DE19833909A1 - Vorrichtung und Verfahren zur drehmomentgestützten Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln der Geschwindig­ keit eines Fahrzeugs unter Verwendung einer drehmomentge­ stützten Geschwindigkeitssteuerung bzw. -regelung.

Vorrichtungen zur Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung oder Tem­ pomatsysteme sind im Stand der Technik weithin bekannt. Mit­ tels üblicher Vorrichtungen und Verfahren wird es einem Fahrzeugführer ermöglicht, eine Einrichtung zur automati­ schen Geschwindigkeitsregelung bzw. einen Tempomat einzu­ schalten, um eine konstante Fahrzeuggeschwindigkeit festzu­ legen und beizubehalten und um nach einer Unterbrechung eine zuvor festgelegte Fahrzeuggeschwindigkeit anschließend wie­ der aufzunehmen. Für eine große Vielfalt von Motortypen sind sowohl mechanische, elektromechanische als auch elektroni­ sche Ausführungen entwickelt worden. Bei etlichen Regelungs­ strategien wird entweder eine rückgeführte PI- oder PID- Regelung der Fahrzeuggeschwindigkeit basierend auf der Dros­ selklappen-Winkelstellung verwendet.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß sich durch Verwenden des gewünschten bzw. Soll-Motor­ drehmoments als eine Eingangsgröße statt der Drosselklappen- Winkelstellung eine geringere Komplexität ergibt.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Fahrzeuggeschwindig­ keitsregelung zur Verfügung zu stellen, bei denen auf dem Motordrehmoment basierende Regeleinrichtungen benutzt wer­ den, um die Linearität und Stabilität zu verbessern. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur drehmomentgestützten Fahr­ zeuggeschwindigkeitsregelung zu schaffen, die eine größere Kalibrierungsflexibilität als die vorbekannten Vorrichtungen und Verfahren aufweisen.

Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe weist eine Vor­ richtung zum Regeln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine einen Sensor zum Bestimmen der der­ zeitigen bzw. laufenden Fahrzeuggeschwindigkeit, wenigstens eine Eingabeeinrichtung zum Angeben bzw. Anzeigen einer ge­ wünschten bzw. Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit und eine Regel­ einrichtung auf, die mit dem Sensor und der Eingabeeinrich­ tung in Verbindung steht. Die Regeleinrichtung bestimmt ei­ nen Geschwindigkeitsfehler basierend auf der derzeitigen Fahrzeuggeschwindigkeit und auf der Soll-Fahrzeuggeschwin­ digkeit, bestimmt ferner ein den Rädern des Fahrzeugs zuzu­ führendes Raddrehmoment basierend auf dem Geschwindigkeits­ fehler und regelt das von dem Motor erzeugte Drehmoment, um den Geschwindigkeitsfehler zu verringern.

Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln einer Brennkraftmaschine vorgesehen, um die Geschwin­ digkeit eines Fahrzeuges zu steuern bzw. zu regeln. Das Ver­ fahren umfaßt das Bestimmen einer aktuellen bzw. tatsächli­ chen Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Soll-Fahrzeuggeschwin­ digkeit und eines Geschwindigkeitsfehlers basierend auf ei­ ner Differenz zwischen der tatsächlichen Geschwindigkeit und der Soll-Geschwindigkeit, ferner das Bestimmen eines Soll- Raddrehmomentes basierend auf dem Geschwindigkeitsfehler und das Steuern bzw. Regeln des durch den Motor erzeugten Drehmomentes, um den Geschwindigkeitsfehler zum Steuern bzw. Regeln der Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu reduzieren.

In einer Ausführungsform weist die vorliegende Erfindung ge­ trennte, sich gegenseitig ausschließende Regeleinrichtungen mit Rückführung auf, um die Kalibrierungsflexibilität zu verbessern. Eine erste Regeleinrichtung hält eine Soll- Fahrzeuggeschwindigkeit durch Anfordern eines spezifischen, den Rädern zuzuführenden Drehmoments aufrecht. Bei Über­ schreiten vorgegebener Betriebsgrenzen wird eine zweite Re­ geleinrichtung aktiviert, um die Fahrzeugbeschleunigung zum Erreichen einer gewünschten bzw. Soll-Fahrzeuggeschwin­ digkeit zu regeln.

Aus der vorliegenden Erfindung ergeben sich zahlreiche Vor­ teile: Beispielsweise wird durch die Abgabe eines absoluten gewünschten Raddrehmomentes die dynamische Antwort des Fahr­ zeuges durch stückweise Linearisierung zum Aufrechterhalten einer konstanten Geschwindigkeit oder einer konstanten Be­ schleunigung linearisiert. Durch die Benutzung getrennter Geschwindigkeits- und Beschleunigungs-Regeleinrichtungen wird weiterhin eine größere Kalibrierungsflexibilität ermög­ licht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen bei­ spielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm, das eine Fahrzeuggeschwindig­ keitsregelungsvorrichtung und ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 2 ein Blockdiagramm, das die Organisation einer drehmomentgestützten Regelungsstrategie gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 3 ein Flußdiagramm, das die Regelungslogik zur Ver­ wirklichung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung gemäß der vor­ liegenden Erfindung darstellt; und

