DE19604220A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung bzw. Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Regelung bzw. Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit eines FahrzeugsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Regelung bzw. Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit 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 dargestellt, bei welchem
im stationären Betriebszustand zum Einhalten einer
vorgegebenen Geschwindigkeit ein Geschwindigkeitsregler
aktiv ist, in dynamischen Betriebszuständen bei Annäherung
an die vorgegebene Geschwindigkeit ein
Beschleunigungsregler. Der Beschleunigungsregler arbeitet
auf der Basis der aus der Fahrgeschwindigkeit abgeleiteten
Beschleunigung des Fahrzeugs. Dieses Signal muß stark
gefiltert werden, damit der Istbeschleunigungsverlauf glatt
ist. Dies wiederum führt zu einer großen Verzögerung in der
Regelung und somit zu einem nicht in allen Fällen
zufriedenstellenden Einschwingverhalten auf die vorgegebene
Geschwindigkeit. Ferner werden, um einen zufriedenstellenden
Übergang von dem einen auf den anderen Regler zu schaffen,
die Integralanteile der Regler beim Übergang auf bestimmte
Werte gesetzt. Dabei müssen zur Aktivierung und
Initialisierung des übernehmenden Reglers aufwendige
Algorithmen eingesetzt werden, die ebenfalls Einfluß auf das
Einschwingverhalten haben.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Regelung bzw.
Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit
befriedigendem Einschwingen auf die vorgegebene
Geschwindigkeit in allen Betriebssituationen anzugeben.
Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der
unabhängigen Patentansprüche erreicht.
Aus der DE-A 28 42 023 ist ein Fahrgeschwindigkeitsregler
bekannt, bei dem zum Heranführen der Istgeschwindigkeit an
den Sollwert ein zeitlich veränderlicher Sollwert
vorgegebenen wird. Dieser Sollwert wird dabei mit einer
Rampe vorgegebener Steigung aufgesteuert, die gegebenenfalls
abhängig von der Differenz zwischen Soll- und
Istgeschwindigkeit vorgegebene feste Werte annimmt, abhängig
von der Differenz zwischen der vom Fahrer vorgegebenen und
der zeitlich veränderlichen Sollgeschwindigkeit oder
abhängig von der Differenz zwischen dem zeitlich
veränderlichen Sollwert und dem Istwert ist. Diese Maßnahmen
führen jedoch nicht in allen Fällen zu einem befriedigendem
Einschwingverhalten, ohne daß aufwendige Algorithmen
eingesetzt werden müssen.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird ein Einschwingen der
Geschwindigkeit eines Fahrzeugs auf eine Zielgeschwindigkeit
ohne aufwendige Initialisierungs-, Aktivierungsalgorithmen
und ohne Ermittlung der Beschleunigung des Fahrzeugs
erreicht.
Besonders vorteilhaft ist, daß dieser Vorteil in allen
Betriebssituationen, auch am steilen Berg, erreicht wird.
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung im Rahmen einer
Geschwindigkeitsbegrenzung zum Heranführen der
Geschwindigkeit an die Zielgeschwindigkeit, wobei auch ein
stationär ungenauer Regler einsetzbar ist.
Besonders vorteilhaft ist, daß die erfindungsgemäße Lösung
übersichtlich und leicht zu applizieren ist. Ferner wird
keine Adaption mehr benötigt, da die Startbedingungen der
Regelungen einfache Ein-/Ausschaltbedingungen sind.
Besonders vorteilhaft ist, daß die Reglervorsteuerung, der
Regler selbst und die Sollwertrampen getrennt voneinander
appliziert werden können.
Eine aufwendige Berechnung der Istbeschleunigung wird nicht
benötigt, da zur Aktivierung des Reglers lediglich eine
Schwelle abgefragt wird.
Störeinflüsse der Fahrers, insbesondere kurz unterhalb der
Zielgeschwindigkeit, die zu einem Ab- und Wiedereinschalten
der Geschwindigkeitsbegrenzers führen, werden durch die
erfindungsgemäße Lösung weitgehend eliminiert.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den
abhängigen Patentansprüchen.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 ein Übersichtsblockschaltbild einer ersten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, die anhand der
Zeitdiagramme in Fig. 2 weiter verdeutlicht ist. In den
Fig. 3 und 4 sind die entsprechenden Darstellungen für
ein zweites Ausführungsbeispiel gezeigt. Fig. 5 schließlich
zeigt ein Flußdiagramm, welches für beide Ausführungsformen
eine Realisierung als Rechnerprogramm skizziert.
