DE19632337A1 - Verfahren und Einrichtung zur Regelung der Längsdynamik eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Regelung der Längsdynamik eines Kraftfahrzeuges

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrich­ tung zur Regelung der Längsdynamik eines Kraftfahrzeuges in Form einer Regelung der Längsgeschwindigkeit oder Längsbeschleunigung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 3.
Bei herkömmlichen Längsdynamikregelsystemen in Form sogenannter Tempomatsysteme wird eine vorgebbare Fahrgeschwindigkeit mittels eines Geschwindigkeitsreglers dadurch eingeregelt, daß letzterer ein direkt in Abhängigkeit von der jeweiligen Regelabweichung bestimmtes Stellsignal an ein Stellglied im Antriebsstrang, z. B. eine Drosselklappe, abgibt, um die Regelabweichung zu null aus­ zuregeln. Ein weitergehendes Regelsystem ist in der Offenle­ gungsschrift DE 43 38 399 A1 beschrieben. Dort ist zur Verbesse­ rung der Einhaltung der gewünschten Geschwindigkeit bei Berg­ abfahrt vorgesehen, daß über eine zugehörige Steuereinheit die Fahrzeugbremsleistung beeinflußt werden kann.
Die Regelungseigenschaften derartiger herkömmlicher Fahrzeug­ längsdynamikregelsysteme werden mit kleineren Fahrgeschwindig­ keiten aufgrund der zunehmenden Bedeutung des nicht linearen Ver­ haltens des Fahrzeuges bekanntermaßen immer weniger befriedi­ gend. Dies ist z. B. in Abstandsregelsystemen mit hierarchischem Aufbau von Bedeutung, bei denen ein Längsdynamikregelkreis einem Abstandsregelkreis unterlagert ist. Bei einer in der nicht vor­ veröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 195 23 111.2 be­ schriebenen Abstandsregeleinrichtung ist als Abhilfe dieses Pro­ blems ein Abstandsregler vorgesehen, der ein künstliches neuro­ nales Netzwerk beinhaltet, das anhand eines nichtlinearen, kenn­ feldbasierten Fahrzeuglängsdynamikmodells trainiert wird.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Einrichtung der eingangs genannten Art zur Fahrzeuglängsdynamikregelung zugrunde, mit denen sich mit zufriedenstellender Regelungsgenauigkeit die Fahrgeschwin­ digkeit sowohl um hohe als auch um sehr niedrige Sollgeschwin­ digkeiten bzw. die Fahrbeschleunigung sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten zuverlässig regeln läßt.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Ein­ richtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3. Bei diesem Verfahren und dieser Einrichtung werden aus den eingangsseitig beispiels­ weise vom Fahrer oder von einem überlagerten Abstandsregelkreis vorgegebenen Daten über die Sollgeschwindigkeit oder Sollbe­ schleunigung sowie Daten über den Ist-Fahrzustand zunächst reg­ lerinterne Sollgeschwindigkeits- und Sollbeschleunigungswerte ermittelt, aus denen anschließend anhand eines inversen Fahr­ zeuglängsdynamikmodells wenigstens das Stellsignal für den An­ triebsstrang des Fahrzeugs bestimmt wird. Der erfaßte Ist-Fahr­ zustand beinhaltet dabei wenigstens Informationen über die mo­ mentane Fahrgeschwindigkeit, d. h. die Ist-Längsgeschwindigkeit, die Motordrehzahl und/oder die Getriebeübersetzung sowie vor­ zugsweise auch über die Ist-Längsbeschleunigung und die momenta­ ne Fahrbahnsteigung.
Das inverse Fahrzeuglängsdynamikmodell beinhaltet Modellierungen der für die Längsdynamik relevanten Fahrzeugkomponenten, wie des Motors, des meist automatischen Getriebes, der Hinterachse und der Bremsanlage, wobei es sich durch Invertierung eines entspre­ chenden Fahrzeuglängsdynamikmodells ergibt, das anhand eingangs­ seitiger Stellsignale für den Antriebsstrang und gegebenenfalls die Bremsanlage die zugehörigen Momentanwerte für Längsgeschwin­ digkeit und Längsbeschleunigung ermittelt. Ein solches nichtli­ neares Fahrzeuglängsdynamikmodell ist z. B. in der oben genann­ ten, nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 195 23 111.2 offenbart; worauf diesbezüglich verwiesen wird.