Fig. 4 ein Übergangszustandsdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen, in der ein Blockdia­ gramm gezeigt ist, das eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Vorrichtung 10 weist einen Verbren­ nungsmotor bzw. eine Brennkraftmaschine 12 auf, der bzw. die über eine Kupplung 16 mit einem Getriebe 14 verbunden ist. Fahrzeugräder 18 (von denen nur eines dargestellt ist) sind über eine Achse 20, eine Getriebe/Differentialeinheit 22 und eine Kraftübertragungs- bzw. Gelenkwelle 24 mit dem Getriebe 14 verbunden. Obwohl ein Hinterrad-Antriebssystem mit einem Schaltgetriebe dargestellt ist, kann die vorliegende Erfin­ dung natürlich auch auf andere Fahrzeugkonfigurationen ange­ wendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Motor 12 ein Ottomotor bzw. ein fremdzündender (SI-)Motor, der eine Einlaßleitung 26 und eine Abgas- bzw. Auspufflei­ tung 28 aufweist, die an einen katalytischen Konverter 30 angeschlossen ist, der seinerseits an ein Auspuffrohr 32 an­ geschlossen ist. Verschiedene Sensoren, die allgemein mit dem Bezugszeichen 34 bezeichnet sind, werden eingesetzt, um den Betrieb des Motors 12 oder des Getriebes 14 zu überwa­ chen und zu steuern bzw. zu regeln. Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung auf verschiedene andere Motortypen angewendet werden, wie zum Beispiel auf Maschinen mit Kom­ pressionszündung oder Dieselmaschinen. Bei den Sensoren 34 handelt es sich um bekannte Sensoren. Beispielsweise kann es sich um beheizte Abgassauerstoff(HEGO)-Sensoren 36, einen Katalysatortemperatursensor 38, einen Maschinendrehzahlsen­ sor(RPM) 40, einen Kühlmitteltemperatursensor 42, einen Luftmengenströmungssensor(MAF) 44 und einen Drosselklappen­ stellungssensor(TPS) 46 handeln. Zu den Sensoren 34 kann auch ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor(VSS) 48 und ein oder mehrere Raddrehzahlsensoren 50 gehören, um eine Anzeige der Fahrzeuggeschwindigkeit zu erzeugen.

Die Vorrichtung 10 umfaßt auch verschiedene Eingabeeinrich­ tungen, die allgemein mit dem Bezugszeichen 56 bezeichnet sind, zum Vorgeben einer gewünschten bzw. Soll-Fahrzeug­ geschwindigkeit. Zu den Eingabeeinrichtungen 56 können Schalter 58 zur Steuerung eines Tempomats oder einer Fahr­ zeuggeschwindigkeits-Regelungseinrichtung gehören. In einer bevorzugten Ausführungsform gehören zu den Schaltern 58 ein erster Schalter 60, der als ein Löschschalter wirkt, ein zweiter Schalter 62, der eine Wiederaufnahmefunktion initi­ iert, ein dritter Schalter 64, der eine Geschwindigkeits­ festlegungs/Schiebebetrieb-Funktion initiiert, ein vierter Schalter 66, der als ein Geschwindigkeitsfestlegungs/Be­ schleunigungs-Schalter wirkt, ein fünfter Schalter 68, der als Ein/Aus-Schalter wirkt, und ein Bremsschalter 70, der ähnlich wie der Löschschalter 60 wirkt, um den Betrieb der Tempomatfunktion außer Kraft zu setzen, wie nachstehend de­ taillierter erläutert. Zu den Eingabeeinrichtungen 56 kann auch ein Gaspedal 72 und ein Bremspedal 74 gehören. Wie dar­ gestellt, ist das Gaspedal 72 mit einem Drosselklappenstel­ lungssensor 46 verbunden. Dies kann über eine mechanische, elektromechanische oder eine rein elektrische/elektronische Verbindung geschehen. Zum Beispiel weist in einem "drive-by­ wire"-System das Gaspedal 72 einen zugehörigen Sensor auf, der ein Eingangssignal einem Motorsteuerungsmodul (ECM) 76 zuführt, das wiederum ein Ausgangssignal einem Luftstrom- Betätigungselement oder einer Drosseleinrichtung, wie zum Beispiel einem Drosselventil 52 mit dem zugehörigen Stel­ lungssensor 46, zuführt. Bei Systemen ohne elektronische Drosselklappensteuerung kann das Gaspedal 72 mit dem Dros­ selventil 52 mechanisch verbunden sein, um dessen Öffnen zu steuern. Bei mechanisch verbundenen Systemen kann die auto­ matische Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung einen Servomotor oder eine ähnliche Einrichtung benutzen, um das Drosselven­ til 52 zu steuern, wenn der Tempomatmodus aktiviert ist.

Wie ebenfalls in Fig. 1 dargestellt ist, weist die Vorrich­ tung 10 vorzugsweise eine Regelungs- bzw. Steuerungseinrich­ tung auf, wie zum Beispiel das ECM 76, das mit den Sensoren 34 und den Eingabeeinrichtungen 56 über Eingangsanschlüsse 80 in Verbindung steht. Das ECM 76 weist einen Mikroprozes­ sor (MPU) 82 auf, der mit verschiedenen computerlesbaren Speichermedien 84 über einen Daten- und Steuerungsbus 88 in Verbindung steht. Zu den computerlesbaren Speichermedien 84 können verschiedene Arten von flüchtigen und nichtflüchtigen Medien oder Speichern gehören, wie zum Beispiel ein Erhal­ tungsspeicher (KAM) 90, ein Nurlesespeicher (ROM) 92 und ein Speicher (RAM) 94 mit wahlfreiem Zugriff. Die verschiedenen Speicher können implementiert sein unter Verwendung beliebi­ ger bekannter Hardwareeinrichtungen, wie zum Beispiel Flash- Speichern, PROMs, EEPROMs und anderer elektrischer, elektro­ magnetischer und optischer Speichereinrichtungen, die Daten speichern können, die von einem Computer ausführbare In­ struktionen darstellen.

