DE19547716A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Regeln bzw. Begrenzen der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Regeln bzw. Begrenzen der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln bzw. Begrenzen der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-A 35 10 174 (US-Patent 4,747,051) bekannt. Dort wird ein Fahrgeschwindigkeitsregler vorgestellt, bei welchem im stationären Betriebszustand zum Einhalten der Fahrzeuggeschwindigkeit ein Geschwindigkeitsregler aktiv ist, in dynamischen Betriebszuständen bei Annäherung an die vorgegebene Geschwindigkeit ein Beschleunigungsregler. Beide Regler sind mit einem Integralanteil ausgestattet, der beim Übergang von dem einen Regler auf den anderen auf die Ausgangsgröße des Reglers gesetzt wird, der deaktiviert wird. Dadurch wird ein sprungförmiger Übergang von der einen Reglerart zur anderen vermieden und ein ungünstiges Übergangsverhalten vermieden. Werden Regler eingesetzt, die im Gegensatz zu Reglern mit Integralanteilen stationär ungenau sind (z. B. P-, PD-Regler, PDT1-Regler etc.), kann die bekannte Vorgehensweise nicht angewendet werden. Insbesondere beim Übergang in den Geschwindigkeitsregler bei Bergauffahrt ergibt sich dann ein ungünstiges Übergangsverhalten.
Aus der WO-A 95/15868 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Begrenzen einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs angegeben, bei welchem zum Einschwingen auf die Grenzgeschwindigkeit ein Beschleunigungsregler eingesetzt wird, dessen Sollbeschleunigung auf der Basis der Istgeschwindigkeit abgeleitet wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen beim Übergang von einem Beschleunigungs- auf einen Geschwindigkeitsregler anzugeben, durch die insbesondere bei Bergauffahrt ein befriedigendes Übergangsverhalten erreicht wird.
Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht.
Vorteile der Erfindung
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird ein befriedigender Übergang vom Beschleunigungs- in den Geschwindigkeitsregler erreicht, wobei ein Einbrechen der Geschwindigkeit nach dem Übergang vom Beschleunigungsregler in den Geschwindigkeitsregler bei Bergfahrt vermieden wird.
Vorteilhaft ist, daß die erfindungsgemäße Lösung auch bei stationär ungenauen Reglern zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden.
Besonders vorteilhaft ist, daß der für den Übergang aufgeschaltete Adaptionswert schlagartig unter Uminitialisierung des Geschwindigkeitsreglers abgebaut wird, so daß eine sprungförmige Veränderung der Leistung der Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs in diesem Betriebspunkt wirksam vermieden wird.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Patentansprüchen.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher beschrieben. Dabei zeigt Fig. 1 ein Übersichtsblockschaltbild eines Geschwindigkeitsbegrenzers, bei dem die erfindungsgemäße Lösung eingesetzt ist. Fig. 2 zeigt die Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung als Rechnerprogramm, während in Fig. 3 die Wirkung der erfindungsgemäßen Lösung anhand von Zeitdiagrammen dargestellt ist.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
In Fig. 1 ist eine Geschwindigkeitsregel- bzw. -begrenzungsanlage für ein Kraftfahrzeug dargestellt, bei welcher die erfindungsgemäße Lösung vorzugsweise eingesetzt wird. Diese Anlage besteht aus einem Geschwindigkeitsregler 10 und einem Beschleunigungsregler 12, die über ein abhängig vom Betriebszustand schaltendes Schaltelement 56 und eine Ausgangsleitung 14 ein Leistungsstellelement der Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs, vorzugsweise eine Drosselklappe, ansteuern. Dem Geschwindigkeitsregler 10 wird eine Leitung 18 von einer Vergleichsstelle 20 zugeführt, der von einer Meßeinrichtung zur Erfassung der Fahrgeschwindigkeit 22 eine Leitung 24 und von einem Speicherelement 26 eine Leitung 28 zugeführt ist. Im Speicherelement 26 ist abhängig von der Stellung eines Bedienhebels 30 die Soll- bzw. Begrenzungsgeschwindigkeit Vsoll abgespeichert. Die Ausgangsleistung des Regler 10, über die dieser seine Einstellgröße abgibt, ist die Leitung 60. Dem Beschleunigungsregler 12 wird seine Regelabweichung über eine Leitung 32 von einer Vergleichsstelle 34 zugeführt. Dieser wird eine Leitung 36 von einer Differentiationsstufe 38 zur Bildung der Istgeschwindigkeit und eine Leitung 40 von einem Speicherelement 42 zur Vorgabe der Sollbeschleunigung zugeführt. Der Differentiationsstufe 38 ist von der Leitung 24 die Leitung 44 zugeführt. Zur Auswahl der Sollbeschleunigung wird dem Speicherelement 42 in einem Ausführungsbeispiel ausgehend von der Leitung 18 eine Leitung 46 zugeführt. Ferner ist eine Meßeinrichtung 48 zur Erfassung der Stellung des Fahrpedals vorgesehen, von der eine Leitung 50 zu einem Einstellgrößenbildner 52 führt. Dessen Ausgangsleitung 54 führt über das Schaltelement 56 auf die Ausgangsleitung 14. Das Schaltelement 56 verbindet je nach Betriebszustand eine der Leitungen 54, 58 und 60 mit der Ansteuerleitung 14.
