DE19648559A1 - Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung für ein Fahrzeug im Gefälle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ge­ schwindigkeitsregelung für ein Fahrzeug im Gefälle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind bereits Straßenfahrzeuge bekannt, bei denen Ein­ richtungen vorgesehen sind, durch welche das Fahrzeug auf einer Gefällestrecke durch ein automatisches Anlegen der Bremsen ("aktives bremsen") auf einer konstanten, vom Fahrer gewünschten Geschwindigkeit gehalten werden kann. Derartige Fahrzeuge sind in der Regel mit einem Antibloc­ kiersystem (ABS) sowie mit einer Anfahrschlupfregelung (ASR) ausgerüstet. Die dadurch bereits vorhandenen Bau­ gruppen wie Elektronik, Raddrehzahlsensoren, Magnetregel­ ventile usw. werden mitbenutzt, um die o.g. Geschwindig­ keitsregelung durchzuführen. Durch die bekannte Einrich­ tung wird der Fahrer auf Gefällestrecken davon entlastet, ständig das Bremspedal betätigen zu müssen. Weiterhin wird, auch bei unterschiedlichen Steigungen, dabei eine gleichmäßige Geschwindigkeit eingehalten.

Aus der DE-A-24 19 242 ist ein elektropneumatischer Bremskraftregelkreis bekannt, mit dessen Hilfe die jewei­ lige Fahrzeuggeschwindigkeit durch aktives bremsen auf einer Gefällestrecke beibehalten werden kann, sobald we­ der das Gas- noch das Bremspedal betätigt wird. Die Ge­ schwindigkeitsregelung wird sofort abgeschaltet, sobald eines der genannten Pedale betätigt wird, oder das über­ geordnete Antiblockiersystem in Aktion tritt.

Weiter ist aus der WO 96/11826 A1 bekannt, ein Fahrzeug mit einer sogenannten Hügel-Abfahrts-Regelung auszustat­ ten (auch bezeichnet als HDC = Hill Descent Control) Diese Regelungsart kann vom Fahrer durch einen Schalter eingeschaltet werden. Die o.g. Regelung ist ebenfalls in der Lage, durch eine aktive, geregelte Bremsung das Fahr­ zeug auf einer steilen Gefällestrecke auf einer konstan­ ten, niedrigen Geschwindigkeit zu halten, ohne daß der Fahrer die Bremsen zu betätigen braucht. Dieses System ist besonders für Geländefahrzeuge vorgesehen, die auf einem Gefälle fahren, das so steil ist, daß die Motor­ bremswirkung auch im niedrigsten Gang nicht mehr aus­ reicht, um das Fahrzeug zu verzögern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem der Über­ gang zwischen dem normalen Fahrzustand und dem Zustand mit aktiver, geregelter Bremsung besonders komfortabel ausfällt.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 enthal­ tene Erfindung gelöst. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige Weiterbildungen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Diese zeigt in

Fig. 1 ein Fahrzeug, das sich auf einer Ge­ fällefahrt befindet,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der pneumatischen sowie elektronischen Bremsanlage dieses Fahrzeugs,

Fig. 3 bis Fig. 7 Diagramme verschiedener HDC-Regelvor­ gänge mit der Sollgeschwindigkeit V_soll, der Fahrzeuggeschwindigkeit V_Fahr, der Drosselklappenstellung DK (Gas) und der Aktivierungsschalter-Stel­ lung über der Zeit t.

Das sich auf der Gefällefahrt befindliche Fahrzeug in der Fig. 1 besitzt infolge seiner Schräglage eine tieferlie­ gende Achse (1) und eine höherliegende Achse (2). Die Ge­ fällefahrt kann sowohl vorwärts wie dargestellt, als auch rückwärts erfolgen.

In der Fig. 2 ist der elektronische sowie pneumatische Schaltplan des Fahrzeugs nach der Fig. 1 schematisch dar­ gestellt. Anstatt einer pneumatischen Bremsanlage wie ge­ zeichnet, kann auch eine hydraulische oder eine gemischte Bremsanlage vorgesehen sein.