Bekanntermaßen enthalten computerlesbare Medien 84 verschie­ dene Programmbefehle, Software oder eine Steuerungslogik, um die Steuerung des Motors 12 zu beeinflussen. Die Medien 84 können verschiedene Datentypen enthalten, die Kalibrierungs­ werte, derzeitige Werte von Betriebsparametern, Mikroprozes­ sorbefehle und ähnliches darstellen. Der Mikroprozessor 82 führt verschiedene Befehle aus, um an den Ausgangsanschlüs­ sen 96 Ausgangssignale zu erzeugen, basierend auf durch die Eingangsanschlüsse 80 empfangener Signale, die allgemein derzeitige Betriebszustände bzw. -bedingungen anzeigen. Die von dem ECM 76 erzeugten Ausgangssignale werden an verschie­ dene System-Betätigungselemente, wie zum Beispiel eine Kraftstoffsteuerungseinrichtung 98 und eine Zündsteuerungs­ einrichtung 100, weitergeleitet.

Das ECM 76 kann verschiedene andere Ausgangssignale erzeu­ gen, um Betätigungselemente oder Anzeigeelemente zu steuern, abhängig von der besonderen Anwendung. Beispielsweise kann ein Ausgangssignal erzeugt werden, um ein Luftstrom- Betätigungselement, die Zündeinstellung und/oder die Kraft­ stoffmenge zu steuern und so das von dem Motor 12 erzeugte Drehmoment zu steuern bzw. zu regeln. In einer bevorzugten Ausführungsform steht das ECM 76 mit den Eingabeeinrichtun­ gen 56 und den Sensoren 34 in Verbindung, um einen Geschwin­ digkeitsfehler basierend auf der derzeitigen Fahrzeugge­ schwindigkeit und einer Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit zu be­ stimmen. Das ECM 76 bestimmt dann ein geeignetes Raddrehmo­ ment, das von dem Motor 12 den Rädern 18 des Fahrzeugs zuzu­ führen ist, basierend auf dem Geschwindigkeitsfehler und steuert bzw. regelt das von dem Motor 12 erzeugte Drehmo­ ment, um den Geschwindigkeitsfehler zu Null hin zu reduzie­ ren. Vorzugsweise ist das ECM 76 mit einer rückgeführten PIQ(proportional-integral-quadratisch)-Regeleinrichtung aus­ gestattet, um eine Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit oder -be­ schleunigung aufrechtzuerhalten, wie nachstehend näher er­ läutert. Die PIQ-Regelung ist detaillierter in der US 54 20 793 erläutert, die in ihrer gesamten Offenbarung und insbesondere hinsichtlich der genannten Regelung durch Bezugnahme hier eingefügt wird. Das Motordrehmoment kann be­ stimmt werden, wie es im Detail gemäß der US 52 41 855 er­ klärt ist, die in ihrer diesbezüglichen Offenbarung durch Bezugnahme hier eingefügt wird. Ein geeignetes Raddrehmoment wird dann basierend auf der Reifengröße, dem Verhältnis der Getriebe/Differentialeinheit und dem derzeitigen Überset­ zungsverhältnis bestimmt. Wie im Stand der Technik bekannt, kann das Motordrehmoment durch Steuern des Luftstroms durch die Einlaßleitung 26 des Motors 12, durch Steuern der Kraft­ stoffmenge durch die Kraftstoffsteuerungseinrichtung 98 und/oder durch Steuern der Zündeinstellung durch die Zünd­ steuerungseinrichtung(SPK) 100 gesteuert bzw. geregelt wer­ den. Vorzugsweise wird das Motordrehmoment durch Steuern des Luftstroms durch die Einlaßleitung 26 über eine Drosselein­ richtung gesteuert.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestimmt das ECM 76 eine derzeitige Fahrzeugbeschleunigung basierend auf einer Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit über eine vorgegebene Zeitdauer oder ein vorgegebenes Ereignis. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann bestimmt werden unter Verwen­ dung des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 48 und/oder eines oder mehrerer Raddrehzahlsensoren 50. Alternativ kann die Fahrzeugbeschleunigung bestimmt werden unter Verwendung ei­ nes Beschleunigungsmessers oder einer ähnlichen Einrichtung. In dieser Ausführungsform bestimmt das ECM 76 ein geeigne­ tes, den Rädern 18 zuzuführendes Raddrehmoment basierend auf der derzeitigen Fahrzeugbeschleunigung und einer Soll- Fahrzeugbeschleunigung. Das ECM 76 steuert bzw. regelt dann das von dem Motor 12 erzeugte Drehmoment, um den Beschleuni­ gungsfehler auf Null zu reduzieren. Vorzugsweise enthält das ECM 76 geeignete Instruktionen bzw. Befehle oder eine Rege­ lungslogik, die in Software und Hardware implementiert sind, um sowohl eine PIQ-Fahrzeuggeschwindigkeits-Regeleinrichtung mit Rückkopplung als auch eine PIQ-Fahrzeugbeschleunigungs- Regeleinrichtung mit Rückkopplung zu realisieren, deren Be­ trieb sich gegenseitig ausschließt, wie nachfolgend detail­ lierter erläutert.

Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, in der ein Blockdia­ gramm gezeigt ist, in welchem verschiedene Bauteile oder Mo­ dule der Steuer- bzw. Regelungslogik zusammen mit zugehöri­ gen Ausgangssignalen dargestellt sind. Wie ersichtlich, kön­ nen die verschiedenen in den Fig. 2-4 dargestellten Funktionen oder Vorgänge bzw. Operationen durch Software, Hardware oder eine Kombination von Hardware und Software durchgeführt werden. Weiterhin kann die bestimmte darge­ stellte Reihenfolge von Operationen und Funktionen mögli­ cherweise nicht notwendig sein, um die Ziele und Vorteile gemäß der vorliegenden Erfindung zu erreichen. Allgemein ist die sequentielle Vorgehensweise nur zum Zwecke der leichte­ ren Erläuterung gewählt. Entsprechend können verschiedene Prozesse und Strategien abhängig von der besonderen Anwen­ dung verwendet werden, einschließlich Mehrprozeß-, unterbre­ chungs(zeit)gesteuerter, ereignisgesteuerter oder parallel­ rechnender Strategien, die verwendet werden können, um die dargestellte Regelungslogik zu implementieren. In ähnlicher Weise wird ein Fachmann verschiedene äquivalente Implemen­ tierungen in Hardware und/oder Software erkennen, um die Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erreichen. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung sind die in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Funktio­ nen vorrangig als Software in einer Steuer- bzw. Regelungs­ einrichtung, wie z. B. in dem ECM 76, implementiert.

Block 110 von Fig. 2 stellt die Geschwindigkeits-(oder Be­ schleunigungs-)Regelungslogik dar, die eine stetige bzw. konstante Fahrzeuggeschwindigkeit oder -beschleunigung auf­ rechterhält. Zu den Haupteingangsgrößen für dieses Merkmal gehören die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Fahrzeugbeschleuni­ gung und der Status der Befehlsschalter für den Tempomat. Die Hauptausgangsgröße des Blocks 110 ist eine absolute Raddrehmoment-Anforderung (im Gegensatz zu einer begrenzten oder maximalen Drehmomentanforderung), allgemein bezeichnet mit dem Bezugszeichen 112. Der Wert des Raddrehmoment- Anforderungsparameters stellt das Drehmoment dar, das von der aktiven Regelungseinrichtung berechnet ist und dem An­ triebsrad des Fahrzeugs zugeleitet werden muß, um die Soll- Fahrzeuggeschwindigkeit aufrechtzuerhalten oder wieder auf­ zunehmen.

Block 114 von Fig. 2 stellt die Drehmoment-Steuerlogik dar, die einen geeigneten Wert für den zum Steuern des Drehmo­ ments des Motors verwendeten Maschinenparameter bestimmt. Vorzugsweise erzeugt die Drehmoment-Steuerlogik 114 ein Aus­ gangssignal in der Form einer Luftstrom- oder Luftfüllungs­ anforderung, allgemein dargestellt durch das Bezugszeichen 116. Der erforderliche Luftstrom wird wie folgt berechnet:
Das erforderliche Motor-Bremsdrehmoment wird aus dem erfor­ derlichen Raddrehmoment, der Achsantriebsübersetzung, dem Übersetzungsverhältnis, dem Drehmomentwandlergeschwindig­ keitsverhältnis (falls nicht überbrückt) und aus einer Schätzung des mechanischen Wirkungsgrades berechnet. Das er­ forderliche angezeigte Motordrehmoment wird berechnet aus dem Motor-Bremsdrehmoment plus Reibungsmoment, wobei das Reibungsmoment gemäß der US 52 41 855 berechnet wird. Dieses angezeigte Drehmoment wird für eine Spätzündung vom bzw. ge­ genüber MBT und für Luft/Kraftstoff-Abweichungen von der Stöchiometrie angepaßt, um den Wert vor einem Ablesen in der Tabelle zu standardisieren. Das standardisierte angezeigte Drehmoment wird in eine Tabelle mit der Motordrehzahl einge­ geben, um den benötigten Luftmengenstrom zu bestimmen. Na­ türlich wird ein Fachmann verschiedene andere Wege erkennen, um das Drehmoment des Motors zu steuern, wie zum Beispiel durch Steuern des Kraftstoffes, der Frühzündung oder ähnli­ ches.

