DE19851410C2 - Verfahren und Einrichtung zur Geschwindigkeitsregelung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Geschwindigkeitsregelung für ein Kraftfahrzeug

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und, eine Einrichtung zur Geschwindigkeits­ regelung für Kraftfahrzeuge mit der Differenz zwischen der Sollgeschwindigkeit und der Istgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges als Regelgröße.
Derartige Regelungen werden häufig zur automatischen Konstanthaltung der Fahrgeschwindigkeit von Lastkraftwagen benutzt. Der Fahrer des Lastkraftwa­ gens wird damit weitgehend von der ermüdenden Tätigkeit befreit, die Ge­ schwindigkeit auf flachen Streckenführungen ständig zu überwachen.
Es hat sich allerdings als problematisch herausgestellt, daß Änderungen der Belastung durch Beladung und Steigungen bei einem Lastkraftwagen stark spürbare Auswirkungen auf das Fahrverhalten haben. Der Motor eines Last­ kraftwagens ist träge und braucht bei Laständerungen viel mehr Zeit, um den Vorgaben der Regelung folgen zu können, als beispielsweise bei einem Personenkraftwagen.
Gemäß DE 195 49 226 A1 und DE 195 47 716 A1 sind Geschwindigkeitsregler bekannt, bei denen beim Übergang von dynamischen zu statischen Reglezu­ ständen verschiedene Reglerparameter umgeschaltet oder neu gesetzt werden. Dabei kann der Regler gemäß DE 43 13 173 A1 in PD- und I-Anteilen aufgeteilt sein.
In der DE 41 23 347 A1 wird eine Einrichtung zur Geschwindigkeitsregelung vorge­ schlagen, wobei das Ansprechverhalten der Regelungseinrichtung dadurch gesetzt wird, daß die Stellgröße auf einen Vorsteuerwert gesetzt wird, der aus der Stellung eines Leistungsstellgliedes abgeleitet wird. Damit wird der Rege­ lung vorgegriffen und die Zeit, die bis zur Einregelung einer neuen Situation vergeht, wird verringert.
Diese Art der Vorsteuerung berücksichtigt aber nicht den wahren Fahrzustand des Fahrzeuges, da die Stellung des Leistungsstellgliedes beliebig sein kann. Auch die bekannte Regelung entlastet den Fahrer des Lastkraftwagens vor Laständerungen nicht von der Aufgabe, die Motorleistung vorausschauend erhöhen zu müssen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrich­ tung zur Regelung der Fahrgeschwindigkeit eines Nutzfahrzeuges anzugeben, welche eine auftretende Laständerung so frühzeitig in ein entsprechend großes Stellsignal umsetzen, daß eine manuelle Vorsteuerung der Motorleistung in den häufigsten Fällen überflüssig wird. Dabei darf kein Überschwingen auftreten. Es sollen beim Regelungsvorgang keine Unstetigkeiten oder zu starke Änderun­ gen der Istgeschwindigkeit auftreten. Ferner soll die Regelung asymptotisch einschwingen, auch wenn die Regelung dadurch kritisch ist, daß die Belastung gleich Null wird, beispielsweise bei leicht abschüssiger Strecke.
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren der Erfindung dadurch gelöst, daß die Regelgröße den Eingängen eines PDT-Gliedes und eines I-Gliedes zugeführt wird, daß die Ausgangsgrößen des PDT-Gliedes und des I-Gliedes, sowie ein Vorsteuerwert und ein vorgegebener Versatzwert zur Bildung einer Stellgröße additiv verknüpft werden, daß die Stellgröße einem Leistungsstellglied des Brennkraftmotors des Kraftfahrzeuges zugeführt wird und daß bei Konstantbleiben der Istgeschwindigkeit für einen vorgebbaren Zeitraum der Vorsteuerwert um die Ausgangsgröße des I-Gliedes erhöht wird und die Ausgangsgröße des I-Gliedes auf Null gesetzt wird.
Mit Hilfe des I-Gliedes können kurzzeitige Änderungen des Belastungszustandes anhand der sich durch die Belastung ändernden Fahrgeschwindigkeit innerhalb sehr kurzer Zeit festgestellt und durch die Addition der I-Größe in dem Stellsignal berücksichtigt werden. Sobald die Fahrgeschwindigkeit wieder stationär ist, wird die Ausgangsgröße des I-Reglers auf den bis dahin benutzten Vorsteuerwert aufgeschlagen, so daß die Voreinstellung des Reglers an die bis dahin aufgetretenen Belastungsverhältnisse angepaßt wird. Bei dem nächsten Einschwingvorgang des Regelkreises benötigt der Regler somit nur eine geringere Reaktionszeit, um einer Änderung der Belastung zu folgen, als er aufgrund der Auslegung des PDT-Gliedes allein benötigte.