Das Fahrzeug besitzt zwei Achsen (1) und (2). Die Druck­ mittelversorgung für die Bremsanlage erfolgt über zwei Vorratsbehälter (3, 4) jeweils getrennt für eine Achse. Über ein Bremsventil (5), das mit einem Bremspedal (6) betätigt wird, wird das Druckmittel zu den Radbremszylin­ dern (7) weitergeleitet. Den Bremszylindern (7) vorge­ schaltet sind ABS/ASR-Magnetregelventile (8). Das Brems­ ventil (5) ist zusätzlich als ASR-Magnetventil (5') aus­ gebildet, da während einer ASR-Regelung Bremsdruck auf einzelne Räder durchgelassen werden muß, ohne daß dabei das Bremspedal (6) betätigt ist.

Zur Steuerung der genannten Magnetventile ist eine ABS/ASR-Elektronik (9) vorgesehen. Hierzu ist diese über elektrische Anschlußleitungen mit den oben genannten Ven­ tilen verbunden. Über Radsensoren (10) erhält die Elek­ tronik (9) Informationen über das Radverhalten jedes ein­ zelnen Rades. Ein Aktivierungsschalter (11) dient zum Einschalten der aktiven Bremsung (HDC-Funktion). In der Fig. 2 sind pneumatische bzw. hydraulische Leitungen schwarz/weiß dargestellt, während elektrische Leitungen als dünne durchgehende Linien dargestellt sind.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Anlage während einer geregelten Bergabfahrt näher erläutert. Die Funk­ tion "geregelte Bergabfahrt" wird dabei entweder automa­ tisch von der Elektronik (9), oder durch den Schalter (11) vom Fahrer eingeschaltet. Sobald die Abfahrtsrege­ lung in Funktion tritt, wird das ASR-Magnetventil (5') erregt, und damit direkt Bremsdruck auf die Bremszylinder (7) der Räder der Vorderachse (1) geleitet (aktive Brem­ sung) . Die Elektronik (9) regelt dabei die Geschwindig­ keit des Fahrzeugs durch eine entsprechende Ansteuerung der Magnetregelventile (8) derart, daß eine vorgegebene Geschwindigkeit unabhängig von Änderungen des Gefälles eingeregelt und beibehalten wird.

Falls während einer geregelten Bergabfahrt ein Rad bloc­ kieren sollte, wird die beschriebene Funktion selbstver­ ständlich von der normalen ABS-Funktion abgelöst. Eben­ falls ist eine Ablösung des Betriebes mit der geregelten Abstiegsgeschwindigkeit dann vorzusehen, wenn der Fahrer durch Betätigung des Bremspedals oder des Gaspedals den Wunsch hat, die vorher geregelte konstante Geschwindig­ keit zu verlangsamen oder zu erhöhen.

Um eine Überhitzung der Bremsen während einer längeren geregelten Bergabfahrt zu vermeiden, ist weiter zweckmä­ ßig vorzusehen, deren Temperatur zu überwachen, und bei Übersteigen eines Grenzwertes den Fahrer durch eine Warn­ einrichtung aufmerksam zu machen. Dieser hat dann Gele­ genheit, das Fahrzeug anzuhalten, bis die Bremsen wieder abgekühlt sind. Eine derartige Bremstemperaturüberwachung kann entweder durch (nicht dargestellte) Temperatursenso­ ren an den Radbremsen erfolgen, oder es kann die Bremsen­ temperatur durch ein elektronisches Modell innerhalb der Elektronik (9) nachgebildet werden. Die zweite Möglich­ keit ist zwar ungenauer, aber kostengünstiger.

Eine genauere Darstellung des Überganges der Fahrzeugge­ schwindigkeit (V_Fahr) in die geregelte, konstante Ab­ stiegsgeschwindigkeit im Gefälle (HDC V_min) ist im Dia­ gramm der Fig. 3 dargestellt.