Fig. 1 zeigt ein Übersichtsblockschaltbild eines ersten
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lösung. Dabei ist
ein vom Fahrer betätigbares Bedienelement zur Vorgabe der
Ziel- bzw. Begrenzungsgeschwindigkeit dargestellt, welches
über eine Leitung 12 mit einem Speicherelement 14 verbunden
ist. Von dem Speicherelement 14 führt eine Leitung 16 auf
eine Verknüpfungsstelle 18 zur Bildung der Abweichung
zwischen Ziel- und Istgeschwindigkeit. Dieser
Vergleichsstelle 18 wird eine Leitung 20 von einer Leitung
22 zugeführt, die von einer Meßeinrichtung 24 zur Erfassung
der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgeht. Eine Ausgangsleitung 26
des Vergleichselements 18 führt auf ein Berechnungselement
28, in dem eine zeitlich veränderliche Sollgeschwindigkeit
VSoll*, abhängig von der Differenz zwischen Ziel- und
Istgeschwindigkeit errechnet wird. Ferner führt von der
Leitung 16 eine Leitung 17 zum Element 28. Eine weitere
Eingangsleitung stellt die Leitung 29 dar, die zur
Aktivierung und Deaktivierung des Elements 28 von der
nachfolgend beschriebenen Leitung 48 ausgeht. Eine
Ausgangsleitung 30 des Elements 28 führt auf eine
Vergleichstelle 32, deren Ausgangsleitung 34 auf den Regler 36
führt. Dieser Regler stellt einen Regler für den
dynamischen Betriebszustand (Heranführen an die
Zielgeschwindigkeit) dar. Er wird daher auch
Beschleunigungsregler genannt. Seine Ausgangsleitung 38
führt über ein Schaltelement 40 auf eine Verknüpfungsstelle
42, deren Ausgangsleitung 44 auf eine weitere
Verknüpfungsstelle 46 führt. Das Schaltelement 40 wird dabei
über eine Leitung 48 von einem Freigabeelement 50
geschaltet. Der Verknüpfungsstelle 42 wird eine Leitung 52
von einem Kennfeldelement 54 zugeführt, dem eine Leitung 56
von der Leitung 16 sowie eine Leitung 58 zugeführt wird,
über die die aktuell eingelegte Fahrstufe (Istgang) des
Getriebes des Fahrzeugs übermittelt wird. Entsprechend wird
der Verknüpfungsstelle 46 eine Leitung 60 zugeführt, welche
von einem Kennfeldelement 62 auf die Verknüpfungsstelle 46
führt. Dem Kennfeldelement 62 wird eine Leitung 66, die von
einer nachstehend beschriebenen Leitung 68 ausgeht, sowie
eine Leitung 70 von der Leitung 58 zugeführt. Die
Ausgangsleitung 72 der Verknüpfungsstelle 46 führt über ein
Schaltelement 74 auf eine Auswahlstufe 76, deren
Ausgangsleitung 78 auf ein die Fahrzeuggeschwindigkeit
beeinflussendes Stellelement 80, vorzugsweise eine
Drosselklappe, führt. Dem Schaltelement 74 wird neben der
Leitung 72 eine Leitung 82 von einem Regler 84 zugeführt,
dem eine Leitung 86 von der Leitung 26 zugeführt ist. Dieser
Regler regelt die Geschwindigkeit im stationären
Betriebszustand, er wird daher auch Geschwindigkeitsregler
genannt. Das Schaltelement 74 wird über eine Leitung 88
betätigt, welche ebenfalls von der Leitung 26 abzweigt. Dem
Auswahlelement 76 wird ferner eine Leitung 90 zugeführt,
welche die Ausgangsleitung eines Kennfeldelements 92 ist.
