DE10006780C1 - Tempomat-Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Tempomat-Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung für ein KraftfahrzeugInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Tempomat-Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die ein Tempomatausgangssignal (T) abgibt, mit einem Geschwindigkeitsregler (10), der ein Geschwindigkeitsreglerausgangssignal (R) abgibt, und einem mit dem Geschwindigkeitsregler (10) gekoppelten Lastadaptionsglied (12), das ein Lastanpassungssignal (L) zur Beeinflussung des Tempomatausgangssignals (T) abgibt, wobei das Tempomatausgangssignal (T) im Aktivierungszeitpunkt einer Geschwindigkeitsregelphase auf einen aus der Stellung eines zugeordneten Antriebskraft bestimmenden Stellgliedes abgeleiteten Wert (V) gesetzt wird. Ein vorbestimmbarer Anteil des Geschwindigkeitsreglerausgangssignals (R) bestimmt ein reglerbedingtes Zusatzsignal (Z), das dem Lastadaptionsglied (12) zugeführt wird, welches ein um das Zusatzsignal erhöhtes Lastanpassungssignal (L) zur Anpassung des Tempomatausgangssignals (T) abgibt.
Description
Die Erfindung betrifft eine Tempomat-Fahrgeschwindigkeits
regeleinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die ein Tempomataus
gangssignal abgibt, mit einem Geschwindigkeitsregler, der ein
Geschwindigkeitsreglerausgangssignal abgibt, und einem mit dem
Geschwindigkeitsregler gekoppelten Lastadaptionsglied, das ein
Lastanpassungssignal zur Beeinflussung des Tempomatausgangs
signals abgibt, wobei das Tempomatausgangssignal im Aktivie
rungszeitpunkt einer Geschwindigkeitsregelphase auf einen aus
der Stellung eines zugeordneten antriebskraftbestimmenden
Stellgliedes abgeleiteten Wert gesetzt wird,
wobei ein vorbestimmbarer Anteil des Geschwindigkeitsregler
ausgangssignals ein reglerbedingtes Zusatzsignal bestimmt, das
dem Lastadaptionsglied zugeführt wird, welches ein um das Zu
satzsignal erhöhtes Lastanpassungssignal zur Anpassung des Tem
pomatausgangssignal abgibt. (DE 44 43 219 C1)
Tempomaten sind bekanntermaßen elektrische Einrichtungen zur
Regelung der Fahrzeuggeschwindigkeit, die fahrerangefordert,
meist über einen hierfür vorgesehenen Tempomatbedienhebel, ak
tiviert werden.
Nach Überschreiten der als Einschaltschwelle definierten Min
destgeschwindigkeit des Fahrzeuges kann der Tempomat mittels
des Bedienhebels aktiviert oder "gesetzt" werden. Dazu wird die
vom Fahrer gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit über das Fahrpe
dal angefahren. In dem Moment, in dem durch die fahrerseitige
Bedienhebelbetätigung ein Bedienhebelsignal ausgelöst wird, ü
bernimmt der Tempomat die gewünschte Sollgeschwindigkeit. Bis
zu diesem Zeitpunkt steht der Antrieb bzw. das Ausgangssignal
des Tempomat auf Leerlauf bzw. auf der eine Leerlaufstellung
wiedergebenden Ausgangsgröße.
Der Tempomat hat aber bei den meisten Systemen zu Beginn keine
Information darüber, welche Drosselklappenstellung oder Ein
spritzmenge für Konstantfahrt notwendig ist. Der Tempomat wird
auf die sich einstellende Geschwindigkeitsabweichung reagieren.
Im ersten Moment nach der Aktivierung liegt keine Geschwindig
keitsabweichung von der gespeicherten Sollgeschwindigkeit vor,
so daß der Tempomat-Geschwindigkeitsregler nicht regelt. Das
Tempomatausgangssignal entspricht in diesem Fall einer Leer
laufstellung der Drosselklappe (beim Benzinmotor) bzw. Nullmen
ge der Einspritzung (beim Dieselmotor).
Hat der Fahrer nach dem Aktivieren des Tempomaten den Fuß vom
Fahrpedal genommen, wird das Fahrzeug erst einmal langsamer,
bis sich eine Regelabweichung einstellt. Die für eine Konstant
fahrt notwendige Drosselklappenöffnung (beim Benzinmotor) oder
Einspritzmenge (beim Dieselmotor) stellt sich erst mit der im
System "Tempomatregler-Fahrzeug-Straße" vorhandenen Zeitkon
stante ein. Daraus folgt, daß das Fahrzeug je nach Lastzustand
langsamer wird. Dieser Geschwindigkeitseinbruch stellt eine
Komforteinbuße dar, denn die Funktionsübernahme des Tempomaten
beginnt mit einer Verzögerung, die in einer Beschleunigung mün
det, ehe konstant gefahren werden kann.
Damit der Geschwindigkeitsregler schneller an seinen Be
triebspunkt gelangt, also ein Geschwindigkeitseinbruch vermin
dert wird, werden allgemein zwei Verfahren in Abhängigkeit vom
verwendeten Reglertyp angewendet.
Bei Verwendung eines PI- oder PID-Reglers wird folgendermaßen
vorgegangen: Der Regler wird mit einem Startwert so vorgeladen
oder "initialisiert", daß im Moment des Einschaltens der Ge
schwindigkeitsregelung die Fahrpedalstellung oder die daraus
abgeleitete Drosselklappenposition (beim Benzinmotor) oder
äquivalente Einspritzmenge (beim Dieselmotor) übernommen wird
und dem Wert des Integrators des Reglers zugeschlagen wird.