Das Fahrzeug fährt zunächst mit einer aktuellen Fahrzeug­ geschwindigkeit V_Fahr (durchgehende Linie). Innerhalb der Elektronik (9) wird gleichzeitig eine Sollgeschwindigkeit (V_soll) (gepunktete Linie) gebildet, die anfangs um einen Betrag ΔV über der Fahrzeuggeschwindigkeit liegt. Ein ty­ pischer Wert für ΔV ist dabei 5 bis 7 km/h. ΔV kann auch geschwindigkeitsabhängig gebildet sein, wobei der Wert mit der Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt. Die Fahrzeugge­ schwindigkeit V_Fahr liegt in der Fig. 3 unter einem Wert HDC V_max, welcher die maximal zulässige HDC-Geschwindig­ keit ist. Diese beträgt etwa 50 km/h. Oberhalb dieser Ge­ schwindigkeit ist eine Regelung nicht vorgesehen.

Zum Zeitpunkt t₁ möge der Fahrer den Aktivierungsschalter (11) betätigen und so die HDC-Funktion einschalten. Dar­ aufhin wird die Sollgeschwindigkeit V_soll durch die Elek­ tronik (9) abgesenkt, um einen sanften Übergang auf den Wert HDC V_min hin zu erzielen. Im Zeitpunkt t₂ schneidet die Kurve der Sollgeschwindigkeit die Kurve der Fahrzeug­ geschwindigkeit. Ab diesem Zeitpunkt beginnt die aktive Bremsung des Fahrzeugs. Die Fahrzeuggeschwindigkeit V_Fahr wird dabei auf die Sollgeschwindigkeit V_soll eingeregelt, so daß jetzt beide Kurven deckungsgleich sind. Im Zeit­ punkt t₃ ist die Endgeschwindigkeit HDC V_min erreicht. Auf dieser konstanten Abstiegsgeschwindigkeit wird das Fahr­ zeug nun automatisch solange gehalten, bis der Aktivie­ rungsschalter (11) wieder ausgeschaltet wird. Die Zeit T zwischen der Betätigung des Aktivierungsschalters (11) im Zeitpunkt t₁ und dem Schnittpunkt von Sollgeschwindigkeit und Fahrzeuggeschwindigkeit (Regelbeginn, Zeitpunkt t₂) ist abhängig vom vorherigen Fahrzeugverhalten (beschleunigt oder verzögert), der Steigung von V_soll, und dem Betrag von ΔV. Diese Zeit T beträgt typischerweise etwa 0,5 s.

In der Fig. 4 ist ein Diagramm gezeichnet, welches den Übergang vom sogenannten Stand by-Betrieb in den HDC-Re­ gelbetrieb zeigt. Der Aktivierungsschalter (11) ist dabei eingeschaltet. Die Ausgangsgeschwindigkeit des Fahrzeugs liegt oberhalb des HDC-Regelbereiches, also oberhalb der maximalen HDC-Regelgeschwindigkeit von etwa 50 km/h.

Wie aus dem Diagramm hervorgeht, nimmt der Fahrer vom Zeitpunkt t₀ bis zum Zeitpunkt t₁ das Gaspedal bzw. die Drosselklappe DK von etwa 60% auf 0% zurück. Daraufhin verringert sich die Fahrzeuggeschwindigkeit V_Fahr, bis diese zum Zeitpunkt t₂ die Sollgeschwindigkeit V_soll = HDC V_max schneidet. In diesem Zeitpunkt beginnt mittels akti­ ver Bremsung die Einregelung der Fahrzeuggeschwindigkeit auf die durch die Elektronik (9) vorgegebene abfallende Sollgeschwindigkeit. Zum Zeitpunkt t₃ ist wiederum die HDC-Geschwindigkeit HDC V_min erreicht, und das Fahrzeug wird unter aktiver Bremsung bei einer konstanten Ge­ schwindigkeit von etwa 10 km/h gehalten.

