DE4123347A1

DE4123347A1 - Einrichtung zur regelung der geschwindigkeit eines kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE4123347A1
Application number: DE19914123347
Authority: DE
Inventors: Christoph Caspari
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1991-07-15
Filing date: 1991-07-15
Publication date: 1993-01-21
Anticipated expiration: 2011-07-16
Also published as: DE4123347B4

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs, wobei durch Vergleich der jeweiligen Istgeschwindigkeit mit einer Sollgeschwindigkeit eine Stellgröße für ein Leistungsstellglied des Motors abgeleitet wird und wobei als Sollgeschwindigkeit der beim Einschalten der Regelung vorhandene Wert der Istgeschwindigkeit verwendet wird.

Bei Einrichtungen zur Regelung der Geschwindigkeit von Kraftfahrzeugen - häufig auch Geschwindigkeitsregelanlagen genannt - wird die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs durch Vergleich der Istgeschwindigkeit mit einer Sollgeschwindigkeit weitgehend konstant gehalten. Beim Übergang vom Fahren mit dem Fahrpedal auf den geregelten Betrieb, also beim Einschalten der Regelung, kann mittels eines Tastendrucks der jeweils vorhandene Wert der Istgeschwindigkeit als Sollgeschwindigkeit gespeichert werden. Dieser Vorgang wird im Zusammenhang mit Geschwindigkeitsregelanlagen als Setzen bezeichnet.

Bei bekannten Geschwindigkeitsanlagen (EP 00 71 702) ist ein Zähler als Speicher für die Sollgeschwindigkeit vorgesehen, der beim Setzen solange zugeführte Taktimpulse zählt, bis die Differenz zwischen einem die Stellung der Drosselklappe darstellenden Signal und der Stellgröße 0 ist. Dadurch wird erzielt, daß die Regelung mit einer Drosselklappenstellung beginnt, die derjenigen im Moment des Setzens entspricht.

Je nach Fahrzustand kann diese Drosselklappenstellung jedoch von der für eine Fahrt mit gleichbleibender Geschwindigkeit erforderlichen Drosselklappenstellung abweichen. Dieses ist beispielsweise dann der Fall, wenn vor dem Setzen zu Zwecken des Beschleunigens oder Verzögerns des Kraftfahrzeugs eine Stellung des Fahrpedals vorliegt, die von einer zur Einhaltung der Geschwindigkeit erforderlichen Stellung abweicht. Überdies kann die Drosselklappenstellung, die als Ausgangsbasis für die Regelung übernommen wurde, von derjenigen im Moment des Setzens abweichen, wenn der Fahrer während des Setzens die Fahrpedalstellung ändert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, beim Einschalten der Regelung das Leistungsstellglied des Motors möglichst genau in diejenige Stellung zu bringen, die für eine Weiterfahrt mit der Sollgeschwindigkeit erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ferner mit dem Einschalten der Regelung die Stellgröße auf einen Vorsteuerwert gesetzt wird, der aus der Stellung des Leistungsstellgliedes abgeleitet wird.

Die erfindungsgemäße Einrichtung hat den Vorteil, daß nach dem Setzen der Geschwindigkeit kein Einschwingen des Regelkreises erforderlich ist, da das Leistungsstellglied nicht erst von einer abweichenden Stellung mit Hilfe des Regelkreises in die für eine Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit erforderliche Stellung gebracht werden muß. Je nach Art des Motors des Kraftfahrzeugs kann das Leistungsstellglied die Drosselklappe, der Regler einer Dieseleinspritzpumpe oder der Regler eines Elektromotors sein.

Eine Abweichung des Leistungsstellgliedes von der gewünschten Stellung als Folge von kurzfristigen Veränderungen der Fahrpedalstellung vor dem Setzen wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch weitgehend unwirksam gemacht, daß der Vorsteuerwert durch Filterung eines der Stellung des Leistungsstellgliedes entsprechenden Signals abgeleitet wird, wobei die Filterung mindestens angenähert an die Übertragungseigenschaften des Fahrzeugs angepaßt ist. Vorzugsweise erfolgt dabei die Filterung mit einem FIR-Filter.

Es kann durchaus auch ausreichend sein, wenn die Filterung mit einem Übertragungsglied mit einer Totzeit und vorzugsweise mit begrenzter Flankensteilheit erfolgt. Ein derartiges Übertragungsglied kann beispielsweise in einfacher Weise mit einem Zähler realisiert werden. Bei Bedarf können die Zeitkonstanten für das Auf- oder Abregeln verschieden gewählt werden.

