DE19961720A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein durch den Fahrer aktivierbares Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeugs, wobei eine erste Sollgeschwindigkeit (v¶AT¶) für einen Antriebszustand (20) festgelegt wird, eine zweite Sollgeschwindigkeit (v¶BT¶) für einen Bremszustand (18) festgelegt wird, im Antriebszustand die erste Sollgeschwindigkeit (v¶AT¶) auf die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit (v¶ist¶) und die zweite Sollgeschwindigkeit (v¶BT¶) auf eine Geschwindigkeit gesetzt wird, welche um einen vorbestimmten Geschwindigkeitswert gegenüber der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit (v¶ist¶) erhöht ist, und im Bremszustand die zweite Sollgeschwindigkeit (v¶BT¶) auf die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit (v¶ist¶) und die erste Sollgeschwindigkeit (v¶AT¶) auf eine Geschwindigkeit gesetzt wird, welche um einen vorbestimmten Geschwindigkeitswert gegenüber der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit (v¶ist¶) erniedrigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Lastkraftwagens oder dergleichen schweren Landfahrzeugs.

Um die Fahrgeschwindigkeit von Kraftfahrzeugen auf einem vor­ gegeben Wert konstant aufrechtzuerhalten, werden bekannterma­ ßen Vorrichtungen zur elektronischen Geschwindigkeitsregelung, sogenannte Tempomaten, verwendet.

So beschreibt beispielsweise die DE 44 43 219 C1 eine derar­ tige Tempomateinrichtung, die durch den Fahrer über einen hierfür vorgesehenen Tempomatbedienhebel aktivierbar ist.

Allgemein lassen sich bei der Geschwindigkeitsregelung grund­ sätzlich zwei unterschiedliche Fälle angeben, welche die Längsdynamik von geschwindigkeitsgeregelten Kraftfahrzeugen beeinflussen. Zum einen wird das Fahrzeug zum Beibehalten ei­ ner eingestellten Geschwindigkeit im Antriebsfall vom Motor angetrieben. Dies ist beispielsweise auf einer ebenen oder an­ steigenden Fahrtstrecke der Fall. Zum anderen läßt sich ein Bremsfall angeben, bei welchem das Fahrzeug zum Beibehalten der eingestellten Geschwindigkeit, etwa auf einer Gefällstrecke, abgebremst werden muß.

Insbesondere bei Lastkraftwagen werden bisher für den An­ triebsfall und den Bremsfall zwei getrennte Tempomaten verwen­ det. Ein sogenannter Antiebstempomat dient dem Antrieben des Kraftfahrzeugs und variiert die Kraftstoffeinspritzung bzw. die Gaseinstellung des Motors, wohingegen ein sogenannter Bremsentempomat nur die verschleißfrei arbeitenden Bremsen, z. B. Motorbremse und Retarder, beeinflußt.

Aus der EP 0 617 673 B1 ist das Zusammenwirken einer Motor­ steuereinheit und einer Retardersteuereinheit bekannt. Beide Steuereinheiten weisen je eine Geschwindigkeitsregelfunktion auf und können abhängig von der Fahrgeschwindigkeit vom Fahrer gleichzeitig aktiviert werden. Eine negative Beeinflussung beider Steuereinheiten soll durch festgesetzte Bedingungen verhindert werden. Beispielsweise ist eine gemeinsame Aktivie­ rung erst dann möglich, wenn die Motorsteuereinheit den Motor auf ein Motordrehmoment einstellt, das ein vorgegebenes Mo­ tordrehmoment nicht übersteigt. Auch andere geschwindigkeits­ abhängige Bedingungen können dazu dienen, die Aktivierung nur eines der beiden Steuereinheiten zuzulassen.

Der bekannte Bremsentempomat spricht ausschließlich den Retar­ der an, so daß im Bremsenfall nur eine eingeschränkte, vom Leistungsvermögen des Retarders abhängige Geschwindigkeitsre­ gelung möglich ist.

Bei einer derartigen Trennung zwischen Antriebs- und Bremsen­ tempomat wird abhängig von der Fahrsituation bzw. Fahrstrecke immer eine Aktion vom Fahrer verlangt, um die einzelnen Tempo­ maten zu aktivieren. Im Antriebsfall muß der Antriebstempomat eingeschaltet werden. Im Bremsenfall muß der Bremsentempomat zugeschaltet oder stattdessen des Antriebstempomaten gesetzt werden. Der Fahrer des Kraftfahrzeuges muß sich also situati­ onsabhängig entscheiden, welchen Tempomaten er setzt.

Der Grund für die Realisierung eines vom Fahrer auszulösenden manuellen Übergang der zwei Geschwindigkeitsregler liegt in einigen Risiken, die eine Automatisierung, also das Zusammen­ fassen von Bremsen- und Antriebstempomaten zu einem einzigen Regler, mit sich bringt.

Die Gefahr bei einem einzigen Regler besteht in einem Mehrver­ brauch durch einen Einregelvorgang des Tempomaten, der eine Bremse ansteuern könnte, um präzise seinen Sollwert zu regeln. Energie, die durch Bodenwellen zu temporären Geschwindig­ keitsüberhöhungen führt, würde von einer Bremse in Wärme umge­ setzt. Die Energie müßte vom Motor auf lange Sicht durch höhe­ ren Verbrauch zur Verfügung gestellt werden und es würde zu erhöhtem Treibstoffverbrauch kommen.