Auf diese Weise kann eine zuverlässige Regelung der Längsge­ schwindigkeit oder der Längsbeschleunigung sowohl im hohen als auch im niedrigen Fahrgeschwindigkeitsbereich realisiert werden. Bei Verwendung dieses Verfahrens und dieser Einrichtung als un­ terlagerter Teil einer Abstandsregelung wird letztere verein­ facht und verbessert, da der unterlagerte Regelkreis das nicht­ lineare Fahrzeugverhalten nachvollzieht, so daß für den Entwurf des überlagerten Abstandsreglers von einem linearen Fahrzeugver­ halten auch im niedrigen Geschwindigkeitsbereich ausgegangen werden kann.
Ein nach Anspruch 2 weitergebildetes Verfahren und eine entspre­ chend weitergebildete Einrichtung nach Anspruch 4 beinhalten ei­ ne Auslegung des inversen Fahrzeuglängsdynamikmodells, mit der sich eine hohe Regelungsgenauigkeit der Längsdynamikregelung für ein Kraftfahrzeug mit einem Automatikgetriebe erzielen läßt, das in herkömmlicher Weise einen Drehmomentwandler und ein Stufenge­ triebe umfaßt.
Bei einer nach Anspruch 5 weitergebildeten Einrichtung wird zu­ sätzlich die Bremsanlage zur Längsdynamikregelung einbezogen.
In alternativen Ausgestaltungen der Erfindung nach den Ansprü­ chen 6 und 7 beinhaltet die Längsdynamikregeleinrichtung als Längsdynamikregler entweder einen Geschwindigkeitsregler oder einen Beschleunigungsregler mit jeweils geeignet in die erste Stufe implementiertem Regelgesetz.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnun­ gen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zei­ gen:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Einrichtung zur Re­ gelung der Längsdynamik eines Kraftfahrzeuges mit zwei­ stufigem, ein inverses Fahrzeuglängsdynamikmodell bein­ haltendem Regler,
Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm der Komponenten des dem Regler von Fig. 1 zugrundeliegenden Fahrzeuglängsdynamik­ modells,
Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm des auf ein Automatikge­ triebe mit Drehmomentwandler und angetriebener Hinterach­ se bezogenen Teils des Fahrzeuglängsdynamikmodells von Fig. 2,
Fig. 4 ein schematisches, detaillierteres Blockdiagramm der zweiten Stufe des Reglers der Einrichtung von Fig. 1 und
Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer in der zwei­ ten Stufe des Längsdynamikreglers von Fig. 1 realisierten Zug-Schub-Umschaltungsermittlung.
Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung zur Regelung der Längsdy­ namik eines Kraftfahrzeuges enthält einen gestrichelt umrahmt angedeuteten Längsdynamikregler (1), der als Geschwindigkeits­ regler oder alternativ dazu als Beschleunigungsregler ausgelegt ist. Es versteht sich, daß der Regler (1) gegebenenfalls als um­ schaltbarer Regler so ausgelegt sein kann, daß er umschaltbar in einer ersten Betriebsart als Geschwindigkeitsregler und in einer zweiten Betriebsart als Beschleunigungsregler arbeitet. Der Reg­ ler (1) ist zweistufig aufgebaut, wobei in einer ersten Stufe (2) ein geeigneter Regelalgorithmus und in einer nachgeschalte­ ten, zweiten Stufe (3) ein inverses Fahrzeuglängsdynamikmodell implementiert sind. Dem Regler (1) ist eine Sollwerteingabeein­ heit (4) vorgeschaltet, die einen vom Fahrer oder von einem überlagerten Abstandsregelkreis vorgegebenen Längsdynamik-Soll­ wert (Sw) an den Regler (1) weitergibt. Im Fall der Auslegung des Reglers (1) als Geschwindigkeitsregler ist dies ein Längsge­ schwindigkeits-Sollwert, im Fall einer Reglerauslegung als Be­ schleunigungsregler ein Längsbeschleunigungs-Sollwert. Es ver­ steht sich, daß dieser vorgegebene Längsdynamik-Sollwert (Sw) zeitlich veränderlich vorgegeben werden kann.