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird eine Abweichung von der gewünschten Drosselklappenstellung als Folge einer Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs dadurch vermieden, daß der Vorsteuerwert von der jeweils vorhandenen Beschleunigung des Kraftfahrzeugs abhängig ist. Diese Weiterbildung kann auch in vorteilhafter Weise mit der Filterung des der Stellung des Leistungsstellgliedes entsprechenden Signals (Drosselklappensignals) kombiniert werden.

Eine weitere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das mechanische Spiel zwischen dem Leistungsstellglied und einer Antriebseinrichtung für das Leistungsstellglied, welcher die Stellgröße zugeführt wird, gemessen wird und daß der Vorsteuerwert entsprechend korrigiert wird. Hierdurch wird eine weitere Erhöhung der Genauigkeit der zu Zwecken einer konstanten Geschwindigkeit erforderlichen Drosselklappenstellung erreicht.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung möglich.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon und mehrere Beispiele für Filterverhalten bzw. Filter sind schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm einer Sprungantwort des Filters im Fall einer weitgehenden Annäherung an das Fahrzeugverhalten,

Fig. 3a die Sprungantwort eines vereinfachten Filters,

Fig. 3b die Sprungantwort eines Übertragungsgliedes mit einer begrenzten Flankensteilheit und einer Totzeit,

Fig. 4 ein Beispiel für ein FIR-Filter, das für die erfindungsgemäße Einrichtung geeignet ist, und

Fig. 5 ein Beispiel für eine Tabelle zur Veranschaulichung der Abhängigkeit des Vorsteuerwertes von der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs.

Bei dem Blockschaltbild nach Fig. 1 sind die zur Erläuterung der Erfindung erforderlichen Funktionen als einzelne Blöcke dargestellt, während die Funktionen der bekannten Geschwindigkeitsregelanlagen stärker zusammengefaßt sind. Die Darstellung als Blockschaltbild wurde der Anschaulichkeit halber gewählt. Eine Realisierung der erfindungsgemäßen Einrichtung erfolgt jedoch vorzugsweise mit einem digitalen Steuergerät, das einen Mikrocomputer enthält, der entsprechend programmiert ist.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel enthält einen Regler 1, der die jeweilige Istgeschwindigkeit v_i mit einer in einem Speicher 2 abgelegten Sollgeschwindigkeit v_s vergleicht und die somit ermittelte Stellgröße einer Antriebseinrichtung 3 für die Drosselklappe 4 zuführt. Die Stellung der Drosselklappe 4 wird mit Hilfe eines Potentiometers 5 in ein elektrisches Signal umgewandelt, das dem Steuergerät 10 zugeführt wird. Einem Eingang 6 des Steuergerätes 10 werden sogenannte Tachoimpulse zugeführt, deren Frequenz proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Diese werden in einer an sich bekannten Wandlerschaltung 7 in ein die Geschwindigkeit darstellendes digitales Signal umgewandelt und dem Regler 1 zugeführt.

An den Regler 1 ist ferner ein Fahrpedal 8 angeschlossen, dessen Stellung im Fall der abgeschalteten Regelung als Stellgröße der Antriebseinrichtung 3 zugeführt wird. Zum Einschalten der Geschwindigkeitsregelung wird einem weiteren Eingang 9 des Steuergerätes 10 ein Signal zugeführt, das einerseits den Regler einschaltet und andererseits den Speicher 2 zur Speicherung der gerade vorhandenen Istgeschwindigkeit veranlaßt.

Das vom Potentiometer 5 abgegebene Signal wird über einen Analog/Digital-Wandler 11 einem Filter 12 zugeführt. Dieses stellt im wesentlichen die Übertragungseigenschaften des Kraftfahrzeugs mit der Drosselklappenstellung als Eingangsgröße und der Geschwindigkeit als Ausgangsgröße dar. Zur erfolgreichen Realisierung der Erfindung genügt es jedoch im allgemeinen diese Übertragungsstrecke näherungsweise nachzubilden. Einzelheiten dazu werden später im Zusammenhang mit den Fig. 2 bis 4 erläutert. Durch den Tiefpaßcharakter des Filters 12 werden bei der Ableitung des Vorsteuerwertes quasi zufällige kurzzeitige Drosselklappenstellungen nur in verringertem Umfang berücksichtigt. Damit befindet sich am Ausgang des Filters 12 ein Signal d_f, welches die für eine Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit erforderliche Drosselklappenstellung darstellt.