Dieses Phänomen tritt besonders bei einer Fahrt durch eine Senke auf, wenn der reine Antriebstempomat die Geschwindigkeit in der Bergabfahrt leicht erhöht, damit das Fahrzeug mit Schwung den nächsten Hügel hinaufkommt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und ei­ ne Vorrichtung zur Geschwindigkeitsregelung anzugeben, das bzw. die unabhängig von Antriebs- oder Bremsbetrieb anstrebt, eine Fahrgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus soll durch die Erfindung die fahrerseitige, von Antriebs- und Bremsbetrieb abhängige Aktivierung von Antriebs- und Bremsen­ tempomaten vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung nach Patentanspruch 7 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbil­ dungen.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Geschwindigkeitsrege­ lung eines Kraftfahrzeugs mit einem Antriebsmotor und eine Bremseinrichtung angegeben, welches durch den Fahrer aktiviert wird, um die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs auf einer vorgegebenen Sollgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, angege­ ben.

Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung wird die Sollgeschwin­ digkeit durch eine erste Sollgeschwindigkeit und eine zweite Sollgeschwindigkeit bestimmt. Dabei wird die erste Sollge­ schwindigkeit für einen Antriebszustand festgelegt, in welchem das Kraftfahrzeug durch den Antriebsmotor angetrieben wird, um die Fahrgeschwindigkeit auf die erste Sollgeschwindigkeit ein­ zuregeln, und die zweite Sollgeschwindigkeit wird für einen Bremszustand festgelegt, in welchem das Kraftfahrzeug durch die Bremseinrichtung abgebremst wird, um die Fahrgeschwindig­ keit auf die zweite Sollgeschwindigkeit einzuregeln. Im An­ triebszustand wird die erste Sollgeschwindigkeit auf die aktu­ elle Fahrzeuggeschwindigkeit und die zweite Sollgeschwindig­ keit auf eine Geschwindigkeit gesetzt, welche um einen vorbe­ stimmten Geschwindigkeitswert gegenüber der aktuellen Fahr­ zeuggeschwindigkeit erhöht ist, und im Bremszustand wird die zweite Sollgeschwindigkeit auf die aktuelle Fahrzeuggeschwin­ digkeit und die erste Sollgeschwindigkeit auf eine Geschwin­ digkeit gesetzt, welche um einen vorbestimmten Geschwindig­ keitswert gegenüber der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit er­ niedrigt ist.

Es ist mit diesem Verfahren nicht mehr notwendig, eine fahrer­ seitige Entscheidung darüber zu treffen, ob nun ein Bremsen- oder ein Antriebstempomat gesetzt werden muß. Vielmehr wird eine integrierte Geschwindigkeitsregelung geschaffen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann, nachdem der Fah­ rer das Geschwindigkeitsregelungsverfahren aktiviert hat, die erste Sollgeschwindigkeit (v_AT) auf die aktuelle Fahrzeugge­ schwindigkeit (v_ist) gesetzt werden, wenn der Fahrer das Fahr­ pedal des Kraftfahrzeugs betätigt. Gleichermaßen läßt sich die zweite Sollgeschwindigkeit (v_BT) auf die aktuelle Fahrzeugge­ schwindigkeit (v_ist) setzen, indem der Fahrer das Bremspedal des Kraftfahrzeugs betätigt. Somit kann der Fahrer durch ein­ fache Pedalbetätigung die einzuregelnde Sollgeschwindigkeit je nach Antriebs- oder Bremszustand vorgeben.

Wenn vom Fahrer kein Pedaleingriff vorgenommen wird, kann dann, wenn der Fahrer das Geschwindigkeitsregelverfahren akti­ viert, die zweite Sollgeschwindigkeit (v_BT) auf die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit (v_ist) gesetzt werden, wenn das Kraft­ fahrzeug beispielsweise auf einer Gefällstrecke beschleunigt.

Die erste Sollgeschwindigkeit (v_AT) kann auf die aktuelle Fahr­ zeuggeschwindigkeit (v_ist) gesetzt wird, wenn das Kraftfahrzeug verzögert, etwa an einer Steigung. Es wird also keine zusätz­ liche Aktion vom Fahrer verlangt, um die Sollgeschwindigkeit je nach Antriebs- oder Bremszustand vorzugeben.

Der vorbestimmte Geschwindigkeitswert, um den sich die erste Sollgeschwindigkeit von der zweiten Sollgeschwindigkeit unter­ scheidet, ist dabei kein fixer Wert, sondern wird größer als ein vorbestimmter Minimalwert und kleiner als ein vorbestimm­ ter Maximalwert gewählt. Insbesondere kann der vorbestimmte Geschwindigkeitswert 4 km/h betragen. Es kommt also bei klei­ nen Abweichungen von der Sollgeschwindigkeit nicht zu einem unnötigen Bremseneingriff, wodurch dem Fahrzeug unnötig Ener­ gie entzogen werden würde, was wiederum einen Mehrverbrauch zur Folge hätte.

Erfindungsgemäß kann die Fahrgeschwindigkeit auf die zweite Sollgeschwindigkeit eingeregelt und das Fahrzeug durch die Bremseinrichtung abgebremst werden, wenn die Fahrgeschwindig­ keit im Antriebszustand bis zur zweiten Sollgeschwindigkeit zunimmt. Außerdem kann die Fahrgeschwindigkeit auf die erste Sollgeschwindigkeit eingeregelt und das Fahrzeug durch den An­ triebsmotor angetrieben werden, wenn die Fahrgeschwindigkeit im Bremszustand bis zur ersten Sollgeschwindigkeit abnimmt. Hierdurch wird sichergestellt, daß fahrsituationsunabhängig die vorgegebene Geschwindigkeit nahezu konstant gehalten wird.

Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken kann die Fahrgeschwin­ digkeit auf die zweite Sollgeschwindigkeit eingeregelt werden, wenn die Fahrgeschwindigkeit im Antriebszustand einen vorbe­ stimmten Schwellenwert übersteigt, der über der ersten Sollge­ schwindigkeit festgelegt ist. Darüber hinaus kann die aktuelle Fahrgeschwindigkeit auf die erste Sollgeschwindigkeit eingere­ gelt werden, wenn die Fahrgeschwindigkeit im Bremszustand einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet, der unter der zweiten Sollgeschwindigkeit festgelegt ist.