Diesem wird eine Leitung 94 von einer Meßeinrichtung 96 zur
Erfassung der Stellung eines vom Fahrer betätigbaren
Fahrpedals zugeführt. Ferner ist ein Kennlinienelement 98
vorgesehen, dem eine Leitung 100, ausgehend von der Leitung 26,
zugeführt ist. Im Kennlinienelement 98 wird abhängig von
der Differenz zwischen Ziel- und Istgeschwindigkeit eine
Sollbeschleunigung bestimmt, welche über die Leitung 68 an
eine Vergleichsstelle 102 geführt ist. Deren Ausgangsleitung
104 führt auf das Freigabeelement 50. Der Vergleichsstelle
102 ist eine Leitung 106 von einer Differentiationsstufe 108
zur Bildung der Istbeschleunigung des Fahrzeugs zugeführt.
Dieser Differentiationsstufe 108 ist eine Leitung 110 von
der Leitung 22 zugeführt. Neben der Leitung 104 werden dem
Freigabeelement 50 ferner eine Leitung 112 von der Leitung
90, eine Leitung 114 von der Leitung 52 sowie eine Leitung
116 von der Leitung 60 zugeführt.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel stellt einen
Geschwindigkeitsbegrenzer eines Kraftfahrzeugs dar, bei
welchem zum Heranführen der Geschwindigkeit an die
Begrenzungsgeschwindigkeit der Regler 36 im Sinne einer
Beschleunigungsregelung, bei Erreichen der
Zielgeschwindigkeit der Regler 84 im Sinne einer
Geschwindigkeitsregelung aktiv ist. Abhängig von der
Differenz zwischen Ziel- und Istgeschwindigkeit wird
zwischen den beiden Reglern (mittels Schaltelement 74)
umgeschaltet. Der Regler 36 selbst wird im bevorzugten
Ausführungsbeispiel bei Unterschreiten einer vorgegebenen
Geschwindigkeitsdifferenz, die wesentlich größer als die zur
Umschaltung vom Regler 36 auf den Regler 84 verwendete
Geschwindigkeitsdifferenz ist, aktiviert. Zur Verbesserung
der Regeleigenschaften sind ferner die durch die Kennfelder
54 und 62 dargestellten Vorsteuerungen des Reglers 36
vorgesehen. Ein erster Vorsteuerwert VW1 wird abhängig von
der Fahrstufe und der Zielgeschwindigkeit im Kennfeld 54
gebildet. Ein zweiter Vorsteuerwert VW2 wird im Kennfeld 62
abhängig von Sollbeschleunigung und eingelegter Fahrstufe
bestimmt. Die Vorsteuerungen sind dabei auf ebene Fahrbahn
und unbeladenes Fahrzeug abgestimmt. Dies bedeutet, daß im
Idealfall die Vorsteuerungen zur Beschleunigung des
Fahrzeugs ausreichen, so daß der Regler 36 lediglich
Abweichungen von dieser idealen Einstellung auszuregeln hat.
Die Vorsteuerwerte VW1 und VW2 werden dabei auf die
Ausgangsleitung des Reglers in den Verknüpfungsstellen 42
und 46 aufgeschaltet, vorzugsweise aufaddiert. Ferner werden
sie dem Freigabeelement 50, das die Startbedingungen des
Reglers 36 und der Sollwertrampen im Element 28 festlegt,
zugeführt. Der Regler 36 und seine Vorsteuerungen bzw. der
Geschwindigkeitsregler 84 erzeugen Sollwerte zur Einstellung
des die Geschwindigkeit beeinflussenden Stellelements 80.
Der jeweilige Sollwert wird dabei einer Auswahlstufe 76
zugeführt, welche den jeweils kleinsten Wert des jeweiligen
Reglersollwertes sowie eines über die Leitung 90 von der
Fahrpedalbetätigung abgeleiteten Sollwertes bildet und an
das Stellelement 80 weitergibt. Der Einstellsollwert des
Fahrers wird abhängig vom Betätigungsgrad des Fahrpedals und
ggf. weiterer Betriebsgrößen, wie z. B. der Motordrehzahl,
im Kennfeld 92 ermittelt.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird als Regler 36 ein
einfacher Proportionalregler verwendet. Der
Verstärkungsfaktor des Proportionalreglers ist dabei von der
eingelegten Fahrstufe abhängig.
Dem Regler 36 wird als Sollvorgabe zeitlich veränderliche
Geschwindigkeitssollwerte zugeführt, sogenannte
Geschwindigkeitsrampen, deren Steigung abhängig von
Zielgeschwindigkeit und Geschwindigkeitsdifferenz ist.