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind die Regler (Geschwindigkeits- und Beschleunigungsregler) von Vorsteuerungen unterstützt, die abhängig von Betriebsgrößen eine Grundeinstellgröße für das Leistungsstellelement darstellen (strichliert angedeutete Leitungen 91 und 92 mit Verknüpfungsstellen 94 und 96). Diese Vorsteuerungen sind auf die Fahrt in einer Ebene abgestimmt und führen bei einer Änderung der Betriebsgröße zu einem annähernden Abgleich zwischen Soll- und Istwerte am Reglereingang.
Das Schaltelement 56 wird über eine Leitung 62 geschaltet, welche Ausgangsleitung einer Schwellwertstufe 64 ist. Dieser wird die Regelabweichung des Geschwindigkeitsreglers 10 über eine Leitung 66 zugeführt.
Die Funktionsweise dieser Geschwindigkeitsregel- bzw. -begrenzungsanlage ist wie folgt. Der Fahrer kann über das Bedienelement 30 eine gewünschte Geschwindigkeit einstellen. Diese wird im stationären Betriebszustand durch den Geschwindigkeitsregler eingehalten, solange - im Falle des Begrenzers - die Fahrervorgabe über das Fahrpedal eine höhere Geschwindigkeit ergeben würde bzw. - im Falle des Reglers - umgekehrt. Im dynamischen Bereich (Heranführen der Geschwindigkeit an die Sollgeschwindigkeit) bzw. bei einer Fahrervorgabe, die eine niedrigere Geschwindigkeit ergeben würde (bzw. umgekehrt), wird die Antriebsleistung des Fahrzeugs abhängig von der Fahrpedalstellung oder des Beschleunigungsreglers eingestellt. Die Umschaltung der jeweiligen Betriebsart erfolgt dabei im bevorzugten Ausführungsbeispiel abhängig von der Differenz zwischen Soll- und Istgeschwindigkeit. In einem Bereich der Geschwindigkeitsdifferenz ist der Beschleunigungsregler aktiv. Abhängig von der Differenz zwischen Soll- und Istgeschwindigkeit wird eine Sollbeschleunigung bestimmt, die vom Beschleunigungsregler eingeregelt wird. Die Sollbeschleunigung ist dabei bei der Sollgeschwindigkeit bzw. etwas oberhalb Null. Unterschreitet die Differenz zwischen Soll- und Istgeschwindigkeit einen vorgegebenen Wert, so wird der Geschwindigkeitsregler 10 aktiviert, der Beschleunigungsregler deaktiviert. Dieser bildet ein Ausgangssignal abhängig von der Differenz zwischen Soll- und Istgeschwindigkeit und hält im stationären Betriebszustand die Sollgeschwindigkeit ein.