Die Fahrgeschwindigkeit kann auf die zweite Sollgeschwindig­ keit eingeregelt werden, wenn sich die Fahrgeschwindigkeit an die zweite Sollgeschwindigkeit annähert, das Fahrzeug durch die Bremseinrichtung abgebremst werden, wenn die Fahrgeschwin­ digkeit die zweite Sollgeschwindigkeit übersteigt. Die Fahrge­ schwindigkeit kann auf die erste Sollgeschwindigkeit eingere­ gelt werden, wenn sich die Fahrgeschwindigkeit an die erste Sollgeschwindigkeit annähert, das Fahrzeug durch den Motor an­ getrieben werden, wenn die Fahrgeschwindigkeit die erste Soll­ geschwindigkeit unterschreitet. So entsteht eine Hysterese, die ein Schwingen zwischen den beiden Tempomatzuständen damit erhöhten Verbrauch verhindert.

Alles in allem gelingt es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, eine vom Fahrer vorgegebene Geschwindigkeit aufrechtzuerhal­ ten, ohne daß der Fahrer abhängig von Brems- oder Antriebszu­ ständen reagieren muß. Zudem arbeitet das angegebene Verfahren kraftstoffsparend.

Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Vorrichtung zur Geschwin­ digkeitsregelung eines Kraftfahrzeugs angegeben, welche mit einem Antriebsmotor und einer Bremseinrichtung des Kraftfahr­ zeugs verbunden ist, um die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahr­ zeugs auf einer vorgegebenen Sollgeschwindigkeit aufrechtzuer­ halten.

Demgemäß ist ein vom Fahrer des Kraftfahrzeugs aktivierbarer integrierter Geschwindigkeitsregler in einem Antriebszustand, in welchem das Kraftfahrzeug zur Aufrechterhaltung der Fahrge­ schwindigkeit durch den Antriebsmotor angetrieben wird, als auf den Antriebsmotor wirkender Antriebstempomat und in einem Bremszustand, in welchem das Kraftfahrzeug zur Aufrechterhal­ tung der Fahrgeschwindigkeit durch die Bremseinrichtung abge­ bremst wird, als auf die Bremseinrichtung wirkender Bremsen­ tempomat ausgebildet. Dabei ist der integrierte Geschwindig­ keitsregler derart ausgebildet, die Fahrgeschwindigkeit im An­ triebszustand auf einer Antriebstempomat-Sollgeschwindigkeit und im Bremszustand auf einer Bremsentempomat- Sollgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Im Antriebszustand ist die Antriebstempomat-Sollgeschwindigkeit auf die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit und die Bremsentempomat- Sollgeschwindigkeit auf eine Geschwindigkeit gesetzt, welche um einen vorbestimmten Geschwindigkeitswert gegenüber der ak­ tuellen Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht ist. Im Bremszustand ist die Bremsentempomat-Sollgeschwindigkeit auf die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit und die Antriebstempomat- Sollgeschwindigkeit auf eine Geschwindigkeit gesetzt, welche um einen vorbestimmten Geschwindigkeitswert gegenüber der ak­ tuellen Fahrzeuggeschwindigkeit erniedrigt ist.

Der Fahrer muß nicht mehr, wie bisher, je nach Fahrsituation einen Bremsen- oder einen Antriebstempomaten bedienen. Durch einmaliges Setzen des Tempomaten wird das Fahrzeug in jeder Fahrsituation bei niedrigem Kraftstoffverbrauch eine gewünsch­ te Geschwindigkeit einhalten.

Der integrierte Geschwindigkeitsregler ist als Reglerkaskade entworfen, um eine Unempfindlichkeit gegenüber Parameter­ schwankungen zu erzielen. Um den Kraftstoffverbrauch gering zu halten, gibt es zwei unterschiedliche Setzgeschwindigkeiten für Antreiben und Bremsen, diese bewirken ein stabiles und der natürlichen, tempomatfreien Fahrweise angepaßteres Verhalten.

Der integrierte Geschwindigkeitsregler kann einen Zustandsreg­ ler aufweisen, welcher eine Sollbeschleunigung in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Sollgeschwindigkeit und der ak­ tuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und in Abhängigkeit von der Fahrzeug-Istbeschleunigung vorgibt.

Darüber hinaus kann der Zustandsregler, welcher einen Eingang für eine Sollgeschwindigkeit aufweist und abhängig von dem An­ triebszustand und dem Bremszustand die Antriebstempomat- Sollgeschwindigkeit bzw. die Bremsentempomat- Sollgeschwindigkeit bestimmt und ein Sollbeschleunigungssignal erzeugt, mit einem Beschleunigungsregler verbunden sein, wel­ cher die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs aufgrund des Soll­ beschleunigungssignals regelt und ein Sollmomentsignal er­ zeugt, verbunden, wobei der Beschleunigungsregler ein System bestimmt dessen Übertragungsfunktion von Moment zu Beschleuni­ gung in erster Näherung durch die Übersetzung, die Masse und den Reifenumfang gekennzeichnet ist. Diese Zustände sind be­ kannt oder werden abgeschätzt.

Die kaskadierte Regleranordnung gewährleistet hohe Robustheit gegen Parameterschwankungen. Da die Masse des Fahrzeugs im allgemeinen nur unzureichend bekannt ist, sind konventionelle Regler, z. B. vom Typ PID, nicht in der Lage, eine Veränderung der Masse um den Faktor sechs (Auf- und Absatteln) zu kompen­ sieren, ohne das Regelverhalten wesentlich zu verändern. Durch die unterlagerte Regelung der Beschleunigung ist die hier vor­ gestellte Reglerstruktur deutlich robuster.

