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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs.
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Ein Beispiel für ein solches Verfahren bzw. eine solche Vorrichtung ist aus der
DE-A 27 01 567 (
US-Patent 4 169 437 ) bekannt. Dort wird die Antriebseinheit eines Fahrzeugs auf der Basis einer vorgegebenen Sollgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs gesteuert, wobei sich die tatsächliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs der vorgegebenen Sollgeschwindigkeit annähert. Die Sollgeschwindigkeit wird dabei aus der Betätigung eines vom Fahrer betätigbaren Bedienelements abgeleitet, welches wenigstens drei Stellungsbereiche für die Vorgabe umfaßt: einen Bereich für die Verzögerung, einen für die konstante Geschwindigkeit und einen die Beschleunigung des Fahrzeugs. Dadurch ergibt sich gegenüber herkömmlichen Fahrzeugen eine völlig andere Pedalcharakteristik und ein für den Fahrer ungewohntes Fahrverhalten des Fahrzeugs. Für einen praktischen Einsatz ist die bekannte Lösung daher nur bedingt geeignet.
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Aus der
US 5,845,726 ist eine Antriebskraftregelvorrichtung bekannt, welche für den Fall, dass der Fahrer vom Tempomatbetrieb in einen normalen geschwindigkeitsvariablen Fahrbetrieb schaltet, eine mögliche Verwirrung des Fahrers durch ein verändertes Fahrpedalgefühl soweit möglich verhindert. Die Vorrichtung umfasst einen Schalter für den Tempomatbetrieb, einen Beschleunigungssensor, einen Bremspedalbetätigungssensor, einen Geschwindigkeitssensor und eine Tempomatzulassungseinrichtung, welche die Tempomatfunktion zulässt, wenn der Schalter betätigt ist sowie Brems- und Fahrpedal nicht betätigt sind.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die Sollgeschwindigkeit für eine Geschwindigkeitssteuerung eines Fahrzeugs komfortabel und für den Fahrer transparent auszugestalten, ohne das Fahrverhalten und die Pedalcharakteristik des Fahrzeugs durch den Fahrer wesentlich zu verändern.
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Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht.
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Die
EP 250 380 A1 zeigt eine Vorgehensweise, bei welcher eine Maximalgeschwindigkeit abhangig von der Fahrpedalposition vorgegeben wird. Bei der Fahrpedalstellung X0 wird eine vorgegebene minimale Geschwindigkeit als Maximalwert vorgegeben, die nicht veränderlich ist.
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Die
DE 35 03 055 C1 zeigt eine Geschwindigkeitsregeleinrichtung, bei welcher zwei Fahrgeschwindigkeitssollwerte vorgeben werden. Einer davon, auf den durch Umschalten eines Schalters umgeschaltet wird, ermöglicht es, die Fahrgeschwindigkeit im Bereich geringer Geschwindigkeiten einzustellen. Der Sollwert fur diesen Geschwindigkeitsbereich wird abhangig von einer Betatigung eines Bremspedals herabgesetzt, wobei der automatisch bei geoffneten Bremspedalschalter wieder auf seinen maximalen Wert erhoht wird. Die Gaspedalstellung spielt bei der Bildung des Sollwertes keine Rolle.
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Die
DE 39 28 045 C2 zeigt eine Geschwindigkeitsregelung mit einem Langsamfahrmodus, in welchem das Fahrzeug mit einer festgelegten Geschwindigkeit rollt. Durch Betatigen des Bremspedals wird die Drosselklappe geschlossen, so dass sich die Fahrzeuggeschwindigkeit verringert. Bei Betatigen des Fahrpedals wird die Drosselklappe geoffnet und die Geschwindigkeit vergroßert sich. Eine Sollwertvorgabe fur einen Geschwindigkeitsregler wird nicht beschreiben.
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Vorteile der Erfindung
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Es wird eine Vorgehensweise zur Vorgabe einer Sollgeschwindigkeit bereitgestellt, welche in komfortabler und für den Fahrer transparenten Weise die Geschwindigkeitseinstellung des Fahrzeugs über wenigstens ein Bedienelement des Fahrers erlaubt. Dabei bleibt die herkömmliche Pedalcharakteristik und das Fahrverhalten des Fahrzeugs weitestgehend erhalten. Durch die Geschwindigkeitseinstellung über Gaspedal und Bremspedal wird der Fahrer von der Geschwindigkeitsvorgabe entlastet, wie er es bei heute üblichen Fahrgeschwindigkeitsreglern mit separaten Schaltern gewöhnt ist.
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Besonders vorteilhaft ist, daß durch die Zuordnung der Geschwindigkeitsänderung zur Gaspedalbetätigung und durch die Zuordnung einer Geschwindigkeitsverringerung an die Bremspedalbetätigung die Geschwindigkeitsvorgabe für den Fahrer nachvollziehbar und unabhängig vom jeweiligen Fahrzeugtyp ist; beispielsweise unabhängig davon, ob das Fahrzeug mit Automatik- oder Schaltgetriebe ausgestattet ist.