Kommt hingegen ein P-Regler-basierter Regler zum Einsatz, wie
etwa ein bei Motorsteuerungen häufig verwendeter PDT1-Regler,
so wird ein sogenannter "geschwindigkeitsproportionaler Vor
halt" verwendet. Das bedeutet, daß der Tempomat als Startwert
einen Sollwert für die Drosselklappenstellung (beim Benzinmo
tor) bzw. die Einspritzmenge (beim Dieselmotor) ausgibt, der
proportional zur gefahrenen Geschwindigkeit ist. Die Zuordnung
zwischen Geschwindigkeit und Drosselklappenstellung (beim Ben
zinmotor) bzw. Einspritzmenge (beim Dieselmotor) kann linear
oder gekrümmt sein und orientiert sich meist an dem Sollwert
für eine Konstantfahrt in der Ebene.
Die stationäre Regelgenauigkeit ist bei einem PDT1-Regler unter
weitgehend ebenen Fahrbedingungen mindestens genauso hoch wie
bei einem PI-Regler, der ständig bestrebt ist, die Regelabwei
chung zu eliminieren, wodurch dieser aber an stationärer Regel
güte merkbar einbüßt. An einer gleichförmigen Steigung kann
sich beim PDT1-Regler sehr schnell ein Gleichgewicht zwischen
Regelabweichung und angeforderter Motorleistung einstellen, wo
durch das Fahrzeug vollkommen stabil die Steigung hoch fährt.
Diesem Verhalten wird unter Komfortgesichtspunkten eine höhere
Priorität als der objektiven Regelabweichung eingeräumt.
Im Gegensatz dazu arbeitet ein PI-Regler langsamer und läßt
erst eine größere Regelabweichung zu (die natürlich noch ausge
prägter an der digitalen Geschwindigkeitsanzeige erkennbar
ist), die er aber vollkommen auszugleichen versucht. Der ent
scheidende Nachteil ist die geringere Regelstabilität eines PI-
Reglers gegenüber einem PDT1-Regler, denn der PI-Regler erhöht
seinen Sollwert so lange, d. h. er beschleunigt, bis die Ge
schwindigkeitsabweichung gleich Null ist. Dies stellt aber für
die nachfolgende Konstantfahrt einen zu hohen Sollwert dar, mit
der Folge, daß das Fahrzeug erst einmal zu schnell wird, wo
durch der Regler wieder den zu hohen Sollwert abbauen muß, d. h.
das Fahrzeug verzögert wieder. Dies führt zu einem gegebenen
falls mehrmaligen Einschwingvorgang, bis sich der Regler an die
Lastbedingungen angepaßt hat. Haben die sich zwischenzeitlich
geändert, eilt der PI-Regler den neuen Bedingungen wieder hin
terher.
Dem geschilderten Vorteil des PDT1-Reglers steht seine bleiben
de Regelabweichung vor allem an mehrprozentigen Steigungen ent
gegen, auch deshalb, weil für die Reglerabstimmung der beste
Komfort - also die Regelgüte - maßgebend ist und nicht die Re
gelabweichung.
Der "geschwindigkeitsproportionale Vorhalt" läßt sich dabei auf
folgende Weise realisieren: Dem Regler wird eine künstliche Re
gelabweichung vorgespielt, indem als Sollgeschwindigkeit nicht
die augenblickliche Fahrzeuggeschwindigkeit zugrunde gelegt
wird, sondern eine um einen definierten Betrag höhere Geschwin
digkeit, die das Ausgangssignal des Reglers auf einen Wert
stellt, der dafür sorgt, daß die aktuelle Geschwindigkeit in
der Ebene gehalten werden kann.
Auch läßt sich der "geschwindigkeitsproportionale Vorhalt" da
durch realisieren, daß ein entsprechend erhöhter geschwindig
keitsproportionaler Vorhalt dem Geschwindigkeitsreglerausgangs
signal zugeschlagen wird, um ein erhöhtes Tempomatausgangs
signal zu erzeugen, welches dem Geschwindigkeitseinbruch entge
genwirken kann. Diese Ausgestaltung ist beispielsweise in der
DE 44 43 219 C1 beschrieben.
Es bleibt jedoch der Nachteil bestehen, daß dem Tempomat auch
damit die genau notwendige Drosselklappenstellung (beim Benzin
motor) bzw. die Einspritzmenge (beim Dieselmotor) für einen
"nahtlosen" Übergang vom Fahrpedal- zum Tempomatbetrieb fehlt.
Denn der "geschwindigkeitsproportionale Vorhalt" stellt einen
Kompromiß dar. Er gibt zwar den notwendigen Sollwert an, um in
der Ebene eine Fahrt ohne Geschwindigkeitseinbruch zu ermögli
chen, jedoch wird bei von der stationären ebenen Konstantfahrt
abweichenden Bedingungen die Drosselklappe (beim Benzinmotor)
bzw. die Einspritzmenge (beim Dieselmotor) fehlgesteuert. Das
führt bei abschüssiger Fahrbahn mit geringer Last und damit geringer
notwendiger Motorleistung zum Halten der Geschwindigkeit
zu einem Einschaltruck durch einen zu hohen Startwert des Tem
pomat, der bei Leerlaufstellung des Fahrpedals, also im Schub
betrieb besonders unkomfortabel ist. Andererseits ist der Vor
halt bei höherer Last als es die Fahrt in der Ebene darstellt,
zu gering, um das Einknicken der Geschwindigkeit zu verhindern.
