprechende Sollbeschleunigung a_soll zur im Schritt 11 ermittelten Sollgeschwindigkeit.
Die erfasste Sollbeschleunigung a_soll wird nun gemäß 13 einem Regler, hier einem PI-Regler gegeben, der nun ein vom Motor einzustellendes Sollmotormoment M_soll auf Basis der gegebenen Sollbeschleunigung ermittelt. Dieses Sollmotormoment M_soll wird bei 14 einer Motorbegrenzungseinrichtung gegeben, die auf Basis des Sollmotormoments M_soll ein Ist-Motormoment M_ist ermittelt, das bei 15 ausgegeben wird und das dann Basis für das noch zu ermittelnde eigentliche Ansteuersignal ist.
Bei 16 ist noch die Verwendung eines Fahrzeugmodels beschrieben, bei dem die Regelung des Fahrzeugs auf Modellbasis verwendet wird, um die ermittelte Sollbeschleunigung a_soll zu verarbeiten. Dies geschieht hier unter Verwendung einer sogenannten Fahrwiderstandsgleichung oder fahrdynamischer Gleichung, wo eine Radkraft auf Basis dieser Gleichung ermittelt wird. Der Ausgang oder Wert dieser Modellrechnung wird mit dem Reglerausgang zur Ermittlung des Sollmotormoments M_soll addiert.
Die Verwendung des Fahrzeugmodells bei 16 ist nicht zwingend erforderlich. Alternativ zur Berechnung eines Motorsollmoments unter Verwendung des Fahrzeugmodells ist auch die Ermittlung eines Radmoments möglich.
In Fig. 2 bedeuten:
WFP = Winkelfahrpedal
v_soll = Sollgeschwindigkeit
v_ist = Ist-Geschwindigkeit
αWFP = Beschleunigung des Winkels des Fahrpedals
a_soll = Sollbeschleunigung
M_soll = Motormoment
M_ist = Ist-Motormoment

Claims

1. Kraftfahrzeug mit einem Motor, einem Motorsteuergerät und einem Fahrpedal, wobei das Motorsteuergerät die Stellung des Fahrpedals auswertet und in Abhängigkeit der Pedalstellung den Motor steuert, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuergerät (3) ausgebildet ist

- zum kontinuierlichen Erfassen der Fahrpedalstellung und Auswerten der Fahrpedalstellung zur Ermittlung eines stellungsabhängigen Soll-Regelparameters,

- zur Ermittlung einer erforderlichen Sollbeschleunigung (a_soll) aus der Änderungsgeschwindigkeit der Fahrpedalstellung (αWFP) oder der Änderungsgeschwindigkeit des über die Fahrpedalstellung definierten Regelparameters unter Berücksichtigung des momentanen Ist- Regelparameters und des Soll-Regelparameters, und

- zur Regelung des Motors (2) in Abhängigkeit der ermittelten Sollbeschleunigung (a_soll).

2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der über die Fahrpedalstellung definierte Regelparameter die Geschwindigkeit (v_soll) ist, wobei die Regelung eine Geschwindigkeitsregelung auf Basis eines kontinuierlichen Vergleichs der Ist- Geschwindigkeit (v_ist) und der Sollgeschwindigkeit (v_soll) ist.

3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung eine Rampenregelung ist.

4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der über die Fahrpedalstellung definierte Regelparameter die Beschleunigung ist, wobei die Regelung eine Beschleunigungsregelung auf Basis eines kontinuierlichen Vergleichs der Ist-Beschleunigung und der ermittelten Soll-Beschleunigung ist.

5. Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgang eines steuergeräteseitigen Reglers (13) ein einzustellendes Motormoment (M_soll) und/oder ein einzustellendes Radmoment beschreibendes Signal ausgegeben wird.

6. Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Soll-Beschleunigung (a_soll) über ein Kennfeld, eine Kennlinie oder eine Kennwerteschar erfolgt.

7. Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere fahrstilspezifische Kennlinien, Kennfelder oder Kennwertescharen abgelegt sind, aus denen zur Sollbeschleunigungsermittlung eine oder eines in Abhängigkeit einer Fahrstilerkennung auf Basis einer Auswertung der Betätigungsweise des Fahrpedals ausgewählt wird.