Durch das Filter 12 wird allerdings noch nicht eine länger anhaltende abweichende Drosselklappenstellung berücksichtigt, welche vor dem Setzen dazu erforderlich war, das Kraftfahrzeug auf die gewünschte Geschwindigkeit zu beschleunigen bzw. zu verzögern, und im Moment des Setzens noch anliegt. Dieses wird durch eine Korrektur des Ausgangssignals des Filters 12 in Abhängigkeit von der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs ausgeglichen. Dazu wird die Geschwindigkeit bei 13 differenziert, so daß sich die Beschleunigung a ergibt. In einer Tabelle 14 sind Vorsteuerwerte, welche dem Regler 1 zugeführt werden, in Abhängigkeit von der Beschleunigung a und der gefilterten Drosselklappenstellung d_f abgelegt.

Fig. 2 zeigt eine Sprungantwort des Filters 12, die etwa dem Fahrzeugverhalten entspricht. Eine Möglichkeit zur Bildung des Filters 12 (Fig. 1) besteht in einem FIR-Filter (auch nichtrekursives Filter genannt), von welchem ein Beispiel in Fig. 4 dargestellt ist. Von einem Eingang 21 des Filters wird das zu filternde Signal mit verschiedenen Koeffizienten b₀ bis b₄ Addierern 22, 23, 24, 25 zugeführt, wobei von Addierer zu Addierer jeweils eine Verzögerung z^-1 erfolgt. Am Ausgang 26 kann das gefilterte Signal entnommen werden. Das in Fig. 4 gezeigte Filter ist ein Filter vierter Ordnung. Durch eine geeignete Wahl der Koeffizienten und der Größe der Verzögerungen sowie der Filterordnung kann das Filter in geeigneter Weise an den jeweiligen Anwendungsfall angepaßt werden. Vorteilhaft ist, daß viele Koeffizienten bedingt durch die Totzeit zu 0 werden.

Zu einer vorteilhaften Realisierung der Erfindung genügt jedoch durchaus eine Annäherung gemäß Fig. 3a oder 3b. Erstere kann man mit einem FIR-Filter geringeren Aufwands realisieren, während letztere in einfacher Weise mit Hilfe eines Zählers dargestellt werden kann, dessen Inhalt das Ausgangssignal bildet und der von einem Inhalt, der der Drosselklappenstellung vor einem Sprung entspricht, bis zu einem durch das Signal nach dem Sprung bedingten Wert aufwärts bzw. abwärts zählt, wozu geeignete Taktimpulse zugeführt werden.

Fig. 5 stellt ein Beispiel für eine Tabelle 14 (Fig. 1) dar, aus welcher in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung und der Beschleunigung ein Vorsteuerwert ausgelesen wird. Der Anschaulichkeit halber sind in die Tabelle jedoch anstelle von Zahlenwerten Zeichen eingetragen. Dabei bedeutet ein #, daß als Vorsteuerwert die der Tabelle 14 (Fig. 1) zugeführte Drosselklappenstellung verwendet wird. Ein * bedeutet, daß die Drosselklappe in der Leerlaufstellung verbleiben soll. Das Zeichen < besagt, daß der Vorsteuerwert größer als die gefilterte Drosselklappenstellung d_f ist, während die mit < bezeichneten Vorsteuerwerte kleiner als die gefilterte Drosselklappenstellung sind. Dabei bedeuten die Zeichen < und < nicht gleiche Absolutwerte. Die Absolutwerte der mit der Tabelle erzielten Änderungen der gefilterten Drosselklappenstellung sind beispielsweise umso größer, je größer die Absolutwerte der Beschleunigung sind.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird ferner das mechanische Spiel zwischen der Antriebseinrichtung 3 und der Drosselklappe 4 bzw. dem Potentiometer 5 berücksichtigt. Dazu wird dieses Spiel als Abweichung der Stellgröße gemessen und in einem nichtflüchtigen Speicher 15 (Fig. 1) abgelegt. Da sich das Spiel nur selten ändert, beispielsweise bei Reparatur oder Einstellarbeiten, genügt eine Ermittlung des Spiels bei der erstmaligen Inbetriebnahme des neuen Kraftfahrzeugs oder nach Wartungsarbeiten. Dazu ist im Regler ein Programm vorgesehen, das im Fall eines Befehls zum Setzen über den Eingang 9 während der Leerlaufstellung des Gaspedals bzw. der Drosselklappe 4 diejenige Stellgröße im nichtflüchtigen Speicher 15 ablegt, die sich ergibt, wenn sich nach dem Einschalten der Regelung die Drosselklappe 4 zu öffnen beginnt.