Weiterentwickelte Systeme, die über eine Lastinformation verfü
gen, wie etwa ein elektronisches Fahrpedal und verwandte Syste
me ohne elektronische Umsetzung der Fahrpedalbewegung oder
elektronische Dieselregelung, sei es die ständige Drosselklap
penposition oder die ständige Stellung des Fahrpedals, nutzen
diese zusätzlich oder alleine. Das bedeutet, daß der Tempomat
genauer beim aktuellen Lastzustand beginnen kann. Der Setzruck
beim Einschalten kann so vermieden werden.
Die heutigen Motorsteuerungssysteme setzen µC-Technik voraus
und die bekannten klassischen Regler werden durch Rechenalgo
rithmen nachgebildet. Die Rekursionsformeln der Regler haben
jedoch einen Nachteil: Der Einfluß des Startwertes (hier: z. B.
Sollwert für die aktuelle Drosselklappenstellung) auf den Reg
lerausgangswert wird mit jeder Rekursionsschleife kleiner.
Schon nach einigen Rechnerzyklen ist der bei großer Last not
wendige höhere Tempomatausgangswert abgebaut und das Tempomat
verhalten wird ausschließlich durch die Regelabweichung be
stimmt. Dies bedeutet, daß trotz exakter Übernahme der durch
das Fahrpedal vorgegebenen Lastinformation das Fahrzeug etwas
langsamer wird, bis der Geschwindigkeitsregler aufgrund der Re
gelabweichung eingreift. Das Einknicken der Geschwindigkeit ist
somit nicht zu verhindern.
Die deutsche Patentschrift DE 44 43 219 C1 beschreibt eine Lö
sung, wie das Einschaltverhalten für besten Komfort beim Akti
vieren des Tempomat erreicht werden kann. Es wird eine Tempo
mat-Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung beschrieben, die au
ßerhalb des Geschwindigkeitsreglers angeordnete Zusatzmittel in
Form eines Lastadaptionsgliedes beinhalten. Diese Lastadaptionsglied
stellt das Tempomatausgangssignal bei Aktivierung ei
ner Geschwindigkeitsregelphase mittels eines lastanpassenden
Signals auf einen für eine stetige Übernahme des antriebskraft
bestimmenden Stellsignals erforderlichen Wert ein. In der an
schließenden Einschwingphase der Geschwindigkeitsregelung sorgt
das Lastadaptionsglied unter Verknüpfung mit dem Ausgangssignal
des Geschwindigkeitsreglers für eine Zurückführung dieses Zu
satzterms auf den Wert null, ohne daß davon das Verhalten des
Geschwindigkeitsreglers beeinflußt wird. Damit läßt sich ein
sehr weicher Übergang einer vorhergehenden Fahrbetriebsphase in
eine tempomatbestimmte Geschwindigkeitsregelphase erreichen.
Die DE 44 43 219 C1 bietet somit eine Lösung dafür an, wie das
Übernahmeverhalten des Tempomat verbessert wird, um das Einkni
cken nach dem Starten der Geschwindigkeitsregelung zu vermei
den. Es wird also ein vergleichsweise kurzer Zeitbereich be
trachtet. Wenn der lastproportionale Anteil an einer ersten
Steigung "A" gebildet wurde, der die Regelabweichung nach dem
Beginn der Tempomatregelung gering hält, so ist er in der
nächsten Ebene abgebaut und an der darauf folgenden Steigung,
die, angenommen, gleich der ersten Steigung ist, nicht wirksam.
Damit tritt nun eine deutliche Regelabweichung ein. Das ist für
den Fahrer des Kraftfahrzeuges nicht plausibel.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Tempomat-
Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung der eingangs genannten Art
anzugeben, welche die unerwünschte Regelabweichung insbesondere
an Steigungen vermindert und es erlaubt, die verfügbare Motor
leistung in stärkerem Maße zu aktivieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Tempomat-
Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung mit den Merkmalen des Pa
tentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Ge
genstands des Hauptanspruchs ergeben sich aus den Unteransprü
chen.
Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wirkt der Geschwindig
keitsregler mit einem Zusatzsteuermodul zusammen, welches das
Zusatzsignal abgibt, wobei das Zusatzsteuermodul das Zusatzsig
nal mit zunehmender Regelabweichung am Geschwindigkeitsregler
entsprechend einer hinterlegten Zuweisungsvorschrift aufbaut.
Die zusätzliche Verstärkungswirkung wird aus dem maßgeblichen
Regler selbst abgeleitet. Es sind keine weiteren ergänzenden
regelungstechnischen Glieder notwendig. Dadurch ist die Struk
tur sehr einfach. Die beschriebenen Ergänzungen dienen ledig
lich der optimalen Anpassung an die Geschwindigkeitsregelung,
wie sie sich in der Praxis darstellt.
Auf diese Weise ist eine Anpassung der Tempomat-Fahrge
schwindigkeitsregeleinrichtung an unterschiedliche Fahrzeugty
pen insbesondere unterschiedlicher Leistung leicht möglich.
Der Betrag des Zusatzsignals kann mit zunehmender Regelabwei
chung proportional zunehmen. Eine derartige Zuweisungsvor
schrift läßt sich auf einfache Weise realisieren und kann den
noch dazu beitragen, die unerwünschte Regelabweichung etwa in
Bergauffahrt zu vermindern.