Dadurch bringt der Regler eine zusätzliche Stellgröße auf
die Vorsteuerung auf (positiv oder negativ). Die sich
zeitlich verändernde Sollgeschwindigkeit wird im
Berechnungselement 28 gebildet, wo die Steigung der
Sollwertrampen über Zielgeschwindigkeit und
Geschwindigkeitsdifferenz abgelegt ist.
Die im Kennfeld 28 abgelegten Rampen laufen immer so lange,
bis die Geschwindigkeitsdifferenz derart verringert ist, daß
auf den Geschwindigkeitsregler umgeschaltet werden kann.
Dies bedeutet regelungstechnisch, daß man zum
Proportionalanteil des Reglers 36 einen variablen I-Anteil
erhält. Die Rampensteigungen werden dabei mit zunehmender
Annäherung an die Zielgeschwindigkeit flacher. Somit läuft
an einem steilen Berg die Rampe länger, da die Vorsteuerung
auf die Ebene und auf ein unbeladenes Fahrzeug ausgerichtet
ist.
Die Sollwertrampen und das Einstellsignal des Reglers 36
werden im bevorzugten Ausführungsbeispiel nur unter
bestimmten Bedingungen ermittelt, die vom Freigabeelement 50
überprüft werden. Dieses gibt den Regler und die Rampen
frei, wenn der Fahrer mit seiner Vorgabe über die
Vorsteuerung kommt, d. h., wenn er eine Geschwindigkeit
einstellen möchte, die über der Zielgeschwindigkeit liegt.
Aus diesem Grund werden dem Freigabeelement 50 sowohl die
Fahrervorgabe als auch die Vorsteuerwerte zugeführt. Ist die
Fahrervorgabe SollF größer als die Summe aus den
Vorsteuerwerten VW1 und VW2, wird das Schaltelement 40
geschlossen und das Element 28 aktiviert. Abhängig von
seinen Eingangssignalen korrigiert der Regler die
Vorsteuerwerte, so daß das Stellelement auf der Basis des
aus Regler und Vorsteuerwert gebildeten Sollwertes SollR
eingestellt wird, solange dieser kleiner als die
Fahrervorgabe SollF ist. Die Sollwertrampen starten dabei
von der zum Aktivierungszeitpunkt vorliegenden
Istgeschwindigkeit, so daß zum Startzeitpunkt die
Regelabweichung des Reglers Null ist. Daher sind keine
Initialisierungsroutinen notwendig.
Geht der Fahrer vom Fahrpedal, d. h. unterschreitet die
Fahrervorgabe die Vorsteuerung, d. h. übersteigt der Sollwert
des Reglers und der Vorsteuerung SollR wieder den des
Fahrers SollF und das Stellelement 80 wird abhängig vom
Fahrersollwert eingestellt, wird die Rampe angehalten.
Überschreitet dann der Fahrersollwert wieder den
Reglersollwert, so wird die Rampe vom angehaltenen Wert aus
wieder gestartet. Dabei wird der die Einstellgröße des
Reglers auf den Wert vor dem Abschalten gesetzt. Gibt der
Fahrer z. B. einen Sollwert von 50% (der maximalen
Drosselklappenöffnung) vor, die Vorsteuerung 35% (steiler
Berg), dann öffnet der Regler bis zu 15%. Dann wird die
Rampe angehalten. Geht der Fahrer dann weiter auf das Pedal,
z. B. auf 70%, startet die Reglerrampe von dem Wert 50% aus
auf maximal 70%. Wäre der Fahrer nicht auf 70%, sondern auf
40% zurückgegangen, so wären die Rampe und der Regler von
diesem 40% aus gestartet worden. Sinkt allerdings die
Fahrervorgabe unter die Vorsteuerung, so wird bei einem
nachfolgenden Vorliegen der Einschaltbedingung die Rampe und
der Regler wieder von Null aus gestartet. Die zur
Durchführung dieser Funktionen notwendigen Leitung zur
Zuführung der Istgeschwindigkeit zum Element 28 sowie der
Einstellung der Reglerstartwerte sind in Fig. 1 aus
Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.