Beiden Reglerstufen (2, 3) werden von einer entsprechenden Sen­ sorik (5) Informationen (Z) über den momentanen Fahrzustand, d. h. Fahrzeugbetriebszustand, zugeführt. Zu diesen Informationen zählen wenigstens eine der Größen Ist-Fahrgeschwindigkeit, Mo­ tordrehzahl und Getriebeübersetzung eines im Fahrzeug vorhande­ nen Automatikgetriebes sowie vorzugsweise die Größen Ist-Längs­ beschleunigung und Ist-Fahrbahnsteigung. Die den Regelalgorith­ mus enthaltende, erste Reglerstufe (2) liefert aus den zugeführ­ ten Eingangsgrößen eine reglerinterne Soll-Fahrgeschwindigkeit (vsi) und eine reglerinterne Soll-Längsbeschleunigung (asi), die der nachfolgenden, das inverse Fahrzeuglängsdynamikmodell ent­ haltenden Reglerstufe (3) zugeführt werden. Die zweite Regler­ stufe (3) bestimmt daraus unter Berücksichtigung der ihr von der Sensorik (5) zugeführten Fahrzustandsinformationen (Z) zum einen ein Antriebsstrang-Stellsignal (Ua), das einem Antriebsstrang­ stellglied (6) zugeführt wird und zum anderen ein Bremsan­ lagen-Stellsignal (Ub), das einem Bremsanlagenstellglied (7) zugeführt wird.
In der Arbeitsweise als Geschwindigkeitsregler kann in der er­ sten Reglerstufe (2) ein Regelalgorithmus implementiert sein, bei dem die reglerinterne Soll-Fahrgeschwindigkeit (vsi) der ex­ tern zugeführten Soll-Fahrgeschwindigkeit (Sw = vsoll) entspricht und sich die reglerinterne Soll-Längsbeschleunigung (asi) als Quotient der Geschwindigkeitsregelabweichung (vdiff), d. h. der Differenz zwischen der Soll-Längsgeschwindigkeit (vsoll) und der Ist-Längsgeschwindigkeit (vist), dividiert durch einen vorgebbaren Reglerparameter (Tv) ergibt. Eine alternative, besonders vorteil­ hafte Ausführung besteht darin, die reglerinterne Soll-Fahr­ geschwindigkeit (vsi) als Summe der extern vorgegebenen Soll-Längsgeschwindigkeit (vsoll) und einem additiven Zusatzterm zu bilden, der sich aus der Summe von Proportional-, Integral- und Differential-Anteil der Geschwindigkeitsregelabweichung (Vdiff) zusammensetzt, d. h.
vsi = vsoll + Kpv · vdiff + Kiv · Σ(vdiff) + Kdv · d(vdiff)/dt,
mit Kpv, Kiv und Kdv als abhängig vom Fahrzeugtyp und von den an den Regelkreis gestellten Anforderungen festzulegenden Reglerpa­ rametern.
Bei der Funktionalität des Längsdynamikreglers (1) als Beschleu­ nigungsregler kann in der ersten Reglerstufe (2) ein Regelalgo­ rithmus implementiert sein, bei welchem die reglerinterne Soll-Längsbeschleunigung (asi) der extern vorgegebenen Soll-Längs­ beschleunigung (Sw = asoll) entspricht und sich die reglerinterne Soll-Längsgeschwindigkeit (vsi) als Summe der Ist-Längsgeschwin­ digkeit (vist) mit dem Produkt aus der extern zugeführten Soll-Längsbeschleunigung (asoll) und einem entsprechend vorgebbaren Reglerparameter (Ta) ergibt. Eine alternative, besonders vorteil­ hafte Ausführung sieht für den Beschleunigungsregelmodus einen Regelalgorithmus vor, bei welchem zuerst die Längsbeschleuni­ gungs-Regeldifferenz (adiff), d. h. die Differenz zwischen extern vorgegebener Soll-Längsbeschleunigung (asoll) und Ist-Längsbe­ schleunigung (aist) und dann die reglerinterne Soll-Längsbe­ schleunigung (asi) als Summe von extern vorgegebener Soll-Längs­ beschleunigung (asoll) mit Proportional-, Integral- und Differen­ tial-Anteil der Längsbeschleunigungs-Regelabweichung (adiff) ge­ bildet werden. Die reglerinterne Soll-Längsgeschwindigkeit (vsi) kann dann durch Integration der reglerinternen Soll-Längsbe­ schleunigung (asi) bestimmt werden, d. h. es gelten die Beziehun­ gen:
asi = asoll + Kpa · adiff + Kia · Σ(adiff) + Kda · d(adiff)/dt,
vsi = vsi + Ta · asi.
Hierbei sind Ta, Kpa, Kia und Kda wiederum passend einzustellende Reglerparameter.