Es kann fahrzeugabhängig jedoch von Vorteil sein, daß sich das
Zusatzsignal progressiv entsprechend einer hinterlegten Kennli
nie ändert. So ist für eine besonders einfache Anpassung etwa
denkbar, das Zusatzsignal bei zunehmender Regelabweichungen ü
berproportional zunehmen zu lassen.
Alternativ kann im Lastadaptionsglied eine Kennlinie hinterlegt
sein, welche das Lastanpassungssignal in Abhängigkeit vom Zu
satzsignal entsprechend der Kennlinie aufbaut. Auf diese Weise
wird nicht nur eine einfache Summation erreicht, sondern etwa
in Abhängigkeit von einem bereits vorhanden Lastanpassungssig
nal der zusätzliche Anteil des Zusatzsignals verändert werden.
Wenn die am Geschwindigkeitsregler anliegende Istgeschwindig
keit die vorgewählte Sollgeschwindigkeit übersteigt, wird das
Lastanpassungssignal abgebaut. Auf diese Weise wird einer
weiteren Geschwindigkeitszunahme entgegengewirkt. Der Abbau
kann mit den gleichen Mitteln wie der Aufbau bewirkt werden,
dies jedoch mit Vorzeichenumkehr beim abgegebenen Geschwindig
keitsreglerausgangssignal. Dabei kann das Lastanpassungssignal
um den Betrag des Geschwindigkeitsreglerausgangssignals
vermindert werden.
Wenn das Lastanpassungssignal vollständig abgebaut ist,
wird ein Initialisierungsglied wirksam, welches den Geschwin
digkeitsregler initialisiert. Durch diese Maßnahme wird
verhindert, daß es sprungartige, unkomfortable Ausgleichsvor
gänge gibt.
Alles in allem kann der Geschwindigkeitsregler uneingeschränkt
auf den normalen Regelzustand optimiert werden. Es können auch
einfachere P-Regler eingesetzt werden, wo bisher wegen des Be
strebens des PI-Reglers, die Regelabweichung zu minimieren, solche
eingesetzt wurden, weil nun anpaßbar an die Gegebenheiten die
Regelabweichung nachhaltig verringert werden kann. Die Regel
stabilität bei geringen Geschwindigkeiten an Steigungen wird
nachweislich verbessert.
Durch die Erfindung wird es möglich, die unerwünschte Regelab
weichung insbesondere an Steigungen zu vermindern. Die verfüg
bare Motorleistung kann durch die Erfindung in stärkerem Maße
aktiviert werden.
Es wird insbesondere darauf hingewiesen, daß der hier beispiel
haft für eine Geschwindigkeitsregelungseinrichtung beschriebene
Aufbau allgemeingültigen Charakter auch für andere Einsatzbereiche
von Reglern ohne Integrationsverhalten besitzt. Überall
dort, wo die Regelstrecke im Zeitverhalten Ähnlichkeit mit ei
ner Geschwindigkeitsregelung hat, kann ein derartiger Aufbau
eingesetzt werden. So ist es vorstellbar, daß mit dem erfin
dungsgemäßen Aufbau auch P-Regler mit ihren Varianten wegen ih
rer größeren Stabilität zum Einsatz kommen, wo auch gesteiger
tes Gewicht auf geringe Regelabweichung gelegt wird, was bisher
zur Wahl eines PI-Reglers geführt hat.
Anhand der nachstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den
beigefügten Zeichnungen werden weitere Vorteile, Merkmale und
Einzelheiten der Erfindung deutlicher.
Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Tempomat-
Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung gemäß einer Aus
führungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Tempomatausgangs
signals der Tempomat-Fahrgeschwindigkeitsregel
einrichtung von Fig. 1, wobei die Anteile des ge
schwindigkeitsproportionalen Vorhalts, des Regleraus
gangssignals und des Lastanpassungssignals für den
Fall gezeigt sind, in dem das Lastanpassungssignal
durch das Zusatzsignal gebildet wird;
Fig. 3 im oberen Teil den Geschwindigkeitsverlauf gegenüber
der Zeit und im unteren Teil den Verlauf des Tempo
matausgangssignals gegenüber der Zeit für den Aufbau
des Lastanpassungssignals der Tempomat-
Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung von Fig. 1; und
Fig. 4 im oberen Teil den Geschwindigkeitsverlauf gegenüber
der Zeit und im unteren Teil den Verlauf des Tempo
matausgangssignals gegenüber der Zeit für den Abbau
des Lastanpassungssignals der Tempomat-
Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung von Fig. 1.
Nachfolgend wird der Aufbau einer Ausführungsform der erfin
dungsgemäßen Tempomat-Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung be
schrieben.
In dem Blockschaltbild der Fig. 1 sind von einer Tempomatrege
lung ein als PDT1-Regler ausgelegter Geschwindigkeitsregler 10
sowie als reglerexterne Zusatzmittel zur Beeinflussung des Tem
pomatausgangssignals T ein Vorsteuerglied 12 zur Erzeugung ei
nes ist geschwindigkeitsabhängigen Zusatzsignals V und ein
Lastadaptionsglied 14 gezeigt.
Die Wahl eines PDT1-Reglers hat sich als besonders gut geeignet
für Geschwindigkeitsregelungen erwiesen, da er hervorragend an
paßbar an jeden Fahrzeugtyp mit beliebigem Leistungsvermögen
und Antriebsart ist, einen Freiheitsgrad mehr bei der Applika
tion als ein PI-Regler besitzt und sich durch eine große Regel
stabilität auszeichnet.