Ein weiteres Einschaltkriterium für den Regler und die Rampe
ist die Beschleunigung. Sie werden gestartet, wenn die
Istbeschleunigung des Fahrzeugs größer wird als die abhängig
von der Geschwindigkeitsdifferenz vorgegebenen
Sollbeschleunigung. Durch diese Maßnahme wird verhindert,
daß bei Bergabfahrt, wenn die Fahrervorgabe immer unter der
Vorsteuerung liegt (Regler ist nicht aktiv, da Vorsteuerung
größer als Fahrervorgabe), die Fahrgeschwindigkeit über die
Zielgeschwindigkeit hinaus geführt wird. Daher wird der
Regler (und die Sollwertrampe) bei Überschreiten der
Sollbeschleunigung gestartet, um das Überschwingen der
Geschwindigkeit zu verhindern.
Ein Beispiel für die Wirkung der erfindungsgemäßen Lösung
ist in den Fig. 2a-2c dargestellt. Dabei zeigt Fig. 2a
den Zeitverlauf der Vorgabewerte durch den Fahrer SollF und
durch den Regler (plus Vorsteuerung) SollR, Fig. 2b den
zeitlichen Verlauf der Sollbeschleunigung ASoll sowie der
Istbeschleunigung AIst und Fig. 2c den zeitlichen Verlauf
der Istgeschwindigkeit VIst und den Soll- bzw.
Zielgeschwindigkeiten VSoll bzw. VSoll*. Es sei davon
ausgegangen, daß der Fahrgeschwindigkeitsbegrenzer aktiv
ist, d. h., daß die Differenz zwischen der vom Fahrer
vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit VSoll und der
Istgeschwindigkeit kleiner als die Aktivierungsschwelle des
Begrenzers ist. Zunächst beschleunigt das Fahrzeug aufgrund
des vom Fahrer vorgegebenen Sollwertes SollF, der kleiner
ist als der von der Reglervorsteuerung berechnete. Zu einem
Zeitpunkt T0 wird eines der Aktivierungskriterien des
Reglers 36 erfüllt. Zum Zeitpunkt T0 überschreitet die
Istbeschleunigung AIst die Sollbeschleunigung. Dies
bedeutet, daß ab dem Zeitpunkt T0 die sich rampenförmig
verändernde Sollgeschwindigkeit VSoll* dem Regler 36
vorgegeben wird. Dieser korrigiert dann entsprechend der
Differenz zwischen der Sollgeschwindigkeit VSoll* und der
Istgeschwindigkeit die Vorsteuerwerte und damit SollR. Zum
Zeitpunkt T0′ unterschreitet der aus Vorsteuerung und
Reglerwert berechnete Reglervorgabewert SollR den vom Fahrer
vorgegebenen Wert SollF, so daß das Stellelement abhängig
vom Reglervorgabewert SollR eingestellt wird. Durch den
Reglereingriff nimmt die Istbeschleunigung des Fahrzeugs bis
zum Zeitpunkt T1 ab. Zum diesem Zeitpunkt befindet sind die
Istgeschwindigkeit in einem Bereich um der
Zielgeschwindigkeit, die zur Aktivierung des
Geschwindigkeitsreglers führt, der die Zielgeschwindigkeit
einhält. Zum Zeitpunkt T1 wird der Regler 36 und die Rampe
gestoppt. Der Vorgabewert SollR wird wieder durch die
Vorsteuerung bereitgestellt, dieser greift nach dem
Zeitpunkt T1 jedoch nicht mehr auf das Stellelement ein, da
dieses abhängig vom Geschwindigkeitsregler (oder vom
Fahrervorgabewert) eingestellt wird. Die Darstellung nach
Fig. 2 macht deutlich, daß durch die erfindungsgemäße
Lösung ein befriedigendes Einschwingen der
Istgeschwindigkeit auf die Zielgeschwindigkeit ohne großen
Aufwand erreicht wird.