Dem in der zweiten Reglerstufe (3) implementierten, inversen Fahrzeuglängsdynamikmodell liegt ein Fahrzeuglängsdynamikmodell zugrunde, dessen wesentliche Komponenten in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht sind. Als Eingangsgrößen der das zugrundegelegte Fahrzeuglängsdynamikmodell enthaltenden, in Fig. 2 gestrichelt umrahmten Längsdynamik-Modelleinheit (8) dienen das Antriebs­ strang-Stellsignal (Ua) und das Bremsanlagen-Stellsignal (Ub). Das Antriebsstrang-Stellsignal (Ua) wird einer eingangsseitigen Motormodelleinheit (9) zugeführt, die daraus das vom Motor abge­ gebene Motormoment (Mm) und die Motordrehzahl (nm) als Eingangs­ größen für eine nachgeschaltete Automatikgetriebe- und Hinter­ achsen-Modelleinheit (10) bestimmt. Letztere ermittelt daraus ein an den Antriebsrädern anliegendes Radantriebsmoment (Mb) und die zugehörige Raddrehzahl (nR). Parallel dazu bestimmt eine Bremsanlagen-Modelleinheit (11) aus dem zugeführten Bremsanla­ gen-Stellsignal (Ub) ein zugehöriges Bremsmoment (Mb). Aus dem Bremsmoment (Mb), dem Radantriebsmoment (MR) und der Raddrehzahl (nR) ermittelt eine ausgangsseitige Radantriebsmodelleinheit (12) unter Berücksichtigung des externen Fahrwiderstandsmomentes (Mv), welches Luftwiderstandskräfte, Steigungskräfte und Rollwider­ standskräfte umfaßt, die Fahrzustandsgrößen Längsgeschwindigkeit (vist) und Längsbeschleunigung (aist).
In Fig. 3 sind die Komponenten für die Modellierung des aus ei­ nem Drehmomentwandler und einem Stufengetriebe bestehenden Auto­ matikgetriebes und der Hinterachse näher dargestellt. Die Model­ lierung des Drehmomentwandlers erfolgt über zwei eingangsseitig hintereinander geschaltete Komponenten (13, 14), wobei der Drehmomentwandler als hydrodynamische Kupplung angenommen ist, bei der die Momente durch eine Flüssigkeit zwischen Pumpen- und Turbinenrad übertragen werden. Die Modellierung der Vorgänge im Drehmomentenwandler erfolgt im wesentlichen mit Hilfe von zwei nichtlinearen Kennlinien zur Bestimmung des von der Pumpe aufge­ nommenen Drehmoments (Mp) einerseits und des von der Turbine ab­ gegebenen Moments (Mt) andererseits. Dafür wird das Verhältnis (nv) der Turbinendrehzahl (nt) dividiert durch die Pumpendrehzahl (np) benötigt. Da die Pumpe direkt mit dem Motor verbunden ist, entspricht ihre Drehzahl (np) der Motordrehzahl (nm). Die ein­ gangsseitige Wandlermodellkomponente (13) beinhaltet die Wand­ lerkennlinie für das von der Pumpe aufgenommene Drehmoment (Mp) in Abhängigkeit vom Turbinen-Pumpen-Drehzahlverhältnis (nv) und dem Quadrat der Motordrehzahl (nm). Die nachgeschaltete Wandler­ modellkomponente (14) enthält die Wandlerkennlinie für das Ver­ hältnis (µ=Mt/Mp) von Turbinenmoment (Mt) und Pumpenmoment (Mp) als Funktion des Turbinen-Pumpen-Drehzahlverhältnisses (nv). Um dies zu bewerkstelligen, ist die Turbinendrehzahlinformation (nt) zu beiden Wandlermodelleinheiten (13, 14) eingangsseitig rückge­ führt, und die Motordrehzahlinformation (nm) ist diesen beiden Einheiten (13, 14) parallel zugeführt. Eine nachgeschaltete, ausgangsseitige Modellkomponente (15) bestimmt die Gesamtüber­ setzung (iges) aus Schaltgetriebeübersetzung (ig) und Hinterachs­ getriebeübersetzung (id) und daraus mittels der zugeführten Tur­ binenmomentinformation (Mt) das Radantriebsmoment (MR) sowie mit­ tels der zugeführten Turbinendrehzahlinformation (mt) die Rad­ drehzahl (nR).
Der Realisierung der Längsdynamikregeleinrichtung von Fig. 1 und des von dieser durchgeführten Regelverfahrens liegt nun eine In­ version der zu den Fig. 2 und 3 beschriebenen Wirkungskette zu­ grunde, indem aus einem vorgegebenen Sollwert (Sw), wahlweise der Soll-Längsgeschwindigkeit (vsoll) oder der Soll-Längsbeschleu­ nigung (asoll), über einen passenden Regelalgorithmus die reg­ lerinternen Sollwerte (vsoll, asi) für die Längsgeschwindigkeit und die Längsbeschleunigung bestimmt werden, aus welchen dann mit Hilfe des inversen Fahrzeuglängsdynamikmodells die Stellsignale (Ua, Ub) für die Stellglieder (6, 7) des Antriebsstrangs und der Bremsanlage gebildet werden.