Der Geschwindigkeitsregler 10 erhält über eine (nicht gezeigte)
vom Fahrer über Bedienelemente und/oder Fahrpedal beeinflußbare
Steuereinheit ein Geschwindigkeitssignal vsoll für die zu re
gelnde Sollgeschwindigkeit. Dazu wird üblicherweise die vom
Fahrer gewünschte Sollgeschwindigkeit über das Fahrpedal ange
fahren und ein Bedienhebel betätigt, um die Sollgeschwindigkeit
vsoll "zu setzen" bzw. in den Geschwindigkeitsregler zu überneh
men. Weiterhin erhält der Geschwindigkeitsregler 10 über eine
(ebenfalls nicht gezeigte) Geschwindigkeitserfassungseinrich
tung das aktuelle Istgeschwindigkeitssignal vist.
Daneben enthält der gezeigte Tempomat weitere, nicht explizit
dargestellte Einheiten, insbesondere zur Ansteuerung der darge
stellten Komponenten, wie z. B. Bedienhebel, eine motorlaster
fassende Sensorik und ein zentrales Steuergerät.
Der Geschwindigkeitsregler 10 erzeugt nach einer PDT1-
Rekursionsformel ein von der Regelabweichung, die sich aus der
Differenz der eingangsseitig zugeführten Ist- und Sollgeschwin
digkeitswerte vist und vsoll ergibt, abhängiges Reglerausgangs
signal R. Das Lastadaptionsglied 14 gibt seinerseits ein Last
anpassungssignal L ab, welches vom Reglerausgangssignal R
beeinflußt wird. Zu diesem Zweck ist am Ausgang des Geschwin
digkeitsreglers 10 noch ein (im nicht gezeigten zentralen Steu
ersystem des Tempomaten integrierbares) Zusatzsteuermodul 16
wirksam, welches das Reglerausgangssignal R beobachtet bzw.
auswertet und entsprechend einer vorbestimmte Zuweisungsvor
schrift an das Lastadaptionsglied 14 ein Zusatzsignal Z abgibt,
welches das Lastanpassungssignal L beeinflußt. Diese Vorgehens
weise wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3
beschrieben.
Zur Bildung des resultierenden Tempomatausgangssignals T wird
dem Reglerausgangssignal R der geschwindigkeitsproportionale
Vorhalt V des Vorsteuergliedes 12 und das Lastanpassungssignal
L des Lastadaptionsgliedes 14 aufaddiert. Der während des ge
samten aktiven Tempomatbetriebes wirksame geschwindigkeitspro
portionale Vorhalt V wird nach einer vorgegebenen Kennlinie ge
schwindigkeitsabhängig festgelegt, wobei die Kennlinie übli
cherweise einen stetig ansteigenden Verlauf des geschwindig
keitsproportionalen Vorhalts V mit steigender Geschwindigkeit
vorgibt.
Dieser geschwindigkeitsproportionale Vorhalt V ist so gewählt,
daß er für die richtige Einstellung eines antriebskraftbe
stimmenden Stellgliedes, d. h. beispielsweise die Drosselklappe
beim Benzinmotor bzw. die Einspritzeinheit beim Dieselmotor,
während einer typischen Konstantfahrt in der Ebene sorgt. Da
durch kann der Geschwindigkeitsregler 10, dessen Ausgangssignal
R positive oder negative Werte annehmen kann, mit seinem Ar
beitsbereich in diesem typischen Fahrzustand etwa um seine
Nullstellung herum verbleiben. Zudem erreicht er auf diese Weise
aus seinem inaktiven Zustand heraus bei Aktivierung schnel
ler diesen Arbeitspunkt für die anschließende Geschwindigkeits
regelung. Mit dem Vorsteuerglied 12 als alleinige Zusatzmaßnah
me zum Geschwindigkeitsregler 10 ist die Regelabweichung jedoch
vor allem beim Befahren einer Gefäll- oder Steigungsstrecke
noch zu hoch. Zur weiteren Verminderung der unerwünschten Rege
labweichung insbesondere an Steigungen dient daher das
Lastadaptionsglied 14, dessen Funktionsweise nachfolgend anhand
der Fig. 2 und 3 erläutert wird.
Wie oben bereits ausgeführt, stellt der geschwindigkeitspropor
tionale Vorhalt V das resultierende Tempomatausgangssignal T in
der Ebene dar, d. h., der Geschwindigkeitsregler 10 an sich liefert
kein Reglerausgangssignal R solange keine Regelabweichung vor
handen ist. Dieser Zustand wird in der schematischen Darstel
lung der Fig. 2 durch das mit "V" bezeichnete Rechteck ver
deutlicht.
Wenn das Fahrzeug infolge einer Steigung langsamer wird, tritt
am Geschwindigkeitsregler 10 eine Regelabweichung auf, die sich
aus der Differenz der eingangsseitig zugeführten Ist- und Soll
geschwindigkeitswerte vist und vsoll ergibt. Der Geschwindig
keitsregler 10 gibt dann ein Reglerausgangssignal R aus, das
dem geschwindigkeitsproportionalen Vorhalt V zugeschlagen wird.
In Fig. 2 ist der Anteil des Reglerausgangssignals R durch das
mit "R" bezeichnete Rechteck dargestellt.