Der Beschleunigungsregler kann als I-Regler ausgebildet sein und die Anteile erster Ordnung zu einem PT1-Verhalten ausre­ geln, dessen Zeitkonstante von der Masse des Kraftfahrzeugs, der Übersetzung, dem Reifenumfang oder dergleichen fahrzeugab­ hängigen Faktoren bestimmt ist.

Reglerstrukturen, wie P, PI, PID und PDT1, wie sie beipiels­ weise in der DE 44 43 219 C1 in Tempomaten Verwendung finden, haben den Nachteil, daß bei Parameterumschaltungen nur dann ein komfortabler Verlauf erzielt wird, wenn die Übergänge durch entsprechende Berechnungen ausgeglichen werden. Dieses Problem wird durch die hier zur Anwendung kommende Reglerkas­ kade vermieden. Die Parameter des Reglers der äußeren Kaskade können durch Polvorgabe leicht und selbsttätig an die Fahrsi­ tuation (z. B. Antreiben, Bremsen, Rollen bei Nullmoment, dyna­ misches Fahren, statisches Fahren) adaptiert werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung kann der integrierte Ge­ schwindigkeitsregler mit der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung des Antriebsmotors verbunden sein, um im Antriebszustand Kraftstoff einzuspritzen.

Ebenso kann der integrierte Geschwindigkeitsregler mit der Verzögerungseinrichtung verbunden sein, welche eine Motorbrem­ se, einen Retarder und/oder eine Betriebsbremse umfaßt, um im Bremszustand das Kraftfahrzeug abzubremsen. Dabei liegt ein Schwerpunkt im Regler-Design auf der Robustheit des Tempo­ matreglers gegenüber Parameterschwankungen und auf der Erzie­ lung eines niedrigen Kraftstoffverbrauchs.

Im Antriebszustand kann der Beschleunigungsregler nach unten in Richtung minimales Moment auf ein Schleppmoment begrenzt sein, wohingegen im Bremszustand der Beschleunigungsregler nach oben in Richtung maximales Moment auf das Schleppmoment begrenzt sein kann. Dadurch, daß sich die Momente nicht über­ lappen, werden Bremse und Motor nicht gleichzeitig angespro­ chen, was zu Problemen führen könnte.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Möglichkeit dafür geschaffen, eine vom Fahrer vorgegebene Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten, ohne daß der Fahrer zusätzlich in die Längsdynamik eingreifen muß.

Die Erfindung dient folglich dem Komfortgewinn durch einfache Bedienung und steigert damit die Aufmerksamkeit des Fahrers auf das Fahrgeschehen. Hierduch wird zusätzlich die Fahrsi­ cherheit erhöht.

Anhand der nachstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen werden weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung deutlicher.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen inte­ grierten Geschwindigkeitsreglers; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erklärung des Prin­ zips, nach dem die aktive Setzgeschwindigkeit gewählt wird.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Prinzipschaltbild der erfin­ dungsgemäßen Regleranordnung. Ein Tempomatregler 14 ist mit einem Beschleunigungsregler 10 verbunden, welcher ein System 12 bestimmt. Im folgenden wird diese Anordnung näher erläu­ tert.

Der Beschleunigungsregler 10 ist als einfacher I-Regler ausge­ bildet und regelt die Beschleunigung des (nicht gezeigten) Fahrzeugs. Die Übertragungsfunktion des Systems 12, welches vom I-Regler geregelt wird, von Moment zu Beschleunigung, ist in erster Näherung (als System 1. Ordnung) durch die Überset­ zung, die Masse und den Reifenumfang gekennzeichnet. In zwei­ ter Näherung ist das System 12 zusätzlich durch die Trieb­ strangsteifigkeiten und Eigenfrequenzen bestimmt. Der I-Regler 10 regelt die Anteile erster Ordnung zu einem PT1-Verhalten aus, dessen Zeitkonstante von den oben beschriebenen Faktoren Masse und Steigung bestimmt wird. Die Schwingungen im Trieb­ strang höherer Ordnung werden nicht beeinflußt und können durch einen zusätzlichen (nicht gezeigten) Regler aktiv ge­ dämpft werden. Ihr Entstehen wird aber durch einen weich ge­ stalteten Momentenverlauf von vornherein reduziert.

Das vom I-Regler 10 bestimmte System 12 wird nun vom Zustands­ regler 14 auf die entsprechende Geschwindigkeit geregelt. Der Zustandsregler 14 kann nun so ausgelegt werden, daß er gegen Parameterschwankungen, wie z. B. eine veränderliche Masse, ro­ bust ist.

Die angestrebte Robustheit gegen Mehrverbrauch erhält die Reg­ leranordnung unter anderem durch die Wahl der Sollgeschwindig­ keit v_soll der Regleranordnung und durch die geeignete Wahl der Dynamik (Polstellen). Es gibt prinzipiell zwei Setzgeschwin­ digkeiten, eine für den Antriebsfall und eine für den Bremsen­ fall.

Der in Fig. 1 gezeigte Tempomat regelt immer auf die aktuelle Sollgeschwindigkeit v_soll. Wenn der Tempomat im Antriebsfall die Sollgeschwindigkeit v_BT des Bremsentempomaten erreicht, wird dieser aktiviert, umgekehrt wird der Antriebstempomat 20 akti­ viert, wenn bei aktivem Bremsentempomat die Sollgeschwindig­ keit v_AT des Antriebstempomaten erreicht wird.

Bei der gezeigten Tempomat-Reglerstruktur wird die Sollbe­ schleunigung durch einen Zustandsregler 14 in Abhängigkeit von der Geschwindigkeitsdifferenz und auch in Abhängigkeit von der Beschleunigung vorgegeben.