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Besonders vorteilhaft ist, daß eine niedrige, konstante Sollgeschwindigkeit vorgegeben wird, die auf einfache Art und Weise vom Fahrer angepaßt werden kann. Besondere Bedeutung hat dieser Vorteil beim Einsatz von sogenannten offroad-Fahrzeugen, bei welchen der Fahrer auf einfache Art und Weise die Sollgeschwindigkeit den unterschiedlichen Geländesituationen anpassen kann.
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Von besonderer Bedeutung ist, daß nach Loslassen des Gaspedals wieder eine Standardsollgeschwindigkeit vorgegeben wird, bzw. durch Betätigen des Bremspedals sich eine Verringerung der Sollgeschwindigkeit einstellt. Dies trägt zu einer Erhöhung der Fahrsicherheit bei hohem Fahrkomfort bei.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Zeichnung
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. 1 zeigt dabei ein Übersichtsblockschaltbild einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs. In 2 ist anhand eines Flußdiagramms ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Sollgeschwindigkeitsvorgabe dargestellt. In den 3 und 4 ist anhand von Diagrammen die Wirkungsweise der nachfolgend beschriebenen Vorgehensweise verdeutlicht. 5 zeigt ein Diagramm, in welchen der Zusammenhang zwischen Gaspedalstellung und Geschwindigkeit dargestellt ist.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt ein Übersichtsschaltbild einer Steuereinrichtung 10 zur Steuerung eines Fahrzeugs. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt diese Steuereinrichtung unter anderem einen Fahrgeschwindigkeitsregler bzw. -begrenzer. Die Steuereinrichtung 10 weist eine Eingangsschaltung 12, wenigstens einen Mikrocomputer 14 und eine Ausgangsschaltung 16 auf. Diese Elemente sind über ein Kommunikationssystem 18 zum Datenaustausch miteinander verbunden. Der Eingangsschaltung 12 sind Eingangsleitungen 36 von einer Meßeinrichtung 38 zur Erfassung der Fahrgeschwindigkeit, eine Eingangsleitung 40 von einer Meßeinrichtung 42 eines Gaspedals zur Erfassung der Betätigung des Gaspedals und eine Eingangsleitung 50 von einer Meßeinrichtung 52 zur Erfassung der Betätigung des Bremspedals. Ferner werden der Eingangsschaltung 12 weitere Eingangsleitungen 20 bis 24 von Meßeinrichtungen 26 bis 30 zur Erfassung weiterer Betriebsgrößen des Fahrzeugs, die im Rahmen der Aufgaben der Steuereinrichtung 10 ausgewertet werden, zugeführt. Derartige Betriebsgrößen sind beispielsweise der Radbremsdruck, das Motormoment, die Übersetzungsverhältnisse im Triebstrang, ein Signal eines vom Fahrer betätigbaren Schaltelements zur Aktivierung der Geschwindigkeitssteuerung, etc..
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Der sich in Steuereinrichtung 10 befindliche, wenigstens eine Mikrocomputer 14 beeinflußt im Rahmen der Geschwindigkeitssteuerung (Fahrgeschwindigkeitsregelung bzw. -begrenzung) über wenigstens eine Ausgangsleitung 44 und wenigstens ein Stellelement 46 (z. B. einer Bremsanlage mit ABS/ASR-Elementen) die Bremskraft an wenigstens einer Radbremse des Fahrzeugs. In einem Ausführungsbeispiel wird ferner über die wenigstens eine Ausgangsleitung 32 und wenigstens eine Stelleinrichtung 34 (z. B. ein elektronisches Motorsteuergerät) die Leistung der Antriebseinheit des Fahrzeugs beeinflußt.
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Im Mikrocomputer 14 sind Programme implementiert, welche die Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängig von einem vom Fahrer vorgegebenen Sollgeschwindigkeitswert steuern, wobei die Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs der vorgegebenen Sollgeschwindigkeit angenähert wird. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Geschwindigkeitssteuerung um einen Geschwindigkeitsbegrenzer, welcher durch Eingriff in wenigstens eine Radbremse des Fahrzeugs und/oder durch Reduzierung des Motormoments die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf die vom Fahrer vorgegebene Sollgeschwindigkeit begrenzt. In anderen Anwendungsfällen handelt es sich um einen Fahrgeschwindigkeitsregler, welcher die vom Fahrer vorgegebene Sollgeschwindigkeit einhält, indem die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bei Unterschreiten der Sollgeschwindigkeit z. B. durch Lösen der Bremse und/oder Erhöhen der Antriebsleistung, bei Überschreiten durch Bremseneingriff und/oder Verringern der Antriebsleistung erniedrigt wird. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Fahrgeschwindigkeitsbegrenzer bzw. -regler hauptsächlich im off-road-Bereich eingesetzt, wobei insbesondere bei Bergabfahrt die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf den vorgegebenen Sollgeschwindigkeitswert durch Reduzierung der Motorleistung und/oder durch Aufbau von Bremskraft an ausgewählten Radbremsen begrenzt wird. Vor allem bei einer solchen Anwendung, aber auch bei anderen Begrenzungs- bzw. Regelanwendungen, ist es wünschenswert, daß die Sollgeschwindigkeit möglichst niedrig und konstant vorgegeben werden kann, der Fahrer die Sollgeschwindigkeit einfach an unterschiedliche Situationen, insbesondere unterschiedliche Geländesituationen anpassen kann, die Vorgabe für ihn nachvollziehbar ist und die Geschwindigkeitsvorgabe den Fahrer analog zur herkömmlichen Fahrgeschwindigkeitsreglern entlastet.