Bei der Fahrt in einer Steigung wird das resultierende Tempo
matausgangssignal T ohne den Beitrag L des Lastadaptionsglieds
14 nur durch den geschwindigkeitsproportionalen Vorhalt V und
das Reglerausgangssignal R bestimmt. Das Fahrzeug erreicht
durch diese Sollwerte allein jedoch nicht die auch an einer
Steigung einzuhaltende Sollgeschwindigkeit, sondern wird in
konstanter Berganfahrt um einen bestimmten Geschwindigkeitsbe
trag unter der Sollgeschwindigkeit verbleiben. Allerdings ist
damit noch nicht der maximal mögliche Sollwert des Tempomataus
gangssignal T erreicht, d. h. abhängig von der maximalen Motorleistung
können noch weitere Leistungsreserven mobilisiert wer
den. Zu diesem Zweck wird, wie nachfolgend anhand der Fig. 3
näher erläutert wird, vom Lastadaptionsglied 14 noch ein
Lastanpassungssignal L hinzuaddiert, um ein maximales Tempo
matausgangssignal T zu erhalten. Hierzu wird von dem Zusatz
steuermodul 16 ein bestimmter Anteil des Reglerausgangssignals
R, welcher in Fig. 2 schraffiert dargestellt ist, bestimmt.
Dieser Anteil wird als Zusatzsignal Z an das Lastadaptionsglied
14 geliefert und bildet in dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel das
vom Lastadaptionsglied 14 abgegebene Lastanpassungssignal L.
Damit die Charakteristik der Regelung weitgehend erhalten
bleibt, ist es nicht sinnvoll, zur Verminderung der Regelabwei
chung noch ein zusätzliches Regelelement, also einen zusätzli
chen Regler mit weiteren Verknüpfungen im System, einzuführen,
weil ein derartiges Gebilde nicht stabil auslegbar ist. Deshalb
wird eine unterstützende Sollwertgröße - das Zusatzsignal Z -
aus dem Regler selbst genützt. Dieses Zusatzsignal Z addiert
sich zum geschwindigkeitsproportionalen Vorhalt V plus Regler
ausgangssignal R des PDT1-Reglers.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 wird im folgenden genauer be
schrieben, wie der lastproportionale Anteil bzw. das Lastanpas
sungssignal L während der stationären Regelung gebildet wird.
Im oberen Diagramm der Fig. 3 ist ein schraffierter Bereich
sichtbar, in dem nur der Geschwindigkeitsregler 10 einen erhö
henden Beitrag zum resultierenden Tempomatausgangssignal T lie
fert. In diesem Bereich applizierbarer Breite, er beträgt bei
spielsweise 0,5 km/h, entfaltet sich die Regelcharakteristik im
Zeitbereich t1 bis t2 unverändert.
Wird die Steigung größer, nimmt also die Last zu, womit die Re
gelabweichung größer wird, so steigt auch das Ausgangssignal R
des Geschwindigkeitsreglers im Zeitbereich t2 bis t3. Jetzt
wird proportional zum Ausgangssignal R des Geschwindigkeitsreg
lers ab dem Zeitpunkt t2 ein applizierbarer prozentualer durch
das Zusatzsignal Z bestimmter Anteil als sogenannter "Lastpro
portionaler Sollwert" oder Lastanpassungssignal L zum Regler
wert vollkommen stetig hinzuaddiert. Je größer die Regelabwei
chung ab t2 ist, desto mehr Unterstützung bekommt die Tempomat-
Regelung als Ganzes, um die Regelabweichung im Rahmen der ver
fügbaren Motorleistung zu begrenzen, die zwar nach absoluten
Beträgen zwar noch zunimmt, dies aber stark gebremst erfolgt.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 wird im folgenden genauer be
schrieben, wie der lastproportionale Anteil bzw. das Lastanpas
sungssignal L während der stationären Regelung abgebaut wird.
Mit abnehmender Last gegen Ende der Steigung nähert sich die
Istgeschwindigkeit vist wieder der Sollgeschwindigkeit vsoll, der
Ausgangswert R des PDT1-Reglers 10 verringert sich zusehends
und das Lastanpassungssignal L bleibt unverändert bestehen, bis
die Istgeschwindigkeit vist die Sollgeschwindigkeit vsoll über
schreitet.
Bis zu diesem Zeitpunkt t5 ist das Ausgangssignal R des PDT1-
Reglers größer oder gleich Null. (Der Reglerwert R kann negativ
werden, wenn das Fahrzeug schneller als die Sollgeschwindigkeit
vsoll ist.) Durch das Zusatzsignal Z, das den zusätzlichen
lastproportionalen Sollwert bzw. das Lastanpassungssignal L be
stimmt, wird die Istgeschwindigkeit vist einmal die Sollge
schwindigkeit vsoll überschreiten. Dann wird der PDT1-Regler 10
einen negativen Sollwert R bilden, um der Geschwindigkeitszu
nahme entgegenzuwirken. Ab diesem Zeitpunkt wird das Lastanpas
sungssignal L abgebaut, wie nachfolgend beschrieben ist.
Sobald der PDT1-Regler 10 einen negativen Sollwert R bildet,
wird er aus der Summation von geschwindigkeitsproportionalem
Vorhalt V, Lastanpassungssignal L und Reglerausgangssignal R
abgekoppelt. Wenn der Regler 10 danach strebt das Regleraus
gangssignal R um -X% zu verstellen, werden diese vom Lastan
passungssignal L abgezogen (solange das Lastanpassungssignal L
noch nicht gleich Null ist). Das resultierende Tempomatausgangssignal
T vermindert sich also um den Betrag R des Ge
schwindigkeitsreglers, der mit seiner Dynamik auf die Geschwin
digkeitsänderung reagiert.