In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Lösung dargestellt. Dieses unterscheidet
sich in den nachfolgend dargestellten Punkten vom
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Die Elemente, die in
beiden Ausführungsbeispielen in gleicher Weise eingesetzt
werden, werden nicht näher beschrieben. Gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 handelt es sich bei dem
Regler 36 um einen Regler mit Proportional- und
Integralanteil (PI-Regler). Dessen Regelabweichung wird aus
einer in einem Filterblock 200 zeitlich beeinflußten
Sollgeschwindigkeit VSoll* und der erfaßten
Istgeschwindigkeit VIst gebildet. Dem Element 200 wird dabei
direkt einerseits die Leitung 16 vom Sollwertspeicher 14,
andererseits die Leitung 20, die die Istgeschwindigkeit
übermittelt, zugeführt. Alle anderen Elemente entsprechen in
ihrer Funktion denen des ersten Ausführungsbeispiels. Im
Filterelement 200 wird, ausgehend von der aktuellen
Fahrzeuggeschwindigkeit, die vorgegebene Zielgeschwindigkeit
über ein Filter zur Vergleichsstelle 32 gegeben. Dieses
Filter ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Filter
erster Ordnung, ein sogenanntes PT1-Filter. Die
Zeitkonstante des Filters ist dabei abhängig von der bei
Aktivierung des Reglers vorliegenden Geschwindigkeit. In
anderen vorteilhaften Ausführungsbeispielen können sich auch
andere Filter als geeignet erweisen. Wesentlich ist, daß das
verwendete Filter wenigstens eine Verzögerung erster Ordnung
enthält. Der Regler 36 ist als Regler mit Proportional- und
Integralanteil ausgelegt, um die stationäre Genauigkeit zu
erhalten. Der Einschwingvorgang läßt sich mit der im
bevorzugten Ausführungsbeispiel geschwindigkeitsabhängigen
Zeitkonstante des Filters einstellen. So wird dem
verminderten Beschleunigungsvermögen des Fahrzeugs bei hohen
Geschwindigkeiten Rechnung getragen. Die
Einschaltbedingungen für Regler und Sollwertvorgabe
entsprechen denen im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Dies
bedeutet, daß bei Vorliegen einer der Einschaltbedingungen
im Freigabeblock 50 der Regler und das Filter 200 aktiviert
werden. Die im Speicherelement 14 gespeicherte
Zielgeschwindigkeit wird ausgehend von der aktuellen
Istgeschwindigkeit mit einer Zeitkonstante abhängig von der
aktuellen Istgeschwindigkeit zur Sollgeschwindigkeit VSoll*
gefiltert, die der Regelung zugrundeliegt.
Ein Beispiel für einen Einschwingvorgang ist in Fig. 4
dargestellt. Danach zeigt Fig. 4a den Zeitverlauf der
Vorgabewerte durch den Fahrer SollF bzw. durch den Regler
SollR. Fig. 4b zeigt den Zeitverlauf der Istgeschwindigkeit
VIst, der Zielgeschwindigkeit VSoll und der gefilterten
Sollgeschwindigkeit VSoll*. Auch hier beschleunige das
Fahrzeug bis zum Zeitpunkt T0 nach Maßgabe des Sollwertes,
der vom Fahrer vorgegeben wird. Der Reglersollwert SollR
wird in dieser Betriebsphase durch die Vorsteuerung des
Reglers bestimmt. Zum Zeitpunkt T0 unterschreite der
Reglervorgabewert den Vorgabewert des Fahrers, d. h. die
Summe aus den Vorsteuerwerten ist kleiner als der
Fahrersollwert SollF. Dies bedeutet, daß zum Zeitpunkt T0
der Regler und das Filter aktiviert wird. Ab dem Zeitpunkt
T0 wird daher die gefilterte Sollgeschwindigkeit VSoll*
ausgehend von der aktuellen Geschwindigkeit VIst zum
Zeitpunkt T0 nach Maßgabe der Filterzeitkonstante auf die
vorgegebene Zielgeschwindigkeit VSoll geführt. Der Regler
bildet auf der Basis der Differenz zwischen der
Sollgeschwindigkeit VSoll* und der Istgeschwindigkeit ein
Korrektursignal für die Vorsteuerung, was zum Zeitpunkt T1
zum Einschwingen der Istgeschwindigkeit auf den Sollwert und
zur Umschaltung auf den Geschwindigkeitsregler führt. Wie im
vorhergehenden Ausführungsbeispiel stellt der
Geschwindigkeitsregler dabei vorzugsweise einen sogenannten
PDT1-Regler dar, ein Regler, der neben einem Proportional
auch einen verzögerten Differentialanteil enthält.
In beiden Ausführungsbeispielen wird ein einheitliches
Verhalten des Fahrzeugs unter allen Fahrzuständen erreicht.