Eine Luftzuführungs-Steuerlogik, dargestellt durch Block 118, wandelt die Luftstromanforderung 116 in einen befohle­ nen Drosselklappenwinkel um. Wie von Fachleuten erkannt wer­ den wird, können die Geschwindigkeits-Steuer- bzw. Rege­ lungslogik 118, die Drehmoment-Steuerlogik 114 und die Luft­ zuführungs-Steuerlogik 118 eine oder mehrere Tabellen oder äquivalente Gleichungen verwenden, die verschiedene Kali­ brierungen aufweisen, die von der bestimmten Anwendung ab­ hängen. Die Tabellen und/oder Gleichungen werden verwendet, um ein geeignetes Ausgangssignal basierend auf einem oder mehreren Eingangssignalen zu bestimmen. Dementsprechend be­ stimmt die Luftzuführungs-Steuerlogik 118 einen geeigneten befohlenen Drosselklappenwinkel, der allgemein durch das Be­ zugszeichen 120 dargestellt ist. In einer bevorzugten Aus­ führungsform wird der erforderliche Drosselklappenwinkel be­ rechnet, indem zunächst die Luftmenge basierend auf dem Luftdruck und der Einlaß-Lufttemperatur (korrigiert auf Mee­ reshöhe) standardisiert wird. Der standardisierte Luftmen­ genwert wird dann gemeinsam mit dem Druckverhältnis über der Drosselklappe benutzt, um auf eine Tabelle Bezug zu nehmen, die einen benötigten Drosselklappenwinkel oder eine äquiva­ lente Gaspedalstellung bestimmt. Für Fahrzeuge, bei denen elektronische Drosselklappen-Steuerungssysteme verwendet werden, wird der befohlene Drosselklappenwinkel von einem elektrischen Luftstrom-Betätigungselement realisiert, das ein geeignetes, von der Luftzuführungs-Steuerlogik 118 er­ zeugtes Signal empfängt.

Die Blöcke 122-126 von Fig. 2 gelten nur für Fahrzeuge, bei denen keine elektronische Drosselklappensteuerung benutzt wird. Bei diesen Fahrzeugen wird der befohlene Drosselklap­ penwinkel einer Steuerungseinrichtung 122 für ein Drossel­ klappen-Stellungsausgangssignal zugeleitet, die ein geeigne­ tes befohlenes Tastverhältnis 124 für den Mikroprozessor 126 erzeugt.

Es wird nachfolgend auf Fig. 3 Bezug genommen, in der ein Flußdiagramm gezeigt ist, das eine Vorrichtung und ein Ver­ fahren zum Steuern bzw. Regeln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Flußdiagramm von Fig. 3 ist eine vereinfachte Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, von der eine detail­ liertere Darstellung für die Ausführungsform in Fig. 4 ge­ zeigt ist. Block 130 von Fig. 3 stellt eine Vielfalt von Be­ dingungsprüfungen dar, die während der Initialisierung des Systems durchgeführt werden. Zu diesen gehören vorzugsweise sowohl innere Überprüfungen in der Software als auch ein ex­ ternes Überwachen verschiedener anderer Antriebsstrangkompo­ nenten oder Merkmale. Falls eine oder mehrere Bedingungen nicht erfüllt sind, kann der Tempomat abgeschaltet und ein Auf leuchten einer geeigneten Anzeige veranlaßt werden, wie zum Beispiel eine Motorkontrollampe oder ähnliches.

Vorausgesetzt, die notwendigen Bedingungen sind von der von Block 130 dargestellten Initialisierung erfüllt, wird der derzeitige Betriebsmodus oder -zustand bestimmt, wie bei Block 132 dargestellt. Nur ein Zustand oder Modus kann zu jedem Zeitpunkt aktiv sein oder die Steuerung bzw. Regelung ausüben. Dementsprechend schließen sich die Zustände gegen­ seitig aus. Der derzeitige Betriebsmodus oder -zustand wird im allgemeinen bestimmt durch den vorherigen Betriebszustand und den Zustand der Eingabeeinrichtungen, wie zum Beispiel des Tempomatschalters und des Gaspedals. Vorzugsweise werden zwei getrennte PIQ-Regelungseinrichtungen mit Rückkopplung benutzt, um eine höhere Kalibrierungsflexibilität beim Ein­ stellen der Vorrichtung für eine optimale Leistung unter verschiedenen Straßen- und Motorbetriebsbedingungen zu er­ möglichen. In einer derartigen Ausführungsform arbeitet die erste Regelungseinrichtung als eine Fahrzeuggeschwindig­ keits(VS)-Regelungseinrichtung, während die zweite Rege­ lungseinrichtung als eine Beschleunigungs-Regelungsein­ richtung arbeitet. Wenn der Fahrzeug-Tempomat aktiv ist, be­ stimmt Block 132 entweder den Geschwindigkeitsregelungsmodus oder den Beschleunigungsregelungsmodus, vorzugsweise basie­ rend auf Benutzereingaben, obwohl andere Faktoren berück­ sichtigt werden können, wie unter Bezugnahme auf Fig. 4 nä­ her beschrieben. Der Beschleunigungsregelungsmodus wird vor­ zugsweise dann aktiviert, wenn eine anhaltende Beschleuni­ gungs- oder Verlangsamungsanforderung empfangen wird. Eine derartige Anforderung kann durch Drücken des Set­ ze/Beschleunigung-Schalters 66 oder des Setze/Schiebebe­ trieb-Schalters 64 für eine kalibrierbare vorgegebene Zeit­ dauer - wie zum Beispiel 640 ms - angezeigt werden.