Durch die Einführung eines Versatzwertes wird ferner ein asymptotisches Einschwingen des Reglers ermöglicht. Der Versatzwert kann beliebig korrigiert werden. Ein derartiges Vorgehen läßt sich mit modernen Mikroprozessoren oder anderen digital arbeitenden Komponenten leicht verwirklichen.
Bei einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Stellgröße und ein von dem Brennkraftmotor tatsächlich aufgebrachtes Antriebsmoment miteinander verglichen werden und daß die Ausgangsgröße des I-Gliedes bei der Bildung der Stellgröße nur dann berücksichtigt wird bzw. daß eine Regelung der Geschwindigkeit nur dann stattfindet, wenn die Stellgröße und das Antriebsmoment übereinstimmen. Dadurch wird verhindert, daß der Regler bei Ansprechen einer Geschwindigkeitsbegrenzung oder ähnlichen vorrangig zu behandelnden Ereignissen ausbricht. Ferner ist zu beachten, daß die Hauptaufgabe der Regelung nach wie vor dem PDT-Glied zufällt; das I-Glied stellt lediglich ein Korrekturglied für die Ausgangsgröße des PDT-Gliedes dar. In kritischen Fällen wird daher im Zweifelsfalle das I-Glied deaktiviert oder ausgekoppelt.
Zur Begrenzung der Ausgangsgröße des I-Gliedes ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Ausgangsgröße des I-Gliedes auf einen vorgegebenen Maximalwert abzüglich der Summe der Ausgangsgröße des PDT-Gliedes, des Vorsteuerwertes und eines vorgegebenen Versatzwertes gesetzt wird, falls die Stellgröße größer als ein vorgegebenes Maximalmoment ist und die Ausgangsgröße des I-Gliedes positiv ist, und daß die zu setzende Ausgangsgröße des I-Gliedes nach unten durch den Wert Null begrenzt wird bzw. daß die Ausgangsgröße des I-Gliedes auf die negierte Summe der Ausgangsgröße des PDT-Gliedes, des Vorsteuerwertes und des Versatzwertes gesetzt wird, falls die Stellgröße und die Ausgangsgröße des I-Gliedes negativ sind, und daß die zu setzende Ausgangsgröße des I-Gliedes nach oben durch den Wert Null begrenzt wird. Durch diese Maßnahme wird die Wirkung des I-Gliedes effektiv auf kurzzeitige, durch Laständerungen bestimmte Vorgänge beschränkt.
Damit die Dämpfung des Geschwindigkeitsreglers innerhalb zulässiger Grenzen bleibt, ist bei einer anderen Weiterbildung der Erfingung vorgesehen, daß die Ausgangsgröße des PDT-Gliedes auf den Maximalwert abzüglich der Summe der Ausgangsgröße des I-Gliedes, des Vorsteuerwertes und des Versatzwertes gesetzt wird, falls die Stellgröße größer als das Maximalmoment ist, und daß die Stellgröße dabei nach oben durch das Maximalmoment begrenzt wird bzw. daß die Ausgangsgröße des PDT-Gliedes auf die negierte Summe der Ausgangsgröße des I-Gliedes, des Vorsteuerwertes und des Versatzwertes gesetzt wird, falls die Stellgröße negativ ist, und daß die Stellgröße nach unten durch den Wert Null begrenzt wird. Das PDT-Glied ist auf eine Fahrsituation ausgelegt, bei der das aufzubringende Antriebsmoment ständig um den Nullpunkt pendelt, das heißt für den lastfreien Fall. Die Begrenzung des PDT-Gliedes verhindert in dieser Situation ein ungedämpftes Schwingen des Reglers.
Um eine Verfälschung des vom Fahrer vorgegebenen Steuersignals durch den Geschwindigkeitsregler zu vermeiden, ist bei einer nächsten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß keine Regelung der Geschwindigkeit stattfindet, falls ein Leistungsstellelement des Kraftfahrzeuges manuell bedient wird.
In einer nächsten Weiterbildung ist vorgesehen, daß das Vorzeichen des Versatzwertes negativ gesetzt wird, falls die Stellgröße größer ist als die Summe aus dem Maximalmoment und dem Betrag des Versatzwertes und daß das Vorzeichen des Versatzwertes positiv gesetzt wird, falls die Stellgröße negativ ist. Damit wird ein schnelles Einschwingen der Steuergröße begünstigt.