In Fig. 4 ist der auf das inverse Fahrzeuglängsdynamikmodell be­ zogene Teil der Einrichtung von Fig. 1, d. h. die zweite Regler­ stufe (3), näher dargestellt. Wie daraus ersichtlich, enthält die zweite Reglerstufe (3) eingangsseitig eine Einheit (16) zur Bestimmung eines Soll-Radantriebsmomentes (MRs) und einer Soll-Raddrehzahl (nRs), eine dieser nachgeschaltete Einheit (17) zur Bestimmung eines Soll-Turbinenmomentes (Mts) und einer Soll-Tur­ binendrehzahl (nts) für den Drehmomentwandler des Automatikge­ triebes, eine dieser nachgeschaltete Einheit (18) zur Zug-/Schub­ betriebsermittlung, die ein modifiziertes Soll-Turbinenmoment (Mtsm) und ein binäres Bremsanlagen-Steuersignal (Sw) bestimmt, und dieser nachgeschaltet parallel zueinander eine Antriebs­ strangansteuereinheit (19) und eine Bremsanlagenansteuereinheit (20). Die Antriebsstrangansteuereinheit (19) bestimmt das An­ triebsstrang-Stellsignal (Ua) in Abhängigkeit des zugeführten, modifizierten Soll-Turbinenmomentes (Mtsm) und der zugeführten Soll-Turbinendrehzahl (nts), während die Bremsanlagenansteuerein­ heit (20) das Bremsanlagen-Stellsignal (Ub) in Abhängigkeit des binären Steuersignals (Sb) sowie der Ist-Längsbeschleunigung (aist) und der reglerintern ermittelten Soll-Längsbeschleunigung (asi) erzeugt.
Im einzelnen ermittelt die eingangsseitige Einheit (16) der zweiten Reglerstufe (3) mit Hilfe der ihr von der Sensorik (5) direkt oder über die vorgeschaltete, erste Reglerstufe (2) zuge­ führten Eingangsgrößen Ist-Fahrgeschwindigkeit (vist), Getriebe­ übersetzung (ig) und Fahrbahnsteigung (αs) zur reglerinternen Soll-Fahrgeschwindigkeit (vsi) und Soll-Längsbeschleunigung (asi) gehörige Werte für das Soll-Radantriebsmoment (MRs) und die Soll-Raddrehzahl (nRs) nach folgenden Beziehungen:
MFws = R · [(froll · cos(αs) + sin(αs)) · m · g + fl · vsi · vsi]
MBs = R · m · asi + (Jv + Jh) · asi/R
MRs = MFws + MBs
nRs = vsi/2 · Π · R,
wobei R der Radhalbmesser, froll der Rollwiderstandsbeiwert, fl der Luftwiderstandsbeiwert, m die Fahrzeugmasse, g die Erdbe­ schleunigung, Jv das Trägheitsmoment der Vorderräder und Jh das Trägheitsmoment aller Triebwerksteile bezogen auf die Hinterrä­ der bezeichnen. Dabei wird von der bekannten, z. B. in dem Buch M. Mitschke, Dynamik der Kraftfahrzeuge, Band A, Antrieb und Bremsung, Springer-Verlag (1988) beschriebenen Tatsache Gebrauch gemacht, daß das Radantriebsmoment (MR) als Summe von Fahrwider­ standsmoment (MFw) und Beschleunigungswiderstandsmoment (MB) be­ stimmt werden kann.
Der nachgeschalteten Einheit (17) werden die ermittelten Werte für das Soll-Radantriebsmoment (MRs) und die Soll-Raddrehzahl (nRs) sowie von der Sensorik (5) die momentane Getriebeüberset­ zung (ig) zugeführt; Zusammen mit der konstanten Hinterachsüber­ setzung (id) bestimmt dann diese Einheit (17) das Soll-Turbinen­ moment (Mts) und die Soll-Turbinendrehzahl (nts) des Drehmoment­ wandlers des Automatikgetriebes nach den Beziehungen:
Mts = mRs/(ig · id)
nts = nRs · ig · id.