Wenn das Lastanpassungssignal L vollständig abgebaut ist, muß
der PDT1-Regler 10 neu initialisiert werden, damit es keine
sprungartigen, unkomfortablen Ausgleichsvorgänge gibt. An
schließend folgt die unbeeinflußte Regelphase bis zum nächsten
Aufbau eines Lastanpassungssignal L, wie vorstehend beschrieben
wurde.
Prinzipiell wird das Lastanpassungssignal L um den gleichen Be
trag erniedrigt, den der Geschwindigkeitsregler 10 als negative
Stellgröße ermittelt. Hierbei ist der Geschwindigkeitsregler 10
natürlich nicht zusätzlich wirksam, denn dies hätte zur Folge,
daß das resultierende Tempomatausgangssignal T doppelt so
schnell vermindert werden würde.
Nachfolgend werden noch weitere (in den Figuren nicht darge
stellte) Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Tempomat-
Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung beschrieben.
So kann es für die Geschwindigkeitsregelung günstig sein, daß
der Aufbau des lastproportionalen Sollwertes bzw. des Lastan
passungssignals L nicht proportional einem festen Faktor, son
dern progressiv entsprechend einer Kennlinie mit Segmenten
applizierbarer Steigung erfolgt, womit bei höherer Regelabwei
chung die unterstützende Wirkung verstärkt wird. Zu diesem
Zweck kann in dem Zusatzsteuermodul 16 eine dieser Kennlinie
entsprechende Zuweisungsvorschrift hinterlegt sein, welche ein
passendes Zusatzsignal Z abgibt, um das Lastanpassungssignal L
zu beeinflussen.
Es kann weiterhin sinnvoll sein, eine applizierbare Gradienten
begrenzung für den Aufbau des Lastanpassungssignals L vorzuse
hen, die den Anstieg dann begrenzt, wenn das Fahrzeug eine hohe
Dynamik der Geschwindigkeitsänderung hat, z. B. beim Durchfahren
einer Senke mit starkem Überschieben und unmittelbar nachfol
gendem kräftigen Anstieg, um eine überschießende Leistungsent
faltung zu verhindern, die komfortschädlich wirkt. Auch einen
derartige Gradientenbegrenzung läßt sich in dem Zusatzsteuermo
dul 16 realisieren, abhängig von der hinterlegten Zuweisungs
vorschrift.
Gangabhängig kann die Reglerverstärkung unterschiedlich gewählt
sein, so daß der höchste Gang auch die größte Verstärkung und
der kleinste die geringste Verstärkung mit Zwischenstufungen
entsprechend den einzelnen Gängen hat. Unter gleichen Stei
gungsbedingungen ist deshalb die Regelabweichung im höchsten
Gang am geringsten und im kleinsten Gang am größten, obwohl
letzterer die größten Leistungsreserven hat, die Regelabwei
chung gering zu halten. Deshalb ist es sinnvoll, das Lastanpas
sungssignal L gangabhängig applizierbar auszulegen.
Eine absolute Begrenzung für das Ausgangssignal R des Geschwin
digkeitsreglers 10 kann dann notwendig sein, wenn das resultie
rende Tempomatausgangssignal größer als 100% wird. Außerdem
kann es sinnvoll sein, eine absolute Begrenzung für das Lastan
passungssignal L vorzusehen, damit es nicht größer wird als es
dem Leistungsvermögen des Motors entspricht.
Hat sich ein hohes Lastanpassungssignal L gebildet, so ist es
nützlich, die Abbaurate oberhalb von 100% applizierbar auszu
legen, um das Überschwingen über die Sollgeschwindigkeit vsoll
zu dämpfen. Entsprechend kann es aus Komfortgründen nützlich
sein, die Abbaurate gegen Ende des Abbaus zu reduzieren. Eine
Abbaurate applizierbar in Prozent des Reglersignals R mittels
einer Kennlinie gewährleistet optimale Anpassungsmöglichkeiten.
Dies läßt sich in einer ähnlichen Weise mittels des Zusatzsteu
ermoduls 16 realisieren, wie bereits oben beim Aufbau des
Lastanpassungssignal L beschrieben ist.
Wenn das Lastanpassungssignal L abgebaut ist, muß der PDT1-Reg
ler neu initialisiert werden. Je nach vorangegangener Dynamik
kann der nun folgende Ausgleichsvorgang zu einem mehr oder we
niger deutlichen Unterschwingen des Geschwindigkeitsregleraus
gangssignals R führen. Damit dieser immer komfortabel bleibt,
wird eine negative Gradientenbegrenzung des Geschwindigkeits
reglerausgangssignals R so vorgenommen, daß die Gradientenbe
grenzungsrampe solange läuft, bis das Geschwindigkeitsregler
ausgangssignals R wieder größer ist als der Begrenzungswert,
längstens jedoch, bis das resultierende Tempomatausgangssignal
gleich Null ist.