Die Gleichung des Zustandsreglers lautet

α_SOLL = ν_KP.ν_SOLL - ν_IST) - ν_KD.α_IST.

Dabei sind v_KP und v_KD die beiden Parameter, welche maßgeblich das Verhalten des Gesamtsystems bestimmen. Sie werden situati­ onsabhängig gewählt, so daß die entstehende Nichtlinearität im System stabilisierend wirkt, d. h. daß keine parametererregten Schwingungen entstehen können. Beispielsweise durch Hysteresen werden nur selten Umschaltungen zugelassen.

Da nur die Parameter des Zustandsreglers 14 umgeschaltet wer­ den müssen, um die Systemdynamik zu beeinflussen, erfordert das Umschalten bei gegebener Reglerstruktur einen minimalen Rechenaufwand. Insbesondere wenn der Beschleunigungsregler 10 als I-Regler ausgelegt ist, kommt es zu keinen Sprüngen im Mo­ ment, mit dem Vorteil der guten Implementierbarkeit.

Der Beschleunigungsregler 10 ist in der in Fig. 1 gezeigten Struktur als I-Regler realisiert. Jedoch ist der Beschleuni­ gungsregler unabhängig von diesem Konzept und beeinflußt maß­ geblich die Übertragungsfunktion und damit die Wahl der Para­ meter des Zustandsreglers.

Der Tempomatregler 14 ist als Zustandsregler ausgelegt, d. h. es wird linear in Abhängigkeit von den Zuständen Geschwindig­ keit und Beschleunigung die Beschleunigung vorgegeben. Der Zu­ standsregler kann im Bereich des Nullmoments adaptiv verändert werden, so daß er sich im nichtlinearen Bereich des Trieb­ stranges ruhiger verhält. Für ein gegebenes Modell des gere­ gelten Triebstranges kann direkt das gewünschte Fahrverhalten durch das Setzen der Pole bestimmt werden. Dieses kann dann an veränderten Modellen validiert werden.

Durch die Kaskadierung mit dem Zustandsregler ist es prinzipi­ ell möglich, auch für unterschiedliche Zeitkonstanten, d. h. Massen, ein ähnliches Beschleunigungsverhalten zu erzielen. Voraussetzung ist dabei, den Regler innerhalb der Kaskade mit schneller Dynamik zu wählen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 wird das Prinzip erklärt, nach dem die aktive Setzgeschwindigkeit gewählt wird. Über­ schreitet das Fahrzeug die obere Bremsentempomatensollge­ schwindigkeit v_BT, dann wird der Zustand "Bremsentempomat", welcher in Fig. 2 als Kreis angedeutet und mit dem Bezugszei­ chen 18 versehen ist, aktiv. Unterschreitet die Geschwindig­ keit die untere Antriebstempomatensollgeschwindigkeit v_AT, dann wird der Zustand "Antriebstempomat", welcher in Fig. 2 als Kreis angedeutet und mit dem Bezugszeichen 20 versehen ist, aktiv. So entsteht eine Hysterese, die ein Schwingen zwischen den beiden Tempomatzuständen damit erhöhten Verbrauch verhin­ dert.

Als Anfangszustand des Tempomaten wird immer der Istzustand des Fahrzeugs gewählt, d. h. wird der Tempomat während einer Einspritzung aktiviert, wird die Sollgeschwindigkeit v_AT des Antriebstempomaten auf die aktuelle Geschwindigkeit gesetzt, die Sollgeschwindigkeit des Bremsentempomaten v_BT darüber. Bremst das Fahrzeug während der Aktivierung des Tempomaten, wird die Bremsentempomatensollgeschwindigkeit v_BT auf den Wert der aktuellen Geschwindigkeit gesetzt und die Sollgeschwindig­ keit v_AT des Antriebstempomaten darunter. Wird eine der Sollge­ schwindigkeiten, beispielsweise die Antriebstempomatensollge­ schwindigkeit v_AT, durch eine fahrerseitige Eingabe verändert, wird die aktuelle Sollgeschwindigkeit verändert, die andere, also die Bremsentempomatensollgeschwindigkeit v_BT wird in defi­ nierten Grenzen nachgezogen, so daß ein Mindestabstand und ein maximaler Abstand zwischen den beiden Sollgeschwindigkeiten nicht verletzt wird.

Um bei kleinen Abweichungen des Tempomaten von der Sollge­ schwindigkeit nicht gleich mit einem Bremseingriff zu reagie­ ren und damit dem Fahrzeug unnötig Energie zu nehmen, sind zwei Geschwindigkeiten definiert: Eine Geschwindigkeit v_AT für den Antriebstempomaten und eine Geschwindigkeit v_BT für den Bremsentempomaten. Diese haben einen festen Abstand voneinan­ der, der beispielsweise ^Δv₂ = 4 km/h betragen kann.

Der Tempomatregler kennt immer eine der beiden Setzgeschwin­ digkeiten. Wenn im Antriebstempomat die Geschwindigkeit v_AT um ein ^Δv₂, das ^Δv₁ entsprechen kann oder kleiner gewählt ist (z. B. 3 km/h), überschritten wird, dann wird die Sollgeschwin­ digkeit v_BT des Bremsentempomat als aktuelle Sollgeschwindig­ keit genommen, und der Bremsentempomat wird aktiv. Wenn im Bremsentempomat die Geschwindigkeit um ein ^Δv₂ unterschritten wird, dann wird die Sollgeschwindigkeit des Antriebstempomaten als die aktuelle Sollgeschwindigkeit genommen und der Antrieb­ stempomat wird aktiviert. Der Geschwindigkeitswert ^Δv₂ wird vorzugsweise kleiner als ^Δv₁ gewählt, damit der Regler bereits vor dem Erreichen des jeweiligen Sollgeschwindigkeitswerts eingreifen kann. Es werden also kleine Geschwindigkeitsabwei­ chungen beim Übergang von Zug- auf Schubbetrieb und umgekehrt akzeptiert, um z. B. ein Überschieben durch ein kurzes Gefälle nicht auszubremsen.