Die Werte für das Soll-Turbinenmoment (Mts) und die Soll-Turbi­ nendrehzahl (nts) werden der nachgeschalteten Einheit (18) zuge­ führt, der zudem von der Sensorik (5) die momentane Fahrge­ schwindigkeit (vist), die momentane Getriebeübersetzung (ig) und die momentane Motordrehzahl (nm) als Eingangsinformationen zuge­ führt sind. Diese Einheit (18) der zweiten Reglerstufe (3) ver­ hindert, daß gleichzeitig Gas gegeben und gebremst wird. Hierzu geht sie nach einem in Fig. 5 näher gezeigten Verfahrensablauf vor.
In einem ersten Schritt (21) bestimmt sie zunächst das Ist-Drehzahlverhältnis (nv) aus den zugeführten Signalen der Ist-Längsgeschwindigkeit (vist), der Getriebeübersetzung (ig) und der Motordrehzahl (nm) und sodann mit Hilfe der entsprechenden Drehmomentwandler-Kennlinie das momentane Verhältnis (u) von Turbinenmoment (Mt) zu Pumpenmoment (Mp). In einem nächsten Schritt (22) wird das zur Turbinen-Solldrehzahl (nts) gehörige Motorschubmoment (fs) mit diesem Drehmomentverhältnis (u) multi­ pliziert, was das vom Motor im Schubbetrieb auf der Turbinensei­ te des Drehmomentwandlers realisierbare minimale Turbinenmoment (Mtm) darstellt. In einem nachfolgenden Abfrageschritt (23) prüft sie, ob das erforderliche Soll-Turbinenmoment (Mts) kleiner als dieses vom Motor über den Wandler realisierbare, minimale Turbi­ nenmoment (Mtm) ist. Ist dies der Fall, was bedeutet, daß das über den Drehmomentwandler des Automatikgetriebes wirkende Schubmoment des Motors nicht zur gewünschten Fahrzeugverzögerung ausreicht, so wird in einem nächsten Schritt (24) das binäre Steuersignal (Sb) auf den Wert eins gesetzt und damit der Brem­ sanlagenansteuereinheit (20) übermittelt, daß ein Bremsvorgang aktiviert werden soll. Gleichzeitig erhält das modifizierte Soll-Turbinenmoment (Mtsm) den Wert des berechneten minimalen Tur­ binenmomentes (Mtm).
Falls der vorgenannte Turbinenmoment-Abfrageschritt (23) vernei­ nend entschieden wird, wird in einem anschließenden Abfrage­ schritt (25) anhand des Wertes des binären Steuersignals (Sb) ge­ prüft, ob bereits ein Bremsvorgang aktiv ist. Ist dies nicht der Fall, so bleibt die Bremsanlage deaktiviert, d. h. das binäre Steuersignal (Sb) bleibt auf null, und als modifiziertes Soll-Turbinenmoment (Mtsm) wird das Soll-Turbinenmoment (Mts) unverän­ dert weitergeleitet (Schritt 26). Ist die vorgenannte Abfrage hingegen zu bejahen, wird in einem nachfolgenden Abfrageschritt (27) geprüft, ob das erforderliche Soll-Turbinenmoment (Mts) ne­ gativ ist. Ist dies der Fall, bleibt das binäre Steuersignal (Sb) auf dem Wert eins und damit die Bremsanlage weiterhin aktiv, und das modifizierte Soll-Turbinenmoment (Mtsm) wird wiederum auf den Wert des berechneten minimalen Turbinenmomentes (Mtm) gesetzt Schritt (28). Im anderen Fall wird das binäre Steuersignal (Sb) auf null gesetzt und damit die Bremsanlage deaktiviert, und als modifiziertes Soll-Turbinenmoment (Mtsm) wird das Soll-Turbinen­ moment (Mts) unverändert weitergeleitet (Schritt 29).