Sicherheitshalber ist für diese Messung ein Zeitfenster vorgesehen, damit lediglich Betriebszustände erfaßt werden, welche unmittelbar nach dem Einschalten der Regelung im Leerlaufbetrieb zu einem Aufregeln führen. Da trotzdem Fehlmessungen nicht ausgeschlossen sind - beispielsweise dadurch, daß der Fahrer sofort nach dem Setzen Gas gibt -, können mehrerer Messungen hintereinander durchgeführt werden und nur dann ein Wert in den nichtflüchtigen Speicher 15 eingeschrieben werden, wenn die Messungen nicht wesentlich voneinander abweichen.

Da die bekannten nichtflüchtigen Speicher (EEPROM) während ihrer Lebensdauer keine beliebige Anzahl von Lösch- und Speichervorgängen zulassen, werden nur Meßwerte in den nichtflüchtigen Speicher eingeschrieben, die sich wesentlich von dem zuvor abgelegten Wert unterscheiden. Damit wird eine Veränderung des Speicherinhalts nur vorgenommen, wenn es nötig ist.

Claims

1. Einrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs, wobei durch Vergleich der jeweiligen Istgeschwindigkeit mit einer Sollgeschwindigkeit eine Stellgröße für ein Leistungsstellglied des Motors abgeleitet wird und wobei als Sollgeschwindigkeit der beim Einschalten der Regelung vorhandene Wert der Istgeschwindigkeit verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ferner mit dem Einschalten der Regelung die Stellgröße auf einen Vorsteuerwert gesetzt wird, der aus der Stellung des Leistungsstellgliedes abgeleitet wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsteuerwert durch Filterung eines der Stellung des Leistungsstellgliedes (4) entsprechenden Signals abgeleitet wird, wobei die Filterung mindestens angenähert an die Übertragungseigenschaften des Fahrzeugs angepaßt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterung mit einem FIR-Filter (21 bis 26) erfolgt.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterung mit einem Übertragungsglied (12) mit einer Totzeit und vorzugsweise mit einer begrenzten Flankensteilheit erfolgt.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsteuerwert von der jeweils vorhandenen Beschleunigung des Kraftfahrzeugs abhängig ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das der Stellung des Leistungsstellgliedes entsprechende und gegebenenfalls gefilterte Signal bei positiver Beschleunigung vermindert und bei negativer Beschleunigung erhöht wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Vorsteuerwerte in Abhängigkeit von der Beschleunigung und dem gegebenenfalls gefilterten der Stellung des Leistungsstellgliedes (4) entsprechenden Signal aus einer gespeicherten Tabelle (14) ausgelesen werden.

8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Vorsteuerwerte in Abhängigkeit von der Beschleunigung und dem gegebenenfalls gefilterten der Stellung des Leistungsstellgliedes entsprechenden Signal nach einer oder mehreren Formeln berechnet werden.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Spiel zwischen dem Leistungsstellglied (4) und einer Antriebseinrichtung (3) für das Leistungsstellglied (4), welcher die Stellgröße zugeführt wird, gemessen wird und daß der Vorsteuerwert entsprechend korrigiert wird.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei fahrendem Kraftfahrzeug und Leerlaufstellung des Leistungsstellgliedes (4) beim Einschalten der Regelung die sich bei Verlassen der Leerlaufstellung ergebende Stellgröße als Spiel in einen nichtflüchtigen Speicher (15) abgelegt wird.

11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Meßergebnisse zwischengespeichert werden und ein Ablegen in einen nichtflüchtigen Speicher (15) nur erfolgt, wenn die zwischengespeicherten Werte sich nicht wesentlich voneinander unterscheiden.

12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt des nichtflüchtigen Speichers (15) nur geändert wird, wenn sich ein neu abzulegender Wert wesentlich von dem zuvor abgelegten Wert unterscheidet.