Sollte das Gas im Zeitpunkt t₀ nicht gänzlich auf 0% zu­ rückgenommen sein, so wird die Fahrzeuggeschwindigkeit auf einen Wert, welcher der verbliebenen Drosselklappen-Stel­ lung entspricht, gehalten. In diesem Fall kann also auch eine höhere Abstiegsgeschwindigkeit als HDC V_min = 10 km/h eingestellt werden. In der Fig. 4 ist beispielsweise eine Abstiegsgeschwindigkeit von 20 km/h eingezeichnet. Das Verhältnis Drosselklappenstellung zu Zielgeschwindig­ keit ist so ausgelegt, daß der Motor (in den unterschied­ lichen Gängen werden verschiedene Kennlinien verwendet) nicht gegen die Bremse arbeiten kann.

Im Diagramm der Fig. 5 ist die HDC-Regelung wiederum für einen Übergang vom Stand by-Betrieb in den Regelbetrieb dargestellt, und zwar liegt hier die Ausgangsgeschwindig­ keit des Fahrzeuges zwischen HDC V_max und HDO V_min, etwa bei 30 km/h.

Der HDC-Aktivierungsschalter ist eingeschaltet. Das Fahr­ zeug befindet sich zum Beginn des Diagrammes in der an­ steigenden Phase einer Bergkuppe. Kurz vor dem Zeitpunkt t₀ nimmt der Fahrer das Gas weg, da er sich auf dem Gip­ fel der Bergkuppe befindet. Vor dem Zeitpunkt t₀ ist in­ folge des Fahrerwunsches (Gaspedalstellung) die Sollge­ schwindigkeit auf HDC V_max eingestellt. Beim Lösen des Gaspedals sinkt V_soll schnell auf V_Fahr + ΔV und wird dann mit vorgegebener Steigung weiter reduziert. Ab dem Zeit­ punkt t₀ entspricht die Fig. 5 der Fig. 3. Das bedeutet, daß die Sollgeschwindigkeit weiter reduziert wird, und im Zeitpunkt t₂ die Fahrzeuggeschwindigkeit schneidet. Ab diesem Zeitpunkt wird die Fahrzeuggeschwindigkeit auf die Sollgeschwindigkeit eingeregelt und erreicht nach einer Zeit von etwa 7 s im Zeitpunkt t₃ die konstante Abstiegs­ geschwindigkeit HDC V_min von etwa 10 km/h.

In der Fig. 6 ist der Ausgangszustand, daß das Fahrzeug bergab mit der Geschwindigkeit HDC V_min von etwa 10 km/h bei aktiver Bremsung fährt. Zum Zeitpunkt t₁ überlegt sich der Fahrer jedoch, seine Fahrzeuggeschwindigkeit zu erhöhen, und betätigt zum Zeitpunkt t₁ das Gaspedal. Daraufhin erhöht die Elektronik (9) auch die Sollge­ schwindigkeit V_soll. Da das Fahrzeug auf die geänderte Sollgeschwindigkeit eingeregelt wird, erhöht sich die Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechend. Die Sollgeschwin­ digkeit V_soll läuft mit vorgegebener Steigung auf einen neuen konstanten Wert. Eine höhere als die vorgegebene Steigung wird durch den elektronischen Regeleingriff nicht gestattet. Einer Drosselklappenstellung von 0 bis 30% ist eine Sollgeschwindigkeit von HDC V_min bis HDC V_max zugeordnet. Vom Zeitpunkt t₂ bis zum Zeitpunkt t₃ nimmt der Fahrer das Gas wieder weg, wodurch die Sollgeschwin­ digkeit bzw. die Fahrzeuggeschwindigkeit wieder langsam auf den Ausgangswert HDC V_min eingeregelt wird. Dieser ist im Zeitpunkt t₄ erreicht.