Dabei wird auch an einem steilen Berg die
Zielgeschwindigkeit immer sicher erreicht, ohne daß der
Regelungsaufwand wesentlich ansteigt. Die verwendete
Reglerstruktur ist dabei übersichtlich und leicht zu
applizieren. Die Startbedingungen der Reglerstruktur sind
einfache Ein-/Ausschaltbedingungen, so daß aufwendige
Adaptionsverfahren zur Ermittlung des Startwertes nicht
benötigt werden. Vorsteuerung, Regler und Rampen sind
getrennt voneinander applizierbar, daher kann jede
Teilfunktion im Fahrzeugversuch einzeln abgeschaltet werden
und die verbleibende appliziert werden. Die
Istbeschleunigungsberechnung benötigt keine aufwendige
Filterung, da zum Start des Reglers nur eine Schwelle
abgefragt werden muß. Ferner wird der Störeinfluß des
Fahrers, der besonders kurz unterhalb der
Zielgeschwindigkeit störend auf das System einwirkt (z. B.
durch falsche Startwerte, durch ungünstige Ausgangswerte der
Vorsteuerungen) weitgehend eliminiert.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die dargestellte
Reglerstruktur in einem Rechnerprogramm eines Mikrocomputers
realisiert. Ein Beispiel für ein derartiges Programm ist als
Flußdiagramm in Fig. 5 skizziert. Der dargestellte
Programmteil wird dabei bei Aktivierung der Reglerstruktur
in vorbestimmten Zeitintervallen abgearbeitet.
Zunächst wird in einem ersten Schritt 300 Istgeschwindigkeit
VIst, Zielgeschwindigkeit VSoll, der Fahrervorgabewert SollF
und die eingelegte Fahrstufe GIst eingelesen. Im
darauffolgenden Schritt 302 wird abhängig von der
Istgeschwindigkeit die Istbeschleunigung AIst, die Differenz
zwischen Ziel- und Istgeschwindigkeit ΔV und auf der Basis
dieser Geschwindigkeitsdifferenz ΔV die Sollbeschleunigung
ASoll bestimmt. Ferner wird auf der Basis der
Zielgeschwindigkeit VSoll und der eingelegten Fahrstufe GIst
der erste Vorsteuerwert VW1 und auf der Basis der
Sollbeschleunigung ASoll und der eingelegten Fahrstufe GIst
der zweite Vorsteuerwert VW2 berechnet. Daraufhin wird im
Abfrageschritt 304 überprüft, ob die
Geschwindigkeitsdifferenz einen vorgegebenen Wert AV0
unterschritten hat. Dieser Wert liegt sehr nahe an der
Zielgeschwindigkeit und beträgt in einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel 2km/h. Ist dies der Fall, wird gemäß
Schritt 306 die Geschwindigkeitsregelung aktiviert, die
einen Vorgabewert SollV berechnet. Im darauf folgenden
Schritt 308 wird der Einstellsollwert Soll des Stellelements
auf der Basis des jeweils kleinsten Wertes aus
Reglervorgabewert SollV und Fahrervorgabewert SollF
gebildet, der Programmteil beendet und zu gegebener Zeit
wiederholt. Ist die Geschwindigkeitsdifferenz größer als die
vorgegebene Differenz ΔV0, wird im Schritt 310 überprüft, ob
die Startbedingungen für den Regler 36 vorliegen. Ist dies
nicht der Fall, wird gemäß Schritt 312 der Reglervorgabewert
SollR aus der Summe der beiden Vorsteuerwerte VW1 und VW2
gebildet und daraufhin im Schritt 314 der Einstellsollwert
Soll für das Stellelement aus dem kleineren der Sollwerte
SollR und SollF gebildet, der Programmteil beendet und zu
gegebener Zeit wiederholt. Liegen gemäß Schritt 310 die
Startbedingungen vor, werden im darauffolgenden Schritt 316
der veränderte Sollwert VSoll* abhängig von der
Geschwindigkeitsdifferenz ΔV, der Zeit, der
Istgeschwindigkeit, sowie ggf. der Sollgeschwindigkeit
VSoll* beim Abbruch der Rampe im ersten Ausführungsbeispiel
bzw. nach der vorgegebenen Filterfunktion im zweiten
Ausführungsbeispiel berechnet. Daraufhin wird im Schritt 318
die dem Regler zugeführte Geschwindigkeitsdifferenz ΔV* aus
der Differenz zwischen Sollgeschwindigkeit VSoll* und
Istgeschwindigkeit gebildet und im darauffolgenden Schritt
320 der Reglersollwert SollR* auf der Basis der
Geschwindigkeitsdifferenz ΔV* berechnet. Dies erfolgt im
ersten Ausführungsbeispiel nach Maßgabe eines
Proportionalreglers, im zweiten Ausführungsbeispiel nach
Maßgabe eines Proportional-Integralreglers. Im
darauffolgenden Schritt 322 wird der Reglervorgabewert SollR
aus Reglerausgangswert SollR* und den Vorsteuerwerten VW1
und VW2 berechnet und mit Schritt 314 fortgefahren.