Geschwindigkeits- und Beschleunigungsregler sind dabei stationär ungenau, das heißt, sie haben keinen oder lediglich einen begrenzten Integralanteil. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Reglern um sogenannte PDT1-Regler. Wenn am Berg mit vollbetätigtem Fahrpedal an die eingestellte Grenzgeschwindigkeit herangefahren werden soll, so wird der Beschleunigungsregler wegen der geringen Beschleunigung des Fahrzeugs am Berg das Leistungsstellelement in Richtung wesentlich größerer Leistungen einstellen, als dies in der Ebene der Fall wäre. Kurz vor Erreichen der Grenzgeschwindigkeit wird bei einer niedrigen Sollbeschleunigung auf den Geschwindigkeitsregler übergegangen. Dieser hat zunächst keine oder nur eine sehr kleine Regelabweichung, so daß er das Leistungsstellelement in Richtung einer Leistungsminderung ansteuert. Dies bedeutet, daß das Fahrzeug am Berg zwar durch den Beschleunigungsregler auf die Sollgeschwindigkeit eingestellt wird, dann aber sofort um einen bestimmten Geschwindigkeitsbetrag einbricht. Diese sehr unkomfortable Wirkungsweise wird durch die erfindungsgemäße Lösung verbessert.
Gemäß der erfindungsgemäßen Lösung wird beim Übergang vom Beschleunigungs- auf den Geschwindigkeitsregler zunächst die aktuelle Einstellgröße des Beschleunigungsreglers erfaßt und mit der entsprechenden Größe des Geschwindigkeitsreglers verglichen. Bei positiver Differenz wird ein Adaptionswert (AW) abhängig von der Einstellgröße (αsollb) des Beschleunigungsreglers, einer gangabhängigen Konstante (K(Gang) = Gesamtverstärkung des Geschwindigkeitsreglers) und der Differenz zwischen Soll- und Istgeschwindigkeit (Δv) nach der folgenden Gleichung gebildet:
AW = αsollb - K(Gang) (1).
Dieser Adaptionswert wird als zusätzlicher Anteil auf die Einstellgröße αsollv des Geschwindigkeitsreglers aufgeschaltet, vorzugsweise addiert. Der Adaptionswert bleibt solange bestehen, bis die Fahrzeuggeschwindigkeit die Sollgeschwindigkeit (gegebenenfalls zuzüglich einer Toleranzgröße) überschreitet. Dann wird der Adaptionswert schlagartig abgebaut, um Überschwinger zu vermeiden. Zu diesem Zeitpunkt wird der Geschwindigkeitsreglers derart uminitialisiert, daß seine Einstellgröße unmittelbar vor und nach Abschalten des Adaptionswerts gleich bleibt. Da die Reglereinstellgröße mittels einer Rekursionsformel aus der Einstellgröße der vorhergehenden Berechnung ermittelt wird, wird dies durch Setzen der aktuellen auf die vorherige Einstellgröße erreicht. Die durch den Adaptionswert künstlich erhöhte Einstellgröße wird dann durch den Regler mit der gültigen Verstärkung und Zeitkonstante abgebaut. Mit anderen Worten wird beim Umschalten vom Beschleunigungsregler auf den Geschwindigkeitsregler ein Adaptionswert ermittelt, der auf die vom Geschwindigkeitsregler bestimmten Einstellgröße zur Ansteuerung des Stellelements aufgeschaltet wird, so daß die Einstellung des Stellelements vor und nach dem Umschalten der Regler im wesentlichen gleich ist.
Zur Durchführung dieser Funktion ist in Fig. 1 ist eine Vergleichsstelle 72 vorgesehen, der die Leitungen 68 und 70 von den Leitungen 60 und 58 zugeführt werden. Diese Vergleichsstelle bildet die Differenz zwischen der Einstellgröße des Beschleunigungsreglers und der des Geschwindigkeitsreglers. Die Ausgangsleitung 74 der Vergleichsstelle 72 führt auf eine Schwellwertstufe 76, die bei positiver Differenz ein Ausgangssignal über die Leitung 78 abgibt. Dieses Ausgangssignal schließt das Schaltelement 80, durch weiches der im Element 82 berechnete Adaptionswert über die Additionsstelle 84 auf die Einstellgröße des Geschwindigkeitsreglers (Leitung 60) aufaddiert wird. Der Adaptionswert wird dabei, wie oben erwähnt, in einem Berechnungselement 82 auf der Basis der Geschwindigkeitsdifferenz, die über die Leitung 86 zugeführt wird, der Einstellgröße des Beschleunigungsreglers (Leitung 68) und der gangabhängigen Reglergesamtverstärkung gebildet.