Weitere Verbesserungen des Ansprechverhaltens werden dadurch erreicht, daß die Verstärkung des PDT-Gliedes erhöht wird, falls die Stellgröße ein vorgegebenes Maß überschreitet, und umgekehrt, daß die Verzögerungszeit des PDT-Gliedes verringert wird, falls die Stellgröße ein vorgegebenes Maß überschreitet, und umgekehrt bzw. daß die Verstärkung des PDT-Gliedes erhöht wird, falls die Übersetzung des Getriebes des Kraftfahrzeuges ein vorgegebenes Maß unterschreitet, und umgekehrt.
Es wird in den Ansprüchen zudem eine Einrichtung angegeben, welche zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Die Aufgabe der Voreinstellung und Korrektur der Ausgangsgrößen fällt dabei einem Steuergerät zu, welches die notwendigen Eingangsgrößen erhält. Ein derartiges Gerät könnte auch komplexere Korrekturmethoden anwenden, wie beispielsweise die Korrektur der Steuergröße über Kennfelder, welche in einem Speicher abgelegt sind.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung und
Fig. 2 ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gleiche Funktionselemente bzw. unterschiedliche Darstellungen desselben Signals sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das Ausführungsbeispiel ist zwar als Blockschaltbild dargestellt. Dieses bedeutet jedoch nicht, daß die erfindungsgemäße Einrichtung auf eine Realisierung im physischen Sinne mit Hilfe von einzelnen den Blöcken entsprechenden Schaltungen beschränkt ist. Eine erfindungsgemäße Einrichtung ist vielmehr in vorteilhafter Weise mit Hilfe von hochintegrierten Schaltungen realisierbar. Dabei können programmierbare Prozessoren eingesetzt werden, welche bei geeigneter Programmierung die in den Blockschaltbildern dargestellten Elemente verwirklichen.
In Fig. 1 ist ein Regler in Form eines Blockschaltbildes dargestellt. Ein PDT-Glied 1 ist mit einem I-Glied 2 parallelgeschaltet. Das I-Glied 2 ist über einen Schalter 3 zuschaltbar. Eine Verknüpfung 4 addiert die Ausgangsgrößen i und p des I-Gliedes 2 und des PDT-Gliedes 1. Ein Konstantwertgeber 5 liefert einen konstanten Vorsteuerwert k. Über einen weiteren Schalter 6 ist dem Konstantwertgeber 5 die Ausgangsgröße i des I-Gliedes 2 zuführbar. Die zugeführte Größe i wird dabei auf den Vorsteuerwert aufgeschlagen, so daß der Konstantwertgeber 5 danach den erhöhten Wert k abgibt. Die Ausgangsgrößen des PDT-Gliedes und des I-Gliedes p und i, sowie der Vorsteuerwert k werden an einer weiteren Verknüpfung 7 addiert. Die daraus resultierende Größe M wird als Steuergröße dem Verbrennungsmotor 8 eines Kraftfahrzeuges übergeben. Die Fahrzeuggeschwindigkeit v wird zurückgeführt und an einem Subtrahierer 9 von der vorgegebenen Sollgeschwindigkeit V abgezogen.
Über ein Steuergerät 10 können das PDT-Glied 1, das I-Glied 2 und der Konstantwertgeber 5 über Steuereingänge 1', 1", 2' und 5' gesteuert werden. Außerdem bedient das Steuergerät 10 die beiden Schalter 3 und 6. Es übernimmt die Aufgabe, den Regler teilweise oder ganz zu deaktivieren, falls die Geschwindigkeit oder die Leistung durch manuelle Bedienung eines Stellelementes oder durch einen eingebauten Geschwindigkeitsbegrenzer beeinflußt werden.
Die Elemente der Fig. 1 sowie die darin ablaufenden Arbeitsschritte der Fig. 2 werden im Beispiel - wie oben erwähnt - mit Hilfe von Mikroprozessoren bewirkt, in welchen das Programm nach Fig. 2 ständig von neuem abläuft. Der Kehrwert der Wiederholungsrate des Programmlaufes muß dabei mindestens doppelt so hoch sein wie die gewünschte Zeitauflösung des Reglers.