Die Bremsanlagenansteuereinheit (20) erzeugt, wie aus Fig. 4 zu erkennen, zur jeweils geeigneten Aktivierung bzw. Deaktivierung der Bremsanlage das Bremsanlagen-Stellsignal (Ub) in Abhängigkeit vom Wert des binären Steuersignals (Sb), der reglerinternen Soll-Längsbeschleunigung (asi) und der über die Sensorik (5) zugeführ­ ten Ist-Längsbeschleunigung (aist). Die Zug-/Schub­ betriebs-Ermittlungseinheit (18) führt außerdem der das Antriebs­ strang-Stellsignal (Ua) erzeugenden Einheit (19) das modifizierte Soll- Turbinenmoment (Mtsm) und die Soll-Turbinendrehzahl (nts) zu. Dar­ aus ermittelt diese Einheit (19) ein Soll-Motormoment (Mms) und eine Soll-Motordrehzahl (nms). Dies ist nicht ganz einfach, da die beiden oben genannten Drehmomentwandler-Kennlinien nicht di­ rekt anwendbar sind, denn diese Kennlinien erwarten ja als Ein­ gangsgrößen das Soll-Drehzahlverhältnis und die eigentlich erst zu bestimmende Soll-Motordrehzahl (nms). Diese Schwierigkeit wird dadurch gelöst, daß man aus den beiden Wandler-Kennlinien eine neue Kennlinie bildet, die nur noch vom Drehzahlverhältnis (µsoll = nts/nms) und nicht mehr von der gesuchten Soll-Motordrehzahl (nms) abhängt. Durch Gleichsetzen der Pumpenmomente aus den bei­ den ursprünglichen Kennlinien erhält man die neue Kennlinie, die eine invertierbare Funktion beschreibt, so daß mit ihrer Hilfe aus dem bekannten modifizierten Soll-Turbinenmoment (Mtsm) und der Soll-Turbinendrehzahl (nts) das Soll-Drehzahlverhältnis (µsoll) und damit die gesuchte Soll-Motordrehzahl (nms) bestimmt werden kön­ nen. Über die ursprüngliche zweite Wandlerkennlinie (u) läßt sich aus dem modifizierten Soll-Turbinenmoment (Mtsm) das gesuchte Soll-Motormoment (Mms) ermitteln. Ausgehend von wenigstens einer der Größen Soll-Motormoment (Mms) und Soll-Motordrehzahl (nms) be­ stimmt dann die Einheit (19) der zweiten Reglerstufe (3) das An­ triebsstrang-Stellsignal (Ua). Je nach Art des im Fahrzeug vor­ handenen Motors und des Stellgliedes kann dieses Stellsignal (Ua) beispielsweise das Soll-Motormoment (Mms) selbst, eine Soll-Drosselklappenstellung oder eine einzuspritzende Kraftstoffmenge sein.
Insgesamt zeigt die vorstehende Beschreibung eines erfindungsge­ mäßen Ausführungsbeispiels und möglicher Modifikation hiervon, daß durch die Erfindung ein Verfahren und eine Einrichtung zur Fahrzeuglängsdynamikregelung bereitgestellt werden, die das be­ sonders im niedrigen Fahrgeschwindigkeitsbereich relevante, nichtlineare dynamische Verhalten des Kraftfahrzeuges bereits innerhalb der Regelung berücksichtigen und damit günstige Rege­ lungseigenschaften gerade auch im niedrigen Fahrgeschwindig­ keitsbereich bieten.

Claims (9)

1. Verfahren zur Regelung der Längsdynamik eines Kraftfahrzeu­ ges, bei dem
  • - als Regelungsausgangssignal wenigstens ein Antriebs­ strang-Stellsignal (Ua) in Abhängigkeit von Eingangsdaten über die Soll-Längsgeschwindigkeit (vsoll) oder die Soll-Längsbeschleunigung (asoll) sowie über den Ist-Fahrzustand erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - anhand der zugeführten Eingangsdaten zunächst reglerinterne Werte für die Soll-Längsgeschwindigkeit (vsi) und die Soll-Längsbeschleunigung (asi) ermittelt und in Abhängigkeit von den­ selben anhand eines inversen Fahrzeuglängsdynamikmodells das An­ triebsstrang-Stellsignal (Ua) bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 für ein Kraftfahrzeug mit Automa­ tikgetriebe, weiter
gekennzeichnet durch
einen oder mehrere der folgenden Schritte zur Bestimmung des An­ triebsstrang-Stellsignals (Ua) und optional eines Bremsanlagen-Stellsignals (Ub)
  • - in Abhängigkeit von wenigstens einer der Größen reglerinterne Soll-Längsgeschwindigkeit (vsi), reglerinterne Soll-Längsbe­ schleunigung (asi), Getriebeübersetzung (ig) und Fahrbahnsteigung (αs) Bestimmung eines Fahrwiderstandsmomentes (MFws) und eines Be­ schleunigungsmomentes (MBs) und Ermitteln des hierfür benötigten Soll-Radantriebsmomentes (MRs) und einer Soll-Raddrehzahl (nRs),