Überschreitet die Geschwindigkeit die Sollgeschwindigkeit, wird der Schalter 80 über ein entsprechendes Signal auf einer Leitung 88, die von einer Schwellwertstufe 89 stammt, der wiederum die Geschwindigkeitsdifferenz zugeführt wird (Leitung 87), geöffnet. Dadurch wird der Adaptionswert schlagartig auf 0 gesetzt und der Geschwindigkeitsregler 10 uminitialisiert. Letzteres ist durch die Leitung 90 angedeutet.
Das Leistungsstellelement 16 ist in der bevorzugten Ausführungsform eine Drosselklappe einer Brennkraftmaschine, kann aber auch andere Stellelemente zur Beeinflussung anderer Leistungsgröße einer Brennkraftmaschine oder von alternativen Antriebskonzepten repräsentieren.
Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm, welches die Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung als Rechnerprogramm darstellt.
Nach Start des Programmteils zu vorgegebenen Zeitpunkten wird im ersten Schritt 100 die Istgeschwindigkeit Vist, die Sollgeschwindigkeit Vsoll, die Einstellgröße des Beschleunigungsreglers αsollb und die im vorherigen Programmdurchlauf errechnete Einstellgröße des Geschwindigkeitsreglers αsollv eingelesen. Daraufhin wird im Schritt 102 die Istbeschleunigung bist durch Differentiation der Istgeschwindigkeit und die Geschwindigkeitsdifferenz ΔV als Differenz von Soll- und Istgeschwindigkeit berechnet. Danach wird im Schritt 104 überprüft, ob der Übergang zwischen Beschleunigungsregler und Geschwindigkeitsregler stattfindet. Dies wird anhand der Regelabweichung ΔV bestimmt, wobei auf den Geschwindigkeitsregler umgeschaltet wird, wenn diese Differenz einen vorgegebenen Schwellwert erstmalig unterschreitet. Ist dies der Fall, wird im Schritt 106 überprüft, ob die Einstellgröße des Beschleunigungsreglers αsollb größer als der des Geschwindigkeitsreglers αsollv ist. Ist dies der Fall, wird im Schritt 108 der Adaptionswert AW berechnet. Nach Schritt 108 bzw. im Falle einer "Nein"-Antwort im Schritt 106 wird gemäß Schritt 110 die Einstellgröße αsollv des Geschwindigkeitsreglers nach Maßgabe der vorgegebenen Regelstrategie abhängig von der Differenz zwischen Soll- und Istgeschwindigkeit berechnet. Im darauffolgenden Schritt 112 wird dann die Einstellgröße αsollv zur Ansteuerung des Leistungsstellelements auf der Basis der Reglereinstellgröße und zuzüglich des Adaptionswertes AW gebildet und ausgegeben. Die Einstellgröße, die eine Drosselklappenstellung, ein Drehmoment, eine Motorlast, ein Radmoment, etc. darstellen kann, wird dann vorzugsweise im Rahmen eines Regelkreises durch Ansteuerung des Leistungsstellelements eingestellt. Danach wird der Programmteil beendet und zu gegebener Zeit wiederholt.
Wurde im Schritt 104 erkannt, daß gerade kein Übergang vorliegt, so wird im Schritt 114 überprüft, ob die Istgeschwindigkeit erstmalig während einer gerade laufenden Übergangsphase größer als die Sollgeschwindigkeit zuzüglich einer vorgegebenen Toleranzgröße überschritten wurde. Ist dies der Fall, wird gemäß Schritt 116 der Adaptionswert auf Null zurückgesetzt und der Regler wie oben beschrieben initialisiert. Nach Schritt 116 werden die Schritte 110 und 112 ausgeführt, wie auch im Falle einer "Nein"-Antwort im Schritt 114.
In Fig. 3 wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Lösung anhand von Zeitdiagrammen verdeutlicht. Dabei zeigt Fig. 3a den Verlauf der Soll- (strichliert) und Istgeschwindigkeit (durchgezogen) über der Zeit, Fig. 3b den der Soll- (strichliert) und Istbeschleunigung (durchgezogen), Fig. 3c den zeitlichen Verlauf der Einstellgrößen der Regler und Fig. 3d den zeitlichen Verlauf des Adaptionswertes AW.