Das Umschalten zwischen den beiden Tempomaten 18 und 20 läuft in der vorstehend beschriebenen Struktur reibungslos. Ist der Antriebstempomat 20 aktiv, wird der Beschleunigungsregler 10 nach unten (in Richtung minimales Moment) auf Schleppmoment M_SCHLEPP begrenzt, ist der Bremsentempomat 18 aktiv, wird der Be­ schleunigungsregler 10 nach oben (in Richtung maximales Mo­ ment) auf Schleppmoment M_SCHLEPP begrenzt. Wenn der Tempomat im Antriebsfall überschiebt, dann ist durch den Regler gewährlei­ stet, daß das Sollmoment M_SOLL auf Schleppmoment M_SCHLEPP zurück­ genommen wird, und das Umschalten im Zustand Bremsentempomat 18 führt zu keinem Momentensprung.

Genauso verhält es sich im umgekehrten Fall. Fällt die Ge­ schwindigkeit im Zustand Bremsentempomat 18 bis auf die Soll­ geschwindigkeit des Antriebstempomaten ab, so gewährleistet der Regler, daß das Sollmoment M_SOLL bis auf Schleppmoment M_SCHLEPP hochgesetzt wird, so daß beim Zustandsübergang des Tem­ pomaten kein Momentensprung entsteht.

Während des Tempomatbetriebes hat der Fahrer die Möglichkeit, beispielsweise mit dem (nicht dargestellten) Fahrpedal oder Bremspedal den Tempomaten zu korrigieren. Dafür wird der Reg­ ler langsamer und die aktuelle Sollgeschwindigkeit wird je nach Pedalbetätigung beeinflußt. Fahrpedal oder Bremse werden hinzuaddiert, d. h. ein Überdrücken ohne Totweg im Fahrpedal und Momentensprung ist möglich.

Durch die Hysterese bei den beschriebenen Übergängen ist ge­ währleistet, daß das Fahrzeug nicht schnell zwischen Antrieb und Bremsen hin und her schalten kann, denn in jedem Zustand 18 oder 20 des Tempomaten kann nur entweder eingespritzt oder gebremst werden. Die Reglerdynamik kann schneller gewählt wer­ den, da die Gefahr des vorschnellen Einbremsens reduziert wird. Durch die Hysterese werden Schwungspitzen nicht ausge­ bremst und Energie nicht unnötig verbraucht. Ein Überschieben in Grenzen ist gewährleistet. Es handelt sich um einen Regler, dessen Nichtlinearität stabilisierendes Verhalten hat.

Im folgenden werden, unter Bezugnahme auf die Fig. 2, unter­ schiedliche Situationen beschrieben, die ein Kraftfahrzeug üb­ licherweise durchfährt. Relevant sind für geschwindigkeitsge­ regelte Fahrzeuge vor allem die Situationen, in denen sich die Steigung ändert. Ändert sich die Steigung nicht, bleibt der Fahrwiderstand näherungsweise konstant, und das Reglersystem wird dynamisch nicht belastet.

Ein Fahrzeug fährt durch ein Gefälle. In dem Moment, in dem sich die Steigung ändert, benötigt das Fahrzeug weniger Mo­ ment, um die Geschwindigkeit zu halten. Bis zu einem bestimm­ ten Gefälle kann die Fahrwiderstandsänderung vom Regler durch die Zurücknahme von Moment kompensiert werden. Wenn der Regler bei Schleppmoment angekommen ist, das Gefälle aber weiter zu­ nimmt, wird die Geschwindigkeit ansteigen. Wenn ein zuvor be­ stimmter Schwellwert überschritten ist, fängt das Fahrzeug an zu bremsen, fährt aber mit leicht erhöhter Geschwindigkeit. Wird der Schwellwert nicht überschritten, fährt das Fahrzeug mit leicht erhöhter Geschwindigkeit ohne zu bremsen. Am Ende des Gefälles kann das Fahrzeug die etwas erhöhte Geschwindig­ keit nutzen, um etwas später wieder Kraftstoff einzuspritzen und somit weniger zu verbrauchen.

Ein Fahrzeug fährt durch eine Steigung. Wenn ein Fahrzeug in eine Steigung fährt und die Geschwindigkeit sich leicht än­ dert, beginnt der Regler sofort Moment aufzubauen. Da der Reg­ ler durch das Hysterese-Verhalten der Setzgeschwindigkeit schneller ausgelegt werden kann, reagiert er in dieser Situa­ tion präziser, als ein konventioneller Regler. Am Ende der Steigung wird das überschüssige Moment auch schnell wieder ab­ gebaut.

Ein Fahrzeug fährt aus einem Gefälle in eine Steigung. Dies ist der sicherlich kritischste Fall für einen Tempomaten. Nur durch eine schnelle Regelung kann schnell genug das nötige Mo­ ment aufgebaut werden. Dies wird wiederum durch das Hysterese- Verhalten der Setzgeschwindigkeiten unterstützt. Zudem hat das Fahrzeug durch die etwas höhere Bremsentempomatensollgeschwin­ digkeit mehr Energie, um die Steigung anzugehen.

Ein Fahrzeug fährt aus einer Steigung in ein Gefälle. In die­ sem Fall wird ein Überschieben wie in Situation 1 zugelassen. Das Motormoment abzubauen ist i. a. kein Problem. Dagegen baut sich das Motorbremsmoment vergleichsweise langsam auf, so daß es zu einem Überschwingen kommen kann. Dem wirkt eine schnelle Reglerauslegung aber entgegen.