Ein derzeitiger tatsächlicher (gemessener) Wert wird für den geeigneten Regelungsparameter (Geschwindigkeit oder Be­ schleunigung) bestimmt, wie von Block 134 dargestellt. Der derzeitige Wert wird mit einem früher gesetzten oder Soll­ wert verglichen, um einen Fehlerwert zu bestimmen. Der Fehlerwert wird benutzt, um ein Soll-Raddrehmoment basierend auf dem Geschwindigkeitsfehler zu bestimmen, wie bei Block 136 gezeigt. Block 138 zeigt den Schritt des Steuerns des von dem Motor erzeugten Motordrehmoments zum Reduzieren des Geschwindigkeitsfehlers oder des Beschleunigungsfehlers auf Null, basierend auf dem gewählten Regelungsmodus. Vorzugs­ weise wird das Motordrehmoment vorrangig durch Steuern des Luftstroms zur Maschine gesteuert. In einer Ausführungsform wird der Luftstrom durch Steuern der Stellung der Drossel­ klappe bzw. des Gaspedals gesteuert.

Es wird nachfolgend auf Fig. 4 Bezug genommen, in der ein Übergangs-Zustandsdiagramm für eine Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung dargestellt ist. Wie ersichtlich, hängen die Anzahl der Zustände, die Namen der Zustände und die zu­ gelassenen Übergänge zwischen verschiedenen Zuständen von der speziellen Anwendung ab und können in einer Vielzahl äquivalenter Arten implementiert werden. Dementsprechend stellt das Übergangszustandsdiagramm von Fig. 4 nur ein Bei­ spiel dar, das zum Beschreiben der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Vorzugsweise wird die Ausführung verschiede­ ner Systembetriebsmodi erleichtert bzw. ermöglicht durch ei­ ne Zustandsmaschine (state machine) mit Zuständen, die den­ jenigen durch die Blöcke 150-164 dargestellten ähnlich sind. Zu den Zuständen oder Modi gehören ein AUS-Modus 150, ein Standby-Modus 152, ein Geschwindigkeitsregelungsmodus 154, ein Beschleunigungsregelungsmodus 156, ein Tippmodus 158, ein Wiederaufnahmemodus 160, Fahrer-Überlagerungsmodus 162 und ein Drehmomenthaltemodus 164. Per Definition kann die durch die Modi in Fig. 4 dargestellte Zustandsmaschine nur in einem Zustand (Modus) zu irgendeiner Zeit sein. Pfeile zeigen die zulässigen Zustandsübergänge an, die vollzogen werden, wenn bestimmte Parameter erfüllt sind. Wie ersicht­ lich, kann ein Zustandsübergang zu einer Modifikation ver­ schiedener Status/Steuervariablen oder -parameter führen, die zum Darstellen der Zustandsmaschine verwendet werden.

Bevor irgendein anderer Modus als der AUS-Modus 150 ausge­ führt werden kann, führt die Vorrichtung vorzugsweise eine Vielfalt von Bedingungsüberprüfungen durch, die sowohl inne­ re als auch äußere Überprüfungen einschließen, um andere Sy­ stemkomponenten oder Softwaremerkmale zu überwachen. Wenn das System nicht in einem aktiven Regelungsmodus ist, d. h. im Geschwindigkeitsregelungsmodus 154 oder im Beschleuni­ gungsregelungsmodus 156, kann die Zustandsmaschine entweder im AUS-Modus 150 oder im Standby-Modus 152 sein. Im AUS- Modus 160 werden alle Global-Ausgaberegister auf Start- bzw. Standardwerte zurückgesetzt. Im Standby-Modus 152 führt die Logik eine rückkopplungslose Drehmoment-Voraussage oder -Voreinstellung aus, um einen Eingriffs- bzw. Einschalt­ befehl vom Fahrer vorwegzunehmen. Während dieser Zeit wird das tatsächliche (berechnete oder abgeleitete) Raddrehmo­ mentausgangssignal in ein Geschwindigkeitsregelungs- Ausgangssignalregister der Geschwindigkeitsregelungseinrich­ tung geschrieben. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das tatsächliche Drehmoment als eine Funktion einer Dreh­ zahl/Last- bzw. Geschwindigkeits/Last-Tabelle, des Luft- /Kraftstoff-Verhältnisses und der Vor- bzw. Frühzündung be­ stimmt, wie im Detail in der US 52 41 855 erläutert.

Beim normalen Fahrzeugbetrieb, wenn der Fahrer die gewünsch­ te Geschwindigkeit zum ersten Mal festlegt, tritt die Zu­ standsmaschine in den Geschwindigkeitsregelungsmodus 154 ein, der beibehalten wird, wenn nicht ein anhaltender Be­ schleunigungs- oder Verlangsamungsbefehl vom Fahrer abgege­ ben wird. Ein anhaltender Beschleunigungsbefehl kann bei­ spielsweise durch Niederdrücken des Setze/Beschleunigung- Schalters für eine vorgegebene kalibrierbare Zeitdauer, wie zum Beispiel 640 Millisekunden, angezeigt werden. In ähnli­ cher Weise kann ein anhaltender Verlangsamungsbefehl ange­ zeigt werden durch Niederdrücken des Setze/Verlangsamung- Schalters für eine gewisse Zeitdauer. Es sollte beachtet werden, daß im Beschleunigungsregelungsmodus 156 sowohl eine positive als auch eine negative Beschleunigung, d. h. eine Verlangsamung, geregelt werden kann. Der Beschleunigungsre­ gelungsmodus 156 kann auch aktiviert werden, wenn der Fahrer den Wiederaufnahmeschalter drückt. Sobald der Geschwindig­ keitsfehler oder der Beschleunigungsfehler unter einen ent­ sprechenden Grenzwert fällt, wird der Fahrzeuggeschwindig­ keits-Regelungsmodus aktiviert, um die gewünschte oder ge­ setzte Geschwindigkeit beizubehalten.