Es wird von einer Fahrsituation ausgegangen, bei welcher der Fahrer am Berg das Fahrpedal voll betätigt, so daß bis zu einem Zeitpunkt T1 der Beschleunigungsregler das Fahrzeug an die einzustellende Sollgeschwindigkeit heranführt. Zum Zeitpunkt T1 unterschreitet die Geschwindigkeitsdifferenz die vorgesehene Aktivierungsschwelle des Geschwindigkeitsreglers, so daß in diesem Zeitpunkt auf den Geschwindigkeitsregler umgeschaltet wird. Bei Vorliegen der entsprechenden Voraussetzungen wird zum Zeitpunkt T1 der Adaptionswert auf die Einstellgröße des Geschwindigkeitsreglers aufaddiert, so daß zum Zeitpunkt T1 ein gleitender Übergang der Einstellgröße αsollb und αsollv erfolgt. Der Geschwindigkeitsverlauf zeigt keinen Einbruch, sondern eine Annäherung an die Sollgeschwindigkeit, da durch den Adaptionswert die Einstellgröße des Geschwindigkeitsreglers künstlich erhöht wurde. Zum Zeitpunkt T2 überschreitet die Istgeschwindigkeit den Sollwert um einen vorgegebenen Wert, so daß zu diesem Zeitpunkt der Adaptionswert schlagartig zurückgesetzt wird. Der Geschwindigkeitsregler wird dann derart uminitialisiert, daß keine sprungförmige Veränderung der Einstellgröße und damit der Leistung des Motors des Kraftfahrzeugs erfolgt.
Die entsprechende Vorgehensweise wird in vorteilhafter Weise auch bei einer vergleichbar aufgebauten Geschwindigkeitsregelanlage angewendet.

Claims (9)

1. Verfahren und Vorrichtung zum Regeln bzw. Begrenzen der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, wobei über eine die Geschwindigkeit des Fahrzeugs beeinflussendes Stellelement im stationären Betriebszustand die Geschwindigkeit durch einen Geschwindigkeitsregler eingestellt wird, im dynamischen Betriebszustand die Beschleunigung des Fahrzeugs geregelt wird und unter vorbestimmten Bedingungen vom Beschleunigungs- auf den Geschwindigkeitsregler umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Umschalten vom Beschleunigungsregler auf den Geschwindigkeitsregler ein Adaptionswert ermittelt wird, der auf die vom Geschwindigkeitsregler bestimmte Einstellgröße zur Ansteuerung des Stellelements aufgeschaltet wird, so daß die Einstellung des Stellelements vor und nach dem Umschalten der Regler im wesentlichen gleich ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Adaptionswert aus der Einstellgröße des Beschleunigungsreglers und dem Produkt aus der Gesamtverstärkung des Reglers und der Regelabweichung des Geschwindigkeitsreglers gebildet wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Adaptionswert bei Bergauffahrt aufgeschaltet wird, insbesondere dann, wenn die Einstellgröße des Beschleunigungsreglers größer als die des Geschwindigkeitsreglers ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Adaptionswert gerade so groß ist, daß die Differenz zwischen den Einstellgrößen des Beschleunigungsreglers und des Geschwindigkeitsreglers kompensiert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Geschwindigkeitsregler ein Regler eingesetzt wird, der stationär ungenau ist (P-, PD-, PDT1-Regler).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Adaptionswert abgeschaltet wird, wenn die Istgeschwindigkeit die Sollgeschwindigkeit um einen vorgegebenen Wert überschreitet.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Adaptionswert schlagartig abgeschaltet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abschalten des Adaptionswertes der Geschwindigkeitsregler derart initialisiert wird, daß eine sprungförmige Veränderung der Einstellung des Stellelements vermieden wird.
9. Vorrichtung zum Regeln bzw. Begrenzen der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, mit einem Geschwindigkeitsregler, der im stationären Betriebszustand die vorgegebene Geschwindigkeit einhält, mit einem Beschleunigungsregler, welcher im dynamischen Betriebszustand die Geschwindigkeit an die vorgegebene Geschwindigkeit heranführt, die beide Einstellgrößen zur Einstellung eines die Geschwindigkeit des Fahrzeugs beeinflussenden Stellelements erzeugen, mit Mitteln, die zwischen Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsregler umschalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Umschalten vom Beschleunigungs- auf den Geschwindigkeitsregler einen Adaptionswert bestimmen, der auf die vom Geschwindigkeitsregler bestimmten Einstellgröße zur Ansteuerung des Stellelements aufgeschaltet wird, so daß die Einstellung des Stellelements vor und nach dem Umschalten der Regler im wesentlichen gleich ist.
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