Ein sofortiger Regelabbruch erfolgt dann, wenn über die Drosselklappe (Gaspedal) eine Sollgeschwindigkeit vorge­ geben wird, die größer als HDC V_max ist. Dies ist dann der Fall, wenn das Gaspedal höher als etwa 30% eingestellt wird.

Aus Sicherheitsgründen wird die HDC-Geschwindigkeitsrege­ lung nur dann zugelassen, wenn entweder der 1. Gang, der Rückwärtsgang, oder ein Geländegang (eingeschaltetes Vor­ gelege) eingelegt sind.

In der Fig. 7 ist wiederum ein Übergang vom Stand by-Be­ trieb in den HDC-Regelbetrieb dargestellt. Die Ausgangs­ geschwindigkeit des Fahrzeugs ist hier aber kleiner als HDC V_min, und beträgt etwa 4 km/h. Der HDO-Aktivierungs­ schalter (11) ist eingeschaltet. Das Fahrzeug rollt ge­ rade an.

Ab dem Zeitpunkt t₁ erhöht sich die Geschwindigkeit des Fahrzeuges, und erreicht im Zeitpunkt t₂ die Sollge­ schwindigkeit V_soll. Diese liegt um einen Betrag ΔV1 über der vorherigen Fahrzeuggeschwindigkeit, bzw. über der Fahrzeuggeschwindigkeit, die im Zeitpunkt des Einschal­ tens des Aktivierungsschalters (11) bestanden hat. Ab dem Zeitpunkt t₂ wird wiederum die Fahrzeuggeschwindigkeit auf die Sollgeschwindigkeit eingeregelt. Die Sollge­ schwindigkeit wird innerhalb der Elektronik (9) wiederum mit einem sanften Übergang auf die Abstiegsgeschwindig­ keit HDC V_min geführt. Diese ist etwa im Zeitpunkt t₃ er­ reicht.

Wie aus der Fig. 7 hervorgeht, kann die Sollgeschwindig­ keit auch kleiner sein die Grenzgeschwindigkeit HDC V_min. Sie beträgt jedoch immer V_Fahr + ΔV1. Die Sollgeschwindig­ keit wird erst dann mit vorgegebener Steigung wieder grö­ ßer, nachdem sie von V_Fahr geschnitten wurde. Auf diese Weise ist eine kontrollierte Fahrzeugbeschleunigung auch in extrem steilen Gefällen möglich.

Claims (7)

1. Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung für ein Fahr­ zeug im Gefälle, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit (V_Fahr) mittels einer Elektronik (9) durch einen akti­ ven Bremseneingriff auf eine konstante Abstiegsge­ schwindigkeit (HDC V_min) einregelbar ist, sofern ein Aktivierungsschalter (11) vom Fahrer betätigt wurde, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Elektronik (9) eine kontinuierlich veränderbare Sollgeschwindig­ keit (V_soll) gebildet wird, auf welche die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit (V_Fahr) eingeregelt wird, und welche nach einer Übergangszeit mit einem kontinuier­ lichen Übergang in die konstante Abstiegsgeschwindig­ keit (HDC V_min) mündet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Abstiegsgeschwindigkeit (HDC V_min) etwa 10 km/h beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollgeschwindigkeit (V_soll) in der Elektronik (9) um einen Betrag ΔV über der Fahrzeuggeschwindig­ keit V_Fahr eingestellt wird, sobald der Aktivierungs­ schalter (11) betätigt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag ΔV geschwindigkeitsabhängig ist, und etwa 5 bis 7 km/h beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Geschwindigkeitsregelung nur in Funktion tritt, wenn der erste Gang, ein Geländegang (Vorgelege eingeschaltet), oder der Rückwärtsgang eingelegt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die HDO-Regelung erst beginnt, sobald die Fahrzeuggeschwindigkeit V_Fahr eine maximal zulässige HDC-Geschwindigkeit (HDC V_max) unterschreitet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die maximal zulässige HDC-Geschwindigkeit (HDC V_max) etwa 50 km/h beträgt.