In den Tippmodus 158 wird eingetreten, wenn entweder der Setze/Beschleunigung-Schalter oder der Setze/Schiebebetrieb- Schalter momentan gedrückt ist. Wenn eine Folge von "Tipp"- Befehlen empfangen wird, wie zum Beispiel beim wiederholten Drücken und Freigeben entweder des Setze/Beschleunigung- Schalters oder des Setze/Schiebebetrieb-Schalters, kann die Zustandsmaschine entweder den Fahrzeuggeschwindigkeitsrege­ lungsmodus 154 oder den Beschleunigungsregelungsmodus 156 ausführen, abhängig von dem neuen Wert der gesetzten Ge­ schwindigkeit und der Kalibrierung der Betriebsgrenzen. In ähnlicher Weise kann, wenn im Standby-Modus 152 der Wieder­ aufnahmeschalter aktiviert wird, so daß die Zustandsmaschine In den Wiederaufnahmemodus 160 eintritt, entweder der Ge­ schwindigkeitsregelungsmodus 154 oder der Beschleunigungsre­ gelungsmodus 156 aktiv werden. Wenn das System in keinem der beiden aktiven Regelungsmodi ist, d. h. im Geschwindigkeits­ regelungsmodus 154 oder im Beschleunigungsregelungsmodus 156, wird das System entweder im AUS-Modus 150 oder im Standby-Modus 152 sein.

Ein Fahrer-Überlagerungsmodus 162 wird aktiviert, wenn ein vom Fahrer durch das Gaspedal angefordertes Drehmoment ein Drehmoment überschreitet, das entweder von dem Geschwindig­ keitsregelungsmodus 154 oder vom Beschleunigungsregelungsmo­ dus 156 angefordert wird. Der Fahrer-Überlagerungsmodus ak­ tiviert eine voreingestellte Drehmomentanforderung und setzt den Integrator der aktiven PIQ-Regelungsschleife aus, um ein Aufschaukeln bzw. Hochzählen des Integrators zu verhindern. Während das System im Fahrer-Überlagerungsmodus 162 ist, ar­ beitet es in einem als P-Q-Modus beschreibbaren Modus. Ein Übergang zum Geschwindigkeitsregelungsmodus 154 tritt ein, wenn das vom Fahrer über das Gaspedal angeforderte Drehmo­ ment unter das Drehmoment abfällt, das von dem Geschwindig­ keitsregelungsmodus 154 angefordert wird, vorausgesetzt, die Fahrzeuggeschwindigkeit ist oberhalb einer vorgegebenen Rücksetzgeschwindigkeit und es wird kein "Tipp"-Befehl emp­ fangen. Ein Drehmomenthaltemodus kann ebenfalls vorgesehen sein, um das maximale oder minimale Drehmomentniveau zu be­ grenzen und so Schäden an Komponenten bzw. ein Abwürgen des Motors zu verhindern. Wie dargestellt, kann der Drehmoment­ haltemodus 164 entweder in den Geschwindigkeitsregelungsmo­ dus 154, in den Fahrer-Überlagerungsmodus 162 oder in den AUS-Modus 150 übergehen.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur automatischen Geschwindigkeitsregelung für ein Motorfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, mit:
einem Sensor (48) zum Bestimmen der derzeitigen Fahr­ zeuggeschwindigkeit;
wenigstens einer Eingabeeinrichtung (56) zum Angeben ei­ ner Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit; und
einer Regelungseinrichtung, die mit dem Sensor (48) und der Eingabeeinrichtung (56) in Verbindung steht und ei­ nen Geschwindigkeitsfehler basierend auf der derzeitigen Fahrzeuggeschwindigkeit und der Soll-Fahrzeuggeschwin­ digkeit bestimmt, ein den Rädern (18) des Fahrzeugs zu­ zuführendes Raddrehmoment basierend auf dem Geschwindig­ keitsfehler bestimmt und das von dem Motor (12) erzeugte Drehmoment steuert, um den Geschwindigkeitsfehler zu re­ duzieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungseinrichtung das von dem Motor (12) erzeugte Drehmoment durch Steuern des Luftstroms zum Motor (12) steuert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Regelungseinrichtung die derzeitige Fahr­ zeugbeschleunigung bestimmt basierend auf einer Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit über eine vorgegebene Peri­ ode hinweg, eine Soll-Fahrzeugbeschleunigung basierend auf dem Geschwindigkeitsfehler bestimmt, einen Beschleu­ nigungsfehler basierend auf der Soll-Beschleunigung und der derzeitigen Beschleunigung bestimmt, ein den Rädern (18) des Fahrzeugs zuzuführendes Raddrehmoment basierend auf dem Beschleunigungsfehler bestimmt und das von dem Motor (12) erzeugte Drehmoment steuert, um den Beschleu­ nigungsfehler zu reduzieren.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungseinrichtung einen Fahrzeuggeschwindigkeits- Regelungsmodus oder einen Beschleunigungs-Regelungsmodus basierend auf dem Geschwindigkeitsfehler auswählt und den Motor (12) basierend auf dem ausgewählten Regelungs­ modus steuert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungseinrichtung den Fahrzeuggeschwindigkeits- Regelungsmodus auswählt, wenn der Geschwindigkeitsfehler innerhalb vorgegebener Grenzen liegt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungseinrichtung ein erfor­ derliches Raddrehmoment voraussagt, um eine Soll- Fahrzeuggeschwindigkeit aufrechtzuerhalten und um das Empfangen eines Einschaltsignals für die automatische Geschwindigkeitsregelung vorauszusehen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungseinrichtung den vorausgesagten Raddrehmo­ mentwert nach Empfang eines Einschaltsignals für die au­ tomatische Geschwindigkeitsregelung verwendet.

8. Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, um die Geschwindigkeit eines Fahrzeuges zu regeln, mit den fol­ genden Schritten:
Bestimmen einer tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit und eines Geschwin­ digkeitsfehlers basierend auf einer Differenz zwischen der tatsächlichen Geschwindigkeit und der Soll-Geschwin­ digkeit;
Bestimmen eines Soll-Raddrehmoments basierend auf dem Geschwindigkeitsfehler und
Steuern des von dem Motor (12) erzeugten Drehmoments, um den Geschwindigkeitsfehler zu reduzieren und so die Ge­ schwindigkeit des Fahrzeugs zu regeln.

9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner mit den Schritten:
Bestimmen einer Fahrzeugbeschleunigung;
Auswählen des Geschwindigkeitsregelungsmodus oder des Beschleunigungsregelungsmodus basierend auf dem Ge­ schwindigkeitsfehler; und
Steuern des von dem Motor (12) erzeugten Drehmoments ba­ sierend auf dem ausgewählten Regelungsmodus, um den Ge­ schwindigkeitsfehler bzw. einen Beschleunigungsfehler zu reduzieren, wobei der Beschleunigungsfehler auf einer Differenz zwischen der Fahrzeugbeschleunigung und einer Soll-Beschleunigung basiert und die Soll-Beschleunigung basierend auf der Größe des Geschwindigkeitsfehlers festgelegt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das Steuern des von dem Motor (12) erzeugten Drehmoments das Steuern des Luftstroms zum Motor (12) umfaßt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Fahrzeug ein Gaspedal (72) zum Steuern des Luftstroms zum Motor (12) aufweist und daß das Steuern des von dem Motor (12) erzeugten Drehmoments das Steuern des Luftstroms zum Motor (12) durch Steuern der Stellung des Gaspedals (72) umfaßt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, ferner mit folgenden Schritten:
Berechnen eines erforderlichen Raddrehmomentes, um die derzeitige Fahrzeuggeschwindigkeit aufrechtzuerhalten während eines Betriebs in einem Standby-Modus im voraus auf den Empfang eines Einschaltsignals zur Geschwindig­ keitsregelung; und
Verwenden des berechneten Raddrehmomentes zum Steuern des von dem Motor erzeugten Drehmomentes nach dem Emp­ fang des Einschaltsignals für die Geschwindigkeitsrege­ lung.

13. Computerlesbares Speichermedium mit eingespeicherten Be­ fehlen, die von einem Computer ausführbar sind, um einen Verbrennungsmotor zum Bewirken einer drehmomentgestütz­ ten Geschwindigkeitsregelung zu steuern, mit
Befehlen zum Bestimmen einer Soll-Fahrzeuggeschwindig­ keit und eines Geschwindigkeitsfehlers basierend auf ei­ ner Differenz zwischen einer tatsächlichen Fahrzeugge­ schwindigkeit und der Soll-Geschwindigkeit;
Befehlen zum Bestimmen eines Soll-Raddrehmomentes basie­ rend auf dem Geschwindigkeitsfehler; und
Befehlen zum Steuern des von dem Motor (12) erzeugten Drehmomentes, um den Geschwindigkeitsfehler zu reduzie­ ren und so die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu regeln.

14. Speichermedium nach Anspruch 13, ferner gekennzeichnet durch
Befehle zum Bestimmen einer Fahrzeugbeschleunigung;
Befehle zum Auswählen eines Geschwindigkeitsregelungsmo­ dus oder eines Beschleunigungsregelungsmodus basierend auf dem Geschwindigkeitsfehler; und
Befehle zum Steuern des von dem Motor (12) erzeugten Drehmomentes basierend auf dem ausgewählten Regelungsmo­ dus, um den Geschwindigkeitsfehler bzw. einen Beschleu­ nigungsfehler zu reduzieren, wobei der Beschleunigungs­ fehler auf einer Differenz zwischen der Fahrzeugbe­ schleunigung und einer Soll-Beschleunigung basiert und die Soll-Beschleunigung basierend auf der Größe des Ge­ schwindigkeitsfehlers festgelegt wird.

15. Speichermedium nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Befehle zum Steuern des von dem Motor (12) erzeugten Drehmomentes Befehle zum Steuern des Luftstroms zum Motor (12) umfassen.

16. Speichermedium nach einem der Ansprüche 13 bis 15, fer­ ner gekennzeichnet durch
Befehle zum Berechnen eines erforderlichen Raddrehmomen­ tes, um die derzeitige Fahrzeuggeschwindigkeit während eines Betriebs in einem Standby-Modus aufrechtzuerhalten im voraus auf den Empfang eines Einschaltsignals für ei­ ne Geschwindigkeitsregelung; und
Befehle, die das berechnete Raddrehmoment verwenden, um das von dem Motor (12) erzeugte Drehmoment nach dem Emp­ fang des Einschaltsignals für die Geschwindigkeitsrege­ lung zu steuern.