Ein Fahrzeug soll beschleunigt werden. Das Verhalten der Füh­ rungsübertragungsfunktion kann durch die Reglerparameter voll­ ständig bestimmt werden. Grenzen treten dann auf, wenn Trieb­ strangschwingungen nicht mehr beherrschbar sind, wenn Totzei­ ten bei der Datenübertragung die Regelung unmöglich machen oder wenn Motor oder Motorbremse an die dynamischen Grenzen stoßen. In diesem Rahmen kann das Beschleunigungsverhalten des Fahrzeugs beliebig gewählt werden, mit geringer parametrischer Abhängigkeit von der Masse. Bei der Änderung der Geschwindig­ keit kommt es auf das Führungsverhalten des Reglersystems und nicht auf das Störverhalten an.

Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen genannten Merkmale wer­ den als erfindungswesentlich beansprucht soweit sie einzeln oder in Kombination nicht vorbekannt sind.

Claims (16)

1. Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeugs mit einem Antriebsmotor und eine Bremseinrichtung, welches durch den Fahrer aktiviert wird, um die Fahrgeschwindigkeit (v_ist) des Kraftfahrzeugs auf einer vorgegebenen Sollgeschwin­ digkeit (v_soll) aufrechtzuerhalten, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Sollge­ schwindigkeit (v_soll) durch eine erste Sollgeschwindigkeit (v_AT) und eine zweite Sollgeschwindigkeit (v_BT) bestimmt wird,
• - die erste Sollgeschwindigkeit (v_AT) für einen Antriebszustand (20) festgelegt wird, in welchem das Kraftfahrzeug durch den Antriebsmotor angetrieben oder zumindest durch die Bremsein­ richtung nicht abgebremst wird, um die Fahrgeschwindigkeit (v_ist) auf die erste Sollgeschwindigkeit (v_AT) einzuregeln,
• - die zweite Sollgeschwindigkeit (v_BT) für einen Bremszustand (18) festgelegt wird, in welchem das Kraftfahrzeug durch die Bremseinrichtung abgebremst oder zumindest durch die Antriebs­ einrichtung nicht angetrieben wird, um die Fahrgeschwindigkeit (v_ist) auf die zweite Sollgeschwindigkeit (v_BT) einzuregeln,
• - im Antriebszustand die erste Sollgeschwindigkeit (v_AT) auf die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit (v_ist) und die zweite Sollgeschwindigkeit (v_BT) auf eine Geschwindigkeit gesetzt wird, welche um einen vorbestimmten Geschwindigkeitswert ge­ genüber der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit (eist) erhöht ist, und
  im Bremszustand die zweite Sollgeschwindigkeit (v_BT) auf die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit (v_ist) und die erste Sollge­ schwindigkeit (v_AT) auf eine Geschwindigkeit gesetzt wird, wel­ che um einen vorbestimmten Geschwindigkeitswert gegenüber der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit (v_ist) erniedrigt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach fahrerseitiger Aktierung die erste Sollgeschwindigkeit (v_AT) auf die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit (v_ist) gesetzt wird, wenn der Fahrer das Fahrpedal des Kraftfahrzeugs betä­ tigt, und die zweite Sollgeschwindigkeit (v_BT) auf die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit (v_ist) gesetzt wird, wenn der Fahrer das Bremspedal des Kraftfahrzeugs betätigt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sollgeschwindigkeit (v_AT) auf die aktuelle Fahrzeuggeschwindig­ keit (v_ist) gesetzt wird, wenn das Kraftfahrzeug verzögert, und nach fahrerseitiger Aktierung die zweite Sollgeschwindigkeit (v_BT) auf die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit (v_ist) gesetzt wird, wenn das Kraftfahrzeug beschleunigt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Geschwindigkeitswert, um den sich die erste Sollgeschwindigkeit (v_AT) von der zweiten Sollgeschwindigkeit (V_BT) unterscheidet, größer als ein vorbestimmter Minimalwert und kleiner als ein vorbestimmter Maximalwert gewählt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Geschwindigkeitswert, um den sich die erste Sollgeschwindigkeit (v_AT) von der zweiten Sollgeschwindigkeit (v_BT) unterscheidet, 4 km/h beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Fahrgeschwindigkeit (v_ist) auf die zweite Sollgeschwin­ digkeit (v_BT) eingeregelt wird und das Fahrzeug durch die Brem­ seinrichtung abgebremst wird, wenn die Fahrgeschwindigkeit (v_ist) im Antriebszustand (20) bis zur zweiten Sollgeschwindig­ keit (v_BT) zunimmt, und
• - die Fahrgeschwindigkeit (v_ist) auf die erste Sollgeschwindig­ keit (v_AT) eingeregelt wird und das Fahrzeug durch den An­ triebsmotor angetrieben wird, wenn die Fahrgeschwindigkeit (v_ist) im Bremszustand (18) bis zur ersten Sollgeschwindigkeit (v_AT) abnimmt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die aktuelle Fahrgeschwindigkeit (v_ist) auf die zweite Soll­ geschwindigkeit (v_BT) eingeregelt wird, wenn die Fahrgeschwin­ digkeit (v_ist) im Antriebszustand (20) einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, der über der ersten Sollgeschwindig­ keit (v_AT) festgelegt ist, und
• - die aktuelle Fahrgeschwindigkeit (v_ist) auf die erste Sollge­ schwindigkeit (v_AT) eingeregelt wird, wenn die Fahrgeschwindig­ keit (v_ist) im Bremszustand (20) einen vorbestimmten Schwellen­ wert unterschreitet, der unter der zweiten Sollgeschwindigkeit (v_BT) festgelegt ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die aktuelle Fahrgeschwindigkeit (v_ist) auf die zweite Sollge­ schwindigkeit (v_BT) eingeregelt wird, wenn sich die Fahrge­ schwindigkeit (v_ist) an die zweite Sollgeschwindigkeit (v_BT) an­ nähert, das Fahrzeug durch die Bremseinrichtung abgebremst wird, wenn die Fahrgeschwindigkeit (v_ist) die zweite Sollge­ schwindigkeit (v_BT) übersteigt, und
die aktuelle Fahrgeschwindigkeit (v_ist) auf die erste Sollge­ schwindigkeit (v_AT) eingeregelt wird, wenn sich die Fahrge­ schwindigkeit (v_ist) an die erste Sollgeschwindigkeit (v_AT) an­ nähert, das Fahrzeug durch den Motor angetrieben wird, wenn die Fahrgeschwindigkeit (v_ist) die erste Sollgeschwindigkeit (v_AT) unterschreitet.