  • - in Abhängigkeit von der Getriebeübersetzung (ig), dem Soll-Radantriebsmoment (MRs) und der Soll-Raddrehzahl (nRs) Bestimmen eines Soll-Turbinenmomentes (Mts) und einer Soll-Turbinendrehzahl (nRs) für einen Automatikgetriebe-Drehmomentwandler,
  • - kennfeldbasierte Bestimmung des Verhältnisses (µ) zwischen Tur­ binenmoment (Mt) und Motormoment (Mm) in Abhängigkeit vom Ver­ hältnis zwischen Turbinendrehzahl (nt) und Motordrehzahl (nm),
  • - kennfeldbasierte Bestimmung des Motormomentes (Mm) im Schubbe­ trieb in Abhängigkeit von der Motordrehzahl (nm),
  • - Bestimmung eines vom Motor im Schubbetrieb auf der Turbinen­ seite des Drehmomentwandlers realisierbaren minimalen Turbinen­ momentes (Mtm) aus dem Produkt des momentanen Drehmomentverhält­ nisses (µ) und dem Motorschubmoment, wobei die zur kennlinienba­ sierten Bestimmung des Motorschubmomentes erforderliche Motor­ drehzahl (nm) gleich der Soll-Turbinendrehzahl (nts) gesetzt wird,
  • - optional Bestimmen eines modifizierten Soll-Turbinenmomentes (Mtsm) und eines binären Bremsanlagen-Steuersignals (Sb) in Abhän­ gigkeit von einem Vergleich zwischen dem Soll-Turbinenmoment (Mts) und dem minimalen Turbinenmoment (Mtm), vom bisherigen Wert des binären Steuersignals sowie vom Vorzeichen des Soll-Turbi­ nenmomentes (Mts),
  • - kennlinienbasierte Bestimmung eines Soll-Motormomentes (Mms) und einer Soll-Motordrehzahl (nms) in Abhängigkeit von wenigstens einer der Größen Soll-Turbinenmoment (Mts) bzw. modifiziertes Soll-Turbinenmoment (Mtsm) und Soll-Turbinendrehzahl (nts) und
  • - Erzeugung des Antriebsstrang-Stellsignals (Ua) in Abhängigkeit von wenigstens einer der Größen Soll-Motormoment (Mms) und Soll-Motordrehzahl (nms).
3. Einrichtung zur Regelung der Längsdynamik eines Kraftfahrzeu­ ges, mit
  • - einem Längsdynamikregler (1), dem eingangsseitig Daten über die Soll-Längsgeschwindigkeit (vsoll) oder die Soll-Längsbeschleu­ nigung (asoll) und über den Ist-Fahrzustand zugeführt werden und der ausgangsseitig wenigstens ein Antriebsstrang-Stellsignal (Ua) abgibt,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der Längsdynamikregler (1) eine erste Stufe (2) zur Bestimmung reglerinterner Werte für die Soll-Längsgeschwindigkeit (vsi) und die Soll-Längsbeschleunigung (asi) und eine dieser nachgeschalte­ te, zweite Stufe (3) umfaßt, die aus den zugeführten reglerin­ ternen Werten für die Soll-Längsschwindigkeit und die Soll-Längsbeschleunigung anhand eines inversen Fahrzeuglängsdynamik­ modells wenigstens das Antriebsstrang-Stellsignal (Ua) als Reg­ lerausgangssignal bestimmt.
4. Einrichtung nach Anspruch 3 für ein Kraftfahrzeug mit Automa­ tikgetriebe, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Reglerstufe (3) eine Einheit (16) zur Bestimmung ei­ nes Soll-Radantriebsmomentes (MRs) und einer Soll-Raddrehzahl (nRs), eine dieser nachgeschaltete Einheit (17) zur Bestimmung eines Soll-Turbinenmomentes (Mts) und einer Soll-Turbinendrehzahl (nRs), eine dieser nachgeschaltete Einheit (18) zur Zug-Schub-Umschaltermittlung und dieser nachgeschaltet eine Einheit (19) zur Erzeugung des Antriebsstrang-Stellsignals (Ua) sowie parallel zu dieser optional eine Einheit (20) zur Erzeugung eines Brems­ anlagen-Stellsignals (Ub) umfaßt.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Längsdynamikregler (1) über seine zweite Reglerstufe (3) aus den Eingangsdaten zusätzlich ein Bremsanlagen-Stellsignal (Ub) bestimmt und abgibt.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Längsdynamikregler (1) als Geschwindigkeitsregler ausgelegt ist, wobei in seiner ersten Stufe (2) ein Geschwindigkeitsregel­ algorithmus implementiert ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Längsdynamikregler (1) als Beschleunigungsregler ausgelegt ist, wobei in seiner ersten Stufe (2) ein Beschleunigungsregel­ algorithmus implementiert ist.
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