Nach dem Start des Programms bei 31 wird bei 32 die Ausgangsgröße p des PDT-Gliedes berechnet. Falls das von der Antriebseinheit des Kraftfahrzeuges aufgebrachte Moment m der vom Regler geforderten Stellgröße M entspricht, wird bei 33 die Ausgangsgröße i des I-Gliedes berechnet. Für den Fall, daß die Fahrgeschwindigkeit stationär ist, das heißt ihre Zeitableitung kleiner als ein vorgegebenes Maß ist, wird bei 34 die Ausgangsgröße i des I-Gliedes zurückgesetzt und ein Vorsteuerwert k um die Ausgangsgröße i erhöht. Bei 35 wird die Summe der Größen p, i, k und eines Versatzwertes D gebildet. Der Versatzwert D wird bei 36 für den jeweils nächsten Programmdurchlauf bestimmt. Liegt die Stellgröße außerhalb eines vorgegebenen Bereiches, so wird das Vorzeichen des Versatzwertes in gegensteuernder Weise verändert.
Liegt die Stellgröße außerhalb eines vorgegebenen Bereiches, so wird die Ausgangsgröße i des I-Gliedes bei 37 in gegensteuernder Weise neu gesetzt. Die weitere Regelung erfolgt dann von diesem Zustand aus. Beim Setzen der Ausgangsgröße i können die bereits ermittelten Werte des Reglerdurchlaufs auf geschickte Art und Weise kombiniert werden, so daß der Informationsverlust, welcher sich durch das Neusetzen für die Regelung zwangsläufig ergibt, minimiert wird. Auf diese Weise wird ein sanftes Regelverhalten erreicht; sprunghafte Änderungen der Stellgröße werden vermieden. Beispielsweise wird die Ausgangsgröße i des I-Gliedes durch Setzen auf den Wert i: = Maximalwert-p-k-D limitiert, falls die Stellgröße zu groß wird und auf i: = -p-k-D, falls sie zu klein wird.
Bei 35' erfolgt erneut eine Aufsummierung der relevanten Größen zu der Stellgröße.
Liegt die Stellgröße danach noch immer außerhalb zulässiger Grenzen, so wird bei 38 abschließend auch die Ausgangsgröße p des PDT-Gliedes neu gesetzt. Das PDT-Glied wird beispielsweise zur Limitierung auf den Wert p: = Maximalwert-i-k-D gesetz, falls die Stellgröße zu groß ist und auf p: = -i-k-D, falls sie zu klein ist. Die Stellgröße wird künstlich auf die jeweils nächstliegende Grenze gesetzt.
Das Programm wird dann erneut gestartet und der Vorgang beginnt von neuem.

Claims (16)

1. Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung für ein von einem Brennkraftmotor (8) angetriebenes Kraftfahrzeug mit der Differenz zwischen der Sollge­ schwindigkeit und der Istgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges als Regel­ größe, wobei
die Regelgröße den Eingängen eines PDT-Gliedes (1) und eines I-Gliedes (2) zugeführt wird,
die Ausgangsgrößen (p und i) des PDT-Gliedes (1) und des I-Gliedes (2) sowie ein Vorsteuerwert (k) und ein vorgegebener Versatzwert (D) zur Bil­ dung einer Stellgröße (M) additiv verknüpft werden,
die Stellgröße (M) einem Leistungstellglied des Brennkraftmotors (8) des Kraftfahrzeuges zugeführt wird und
bei Konstantbleiben der Istgeschwindigkeit (v) für einen vorgebbaren Zeit­ raum der Vorsteuerwert (k) um die Ausgangsgröße (i) des I-Gliedes (2) er­ höht wird und die Ausgangsgröße (i) des I-Gliedes (2) auf Null gesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Stellgröße (M) und ein von dem Brennkraftmotor (8) tatsächlich aufgebrachtes Antriebsmoment (m) mitein­ ander verglichen werden und die Ausgangsgröße (i) des I-Gliedes (2) bei der Bildung der Stellgröße (M) nur dann berücksichtigt wird, wenn die Stell­ größe (M) und das Antriebsmoment (m) übereinstimmen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Stellgröße (M) und ein von dem Brennkraftmotor (8) tatsächlich aufgebrachtes Antriebsmoment (m) mitein­ ander verglichen werden und eine Regelung der Geschwindigkeit (v) nur dann stattfindet, wenn die Stellgröße (M) und das Antriebsmoment (m) übereinstimmen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aus­ gangsgröße (i) des I-Gliedes (2) auf einen vorgegebenen Maximalwert ab­ züglich der Summe der Ausgangsgröße (p) des PDT-Gliedes (1), des Vor­ steuerwertes (k) und eines vorgegebenen Versatzwertes (D) gesetzt wird, falls die Stellgröße (M) größer als ein vorgegebenes Maximalmoment ist und die Ausgangsgröße (i) des I-Gliedes (2) positiv ist und die zu setzende Aus­ gangsgröße (i) des I-Gliedes (2) nach unten durch den Wert Null begrenzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aus­ gangsgröße (i) des I-Gliedes (2) auf die negierte Summe der Augangsgröße (p) des PDT-Gliedes (1), des Vorsteuerwertes (k) und des Versatzwertes (D) gesetzt wird, falls die Stellgröße (M) und die Ausgangsgröße (i) des I- Gliedes (2) negativ sind und die zu setzende Ausgangsgröße (i) des I- Gliedes (2) nach oben durch den Wert Null begrenzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aus­ gangsgröße (p) des PDT-Gliedes (1) auf den Maximalwert abzüglich der Summe der Ausgangsgröße (i) des I-Gliedes (2), des Vorsteuerwertes (k) und des Versatzwertes (D) gesetzt wird, falls die Stellgröße (M) größer als das Maximalmoment ist und die Stellgröße (M) dabei nach oben durch den Maximalmoment begrenzt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aus­ gangsgröße (p) des PDT-Gliedes (1) auf die negierte Summe der Aus­ gangsgröße (i) des I-Gliedes (2), des Vorsteuerwertes (k) und des Versatz­ wertes (D) gesetzt wird, falls die Stellgröße (M) negativ ist und die Stellgrö­ ße (M) nach unten durch den Wert Null begrenzt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei keine Regelung der Geschwindigkeit (v) stattfindet, falls ein Leistungsstellelement des Kraftfahrzeuges manuell bedient wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vorzei­ chen des Versatzwertes (D) negativ gesetzt wird, falls die Stellgröße (M) größer ist als die Summe aus dem Maximalmoment und dem Betrag des Versatzwertes (D) und das Vorzeichen des Versatzwertes (D) positiv ge­ setzt wird, falls die Stellgröße (M) negativ ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verstär­ kung des PDT-Gliedes (1) erhöht wird, falls die Stellgröße (M) ein vorgege­ benes Maß überschreitet, und umgekehrt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verzöge­ rungszeit des PDT-Gliedes (1) verringert wird, falls die Stellgröße (M) ein vorgegebenes Maß überschreitet, und umgekehrt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verstär­ kung des PDT-Gliedes (1) erhöht wird, falls die Übersetzung des Getriebes des Kraftfahrzeuges ein vorgegebenes Maß unterschreitet, und umgekehrt.
13. Einrichtung zur Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeuges, wobei die Differenz zwischen der Sollgeschwindigkeit und der Istgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges eine Regelgröße ist, umfassend
ein PDT-Glied (1) und eine I-Glied (2), an deren Eingängen die Regelgröße anliegt und deren Ausgänge additiv verknüpfbar sind,
einen Konstantwertgeber (5), an dessen Ausgang ein Vorsteuerwert (k) anliegt und dessen Ausgang mit Ausgängen des PDT-Gliedes (1) und des I-Gliedes (2) additiv verknüpfbar ist,
ein Steuergerät (10), welches bei Konstantbleiben der Istgeschwindigkeit (v) für einen vorgebbaren Zeitraum den Vorsteuerwert (k) um die Aus­ gangsgröße (i) des I-Gliedes (2) erhöht und die Ausgangsgröße (i) des I- Gliedes (2) auf Null setzt.
14. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das Steuergerät (10) mit Steuereingän­ gen (1', 1", 2', 5') des PDT-Gliedes (1), des I-Gliedes (2) und des Konstant­ wertgebers (5) verbunden ist und das Steuergerät (10) eine Regelung der Geschwindigkeit (v) teilweise oder ganz unterbindet, falls sich das An­ triebsmoment (m) von der Stellgröße (M) unterscheidet oder falls ein Lei­ stungsstellelement des Brennkraftmotors (8) manuell bedient wird.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei das PDT-Glied (1) einen ersten Steuereingang (1') aufweist, über welchen Funktionsparameter des PDT-Gliedes (1), beispielsweise die Verzögerungszeit, einstellbar sind und ein Ausgang des Steuergerätes (10) an den ersten Steuereingang (1') des PDT-Gliedes (1) angeschlossen ist.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das PDT-Glied (1) einen zweiten Steuereingang (1") aufweist, über welchen die Verstärkung des PDT-Gliedes (1) einstellbar ist und ein Ausgang des Steuergerätes (10) an den zweiten Steuereingang (1") des PDT-Gliedes (1) angeschlossen ist.
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