Aus der DE 44 43 219 C1, auf die ausdrücklich und vollinhalt
lich Bezug genommen wird, ist der Aufbau eines lastproportiona
len Sollwertes bzw. eines Lastanpassungssignals L nach dem Set
zen des Tempomaten aus ungeregelter Fahrt, nach Beschleunigung
über den Bedienhebel mit den Operationen "Setzen und Beschleu
nigen" und "Wiederaufnahme" bekannt. Wenn etwa aus diesen Ope
rationen oder aber auch aus anderen möglichen Gründen schon ein
Lastproportionaler Sollwert bzw. ein Lastanpassungssignal L
vorhanden ist, so wird ein zusätzlich entstehender Anteil, wie
er gemäß der Erfindung über das Zusatzsteuermodul 16 durch das
Zusatzsignal Z bewirkt wird, zum vorhandenen Lastanpassungs
signal L bis zum applizierbaren Höchstbetrag hinzuaddiert. Das
bedeutet, daß ein resultierendes Lastanpassungssignal L aus ei
nem bereits vorgegebene Lastanpassungssignal plus dem ermittel
ten Zusatzsignal Z gebildet werden kann. Der Abbau erfolgt in
der oben beschriebenen Weise. Dabei wird nicht unterschieden,
woher die Anteile stammen.
Es versteht sich, daß die erfindungsgemäße Tempomat-
Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung mit Sollwerten umgekehrten
Vorzeichens auch einer unerwünschten Geschwindigkeitszunahme
stärker entgegenwirken kann, als es der Geschwindigkeitsregler
10 alleine bewirken würde. Es wird etwa bei Fahrt im Gefälle
ein negatives Lastanpassungssignal L gebildet, das den Wert
Null annimmt, wenn der Geschwindigkeitsregler 10 ein positives
Reglerausgangssignal R erreicht.
Claims (6)
1. Tempomat-Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung für ein
Kraftfahrzeug, die ein Tempomatausgangssignal (T) abgibt, mit
einem Geschwindigkeitsregler (10), der ein Geschwindigkeits
reglerausgangssignal (R) abgibt, und
einem mit dem Geschwindigkeitsregler (10) gekoppelten Lastadap tionsglied (14), das ein Lastanpassungssignal (L) zur Beein flussung des Tempomatausgangssignals (T) abgibt, wobei das Tem pomatausgangssignal (T) im Aktivierungszeitpunkt einer Ge schwindigkeitsregelphase auf einen aus der Stellung eines zuge ordneten antriebskraftbestimmenden Stellgliedes abgeleiteten Wert (V) gesetz wird, wobei
ein vorbestimmbarer Anteil des Geschwindigkeitsreglerausgangs signals (R) ein reglerbedingtes Zusatzsignal (Z) bestimmt, das dem Lastadaptionsglied (14) zugeführt wird, welches ein um das Zusatzsignal erhöhtes Lastanpassungssignal (L) zur Anpassung des Tempomatausgangssignal (T) abgibt,
dadurch gekennzeichnet, daß der Geschwindigkeitsregler (10) mit einem Zusatzsteuermodul (16) zusammenwirkt, welches das Zusatzsignal (Z) abgibt, wobei das Zusatzsteuermodul das Zusatzsignal (Z) mit zunehmender Re gelabweichung am Geschwindigkeitsregler (10) entsprechend einer hinterlegten Zuweisungsvorschrift beeinflußt.
einem mit dem Geschwindigkeitsregler (10) gekoppelten Lastadap tionsglied (14), das ein Lastanpassungssignal (L) zur Beein flussung des Tempomatausgangssignals (T) abgibt, wobei das Tem pomatausgangssignal (T) im Aktivierungszeitpunkt einer Ge schwindigkeitsregelphase auf einen aus der Stellung eines zuge ordneten antriebskraftbestimmenden Stellgliedes abgeleiteten Wert (V) gesetz wird, wobei
ein vorbestimmbarer Anteil des Geschwindigkeitsreglerausgangs signals (R) ein reglerbedingtes Zusatzsignal (Z) bestimmt, das dem Lastadaptionsglied (14) zugeführt wird, welches ein um das Zusatzsignal erhöhtes Lastanpassungssignal (L) zur Anpassung des Tempomatausgangssignal (T) abgibt,
dadurch gekennzeichnet, daß der Geschwindigkeitsregler (10) mit einem Zusatzsteuermodul (16) zusammenwirkt, welches das Zusatzsignal (Z) abgibt, wobei das Zusatzsteuermodul das Zusatzsignal (Z) mit zunehmender Re gelabweichung am Geschwindigkeitsregler (10) entsprechend einer hinterlegten Zuweisungsvorschrift beeinflußt.
2. Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Betrag des Zusatzsignals (Z) mit zunehmender Regelabwei
chung proportional veränderbar ist.
3. Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung nach Anspruch 1 oder
2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Zusatzsignal (Z) progressiv entsprechend einer hinterlegten
Kennlinie veränderbar ist.
4. Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung nach einem der Ansprü
che 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
das im Zusatzsteuermodul (16) und/oder im Lastadaptionsglied
(12) eine Kennlinie hinterlegt ist, welche das Lastanpassungs
signal (L) in Abhängigkeit vom Zusatzsignal (Z) progressiv ent
sprechend der Kennlinie beeinflußt.
5. Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung nach einem der Ansprü
che 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
das das Lastanpassungssignal (L) um den Betrag des Geschwindig
keitsreglerausgangssignals (R) vermindert wird, wenn die am Ge
schwindigkeitsregler (10) anliegende Istgeschwindigkeit (Vist)
die vorgewählte Sollgeschwindigkeit (vsoll) übersteigt.
6. Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung nach Anspruch 5,
gekennzeichnet durch
ein Initialisierungsglied, welches den Geschwindigkeitsregler
(10) initialisiert, wenn das Lastanpassungssignal (L) gleich
Null ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE10006780A DE10006780C1 (de) | 2000-02-18 | 2000-02-18 | Tempomat-Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung für ein Kraftfahrzeug |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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