Neben der bevorzugten Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung
im Rahmen eines Geschwindigkeitsbegrenzers wird die
erfindungsgemäße Lösung mit den entsprechenden Vorteilen
auch bei einem Geschwindigkeitsregler eingesetzt, welcher
eine vom Fahrer vorgegebene Geschwindigkeit einhält.
Ferner werden in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
nicht zwei Regler, sondern ein Regler mit wählbaren
Konstanten eingesetzt, die je nach Betriebssituation gesetzt
oder abgeschaltet werden.
In beiden Ausführungsbeispielen wird der Sollwert Vsoll*
kontinuierlich abhängig von den entsprechenden Größen
verändert.
Claims (10)
1. Verfahren zur Regelung bzw. Begrenzung der
Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, bei welchem ein die
Geschwindigkeit beeinflussendes Stellelement von wenigstens
einem Regler eingestellt wird, welchem ein sich zeitlich
verändernder Sollwert für die Fahrgeschwindigkeit zugeführt
wird, wobei der wenigstens eine Regler die Geschwindigkeit
des Fahrzeugs im Sinne einer Annäherung der Geschwindigkeit
an diesen Sollwert beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß
die Steigung des dem wenigstens einen Regler zugeführten
Sollwerts wenigstens nach Maßgabe der bei Aktivierung der
Reglers vorliegenden Istgeschwindigkeit und einer
vorgegebenen Zielgeschwindigkeit verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Veränderung der Sollgeschwindigkeit eine Zeitrampe
vorgegeben ist, deren Steigung abhängig von der Differenz
zwischen Ziel- und Istgeschwindigkeit und der zu
erreichenden Zielgeschwindigkeit ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Veränderung des Sollwertes nach Maßgabe einer wenigstens
einen verzögernden Anteil enthaltenden Filterfunktion
vorgenommen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Regler ein Regler mit
Proportionalanteil ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der das Stellelement
einstellende Sollwert des Reglers aus dem Vorgabewert des
Reglers selbst sowie einer wenigstens von
Zielgeschwindigkeit, Sollbeschleunigung und Fahrstufe
abhängigen Vorsteuerung gebildet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Regler aktiviert wird, wenn
die Summe der Vorsteuerwerte kleiner ist als der Vorgabewert
für das Stellelement, der durch den Fahrer vorgegeben wird,
oder wenn die Istbeschleunigung des Fahrzeugs größer als die
Sollbeschleunigung wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwertrampe neu gestartet
wird, wenn der Vorgabewert durch den Regler (und die
Vorsteuerung) den durch den Fahrer wieder erreicht, nachdem
der Fahrervorgabewert unter dem des Reglers gesunken ist,
daß die Reglerrampe von dem abgebrochenen Wert aus startet,
wenn der Vorgabewert des Reglers den Vorgabewert des Fahrers
wieder erreicht, nachdem der Fahrervorgabewert vergrößert
wurde.
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zeitkonstante des eingesetzten Filters abhängig von der
Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Regler ein Regler mit Proportional- und
Integralanteil ist.
10. Vorrichtung zur Regelung bzw. Begrenzung der
Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, mit wenigstens einem
Regler, der ein die Geschwindigkeit beeinflussendes
Stellelement einstellt, dem eine zeitlich veränderliche
Sollgeschwindigkeit vorgegeben wird, und der die
Geschwindigkeit des Fahrzeugs im Sinne einer Annäherung der
Geschwindigkeit an diesen Sollwert beeinflußt, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steigung des dem wenigstens einen
Regler zugeführten Sollwerts wenigstens nach Maßgabe der bei
Aktivierung der Reglers vorliegenden Istgeschwindigkeit und
einer vorgegebenen Zielgeschwindigkeit verändert wird.
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
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Effective date: 20130508 |
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Effective date: 20140902 |