9. Vorrichtung zur Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahr­ zeugs, welche mit einem Antriebsmotor und einer Bremseinrich­ tung des Kraftfahrzeugs verbunden ist, um die Fahrgeschwindig­ keit (v_ist) des Kraftfahrzeugs auf einer vorgegebenen Sollge­ schwindigkeit (v_soll) aufrechtzuerhalten, dadurch gekennzeichnet, daß
ein vom Fahrer des Kraftfahrzeugs aktivierbarer integrierter Geschwindigkeitsregler in einem Antriebszustand (20), in wel­ chem das Kraftfahrzeug zur Aufrechterhaltung der Fahrgeschwin­ digkeit (v_ist) durch den Antriebsmotor angetrieben wird, als auf den Antriebsmotor wirkender Antriebstempomat und in einem Bremszustand (18), in welchem das Kraftfahrzeug zur Aufrecht­ erhaltung der Fahrgeschwindigkeit (v_ist) durch die Bremsein­ richtung abgebremst wird, als auf die Bremseinrichtung wirken­ der Bremsentempomat ausgebildet ist,
wobei der integrierte Geschwindigkeitsregler derart ausgebil­ det ist, die Fahrgeschwindigkeit (v_ist) im Antriebszustand (20) auf einer Antriebstempomat-Sollgeschwindigkeit (v_AT) und im Bremszustand (18) auf einer Bremsentempomat- Sollgeschwindigkeit (v_BT) aufrechtzuerhalten, wobei im Antriebszustand (20) die Antriebstempomat- Sollgeschwindigkeit (v_AT) auf die aktuelle Fahrzeuggeschwindig­ keit (v_ist) und die Bremsentempomat-Sollgeschwindigkeit (v_BT) auf eine Geschwindigkeit gesetzt ist, welche um einen vorbe­ stimmten Geschwindigkeitswert gegenüber der aktuellen Fahr­ zeuggeschwindigkeit (v_ist) erhöht ist, und
im Bremszustand (18) die Bremsentempomat-Sollgeschwindigkeit (v_BT) auf die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit (v_ist) und die Antriebstempomat-Sollgeschwindigkeit (v_AT) auf eine Geschwin­ digkeit gesetzt ist, welche um einen vorbestimmten Geschwin­ digkeitswert gegenüber der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit (v_ist) erniedrigt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der integrierte Geschwindigkeitsregler einen Zustandsregler (14) aufweist, welcher eine Sollbeschleunigung (a_soll) in Abhän­ gigkeit von der Differenz zwischen der Sollgeschwindigkeit (v_soll) und der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit (v_ist) und in Abhängigkeit von der Fahrzeug-Istbeschleunigung (a_ist) vorgibt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustandsregler (14), welcher einen Eingang für eine Soll­ geschwindigkeit (v_soll) aufweist und abhängig von dem Antriebs­ zustand und dem Bremszustand die Antriebstempomat- Sollgeschwindigkeit (v_AT) bzw. die Bremsentempomat- Sollgeschwindigkeit (v_BT) bestimmt und ein Sollbeschleunigungs­ signal (a_soll) erzeugt, ist mit einem Beschleunigungsregler (10), welcher die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs aufgrund des Sollbeschleunigungssignals (a_soll) regelt und ein Sollmo­ mentsignal (M_soll) erzeugt, verbunden, wobei der Beschleuni­ gungsregler (10) ein System (12) bestimmt dessen Übertragungs­ funktion von Moment zu Beschleunigung in erster Näherung durch die Übersetzung, die Masse und den Reifenumfang gekennzeichnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Beschleunigungsregler (10) bestimmte System (12) vom Zustandsregler (14) auf die Sollgeschwindigkeit (v_soll) geregelt wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsregler (10) als I-Regler ausgebildet ist und die Anteile erster Ordnung zu einem PT1-Verhalten ausre­ gelt, dessen Zeitkonstante von der Masse des Kraftfahrzeugs der Übersetzung, dem Reifenumfang oder dergleichen fahrzeugab­ hängigen Faktoren bestimmt ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der integrierte Geschwindigkeitsregler mit der Kraftstoff- Einspritzeinrichtung des Antriebsmotors verbunden ist, um im Antriebszustand Kraftstoff einzuspritzen.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der integrierte Geschwindigkeitsregler mit der Verzögerungs­ einrichtung verbunden ist, welche eine Motorbremse, einen Re­ tarder und/oder eine Betriebsbremse umfaßt, um im Bremszustand das Kraftfahrzeug abzubremsen.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß
im Antriebszustand der Beschleunigungsregler (10) nach unten in Richtung minimales Moment auf ein Schleppmoment (M_SCHLEPP) be­ grenzt ist, und
im Bremszustand der Beschleunigungsregler (10) nach oben in Richtung maximales Moment auf das Schleppmoment (M_SCHLEPP) be­ grenzt ist.