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Daher ist vorgesehen, die Geschwindigkeitsvorgabe für die Geschwindigkeitssteuerung durch Betätigen des Brems- und des Gaspedals durch den Fahrer vorzunehmen. Wird die Geschwindigkeitssteuerung, beispielsweise durch Umlegen eines entsprechenden Aktivierungsschalters, aktiviert, wird eine vorgegebene Standardsollgeschwindigkeit eingestellt. Diese liegt in einem Ausführungsbeispiel im Bereich von 10 km/h, in anderen bei anderen Werten. Durch Betätigen des Brems- oder des Gaspedals wird es dem Fahrer erlaubt, die Sollgegeschwindigkeit stufenlos (im Rahmen der Auflösung) zu variieren. Betätigt der Fahrer also das Gaspedal, wird die Sollgeschwindigkeit, vorzugsweise bis auf einer der Gaspedalstellung entsprechenden Größe erhöht. Entsprechend wird die Sollgeschwindigkeit bei Reduzieren der Gaspedalstellung erniedrigt. Bei vollständigem Loslassen des Gaspedals wird eine minimale Sollgeschwindigkeit eingestellt. Bei Loslassen des Gaspedals erfolgt ein kontinuierlicher Übergang der Sollgeschwindigkeit auf diese minimale Sollgeschwindigkeit. Die minimale Sollgeschwindigkeit ist maximal die bei Aktivieren der Geschwindigkeitssteuerung vorgegebene Standardsollgeschwindigkeit. Die minimale Sollgeschwindigkeit wird entsprechend der der Geschwindigkeitssteuerung zugrundeliegenden Sollgeschwindigkeit durch Betätigung des Gaspedals erhöht, solange sie unterhalb ihres Maximalwerts liegt. Ferner ist ein Minimalwert für die minimale Sollgeschwindigkeit vorgesehen, der beispielsweise im Bereich einiger Kilometer pro Stunde, z. B. 5 km/h, liegt. Durch Betätigen des Bremspedals und Abbremsen des Fahrzeugs unter die Standardsollgeschwindigkeit wird die Standardsollgeschwindigkeit und die minimale Sollgeschwindigkeit reduziert, beide ggf. bis auf ihren Minimalwert. Bei Betätigen des Gaspedals wird die Sollgeschwindigkeit und die minimale Sollgeschwindigkeit wieder angehoben, wobei die minimale Sollgeschwindigkeit höchstens bis zur Standardsollgeschwindigkeit angehoben wird. Die Anhebung der Sollgeschwindigkeit durch Gaspedalbetätigung erfolgt linear durch einen konstanten Faktor proportional zur Gaspedalstellung. Diese Proportionalitätskonstante sollte so bemessen sein, daß die sich beim Beschleunigen des Fahrzeuges abhängig von der Gaspedalstellung einstellende Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb der vorgegebenen Sollgeschwindigkeit liegt. Dieser Zusammenhang wird durch Applikation ermittelt. Die Anhebung der Sollgeschwindigkeit ist jedoch nur bis zu einer maximalen Gaspedalstellung GPmax möglich. Darüber hinaus bleibt die Sollgeschwindigkeit konstant.
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Ein möglicher Zusammenhang zwischen Sollgeschwindigkeit und minimaler Sollgeschwindigkeit ist in 3 dargestellt. Dort ist ein Diagramm aufgezeichnet, bei welchem die minimale Sollgeschwindigkeit VSOLLMIN über der der Geschwindigkeitssteuerung zugrundeliegenden Sollgeschwindigkeit VSOLL aufgetragen ist. Ferner ist die Standardsollgeschwindigkeit VSOLLSTART und der Minimalwert MIN der minimalen Sollgeschwindigkeit aufgetragen. Im Bereich zwischen Minimalwert MIN und Standardsollgeschwindigkeit VSOLLSTART verändert sich die minimale Sollgeschwindigkeit entsprechend der Sollgeschwindigkeit VSOLL. Hier ist auch eine andere Ausführung denkbar, in dem z. B. die bei Loslassen des Gaspedals aktuell vorhandene Fahrzeuggeschwindigkeit als neue Sollgeschwindigkeit genutzt wird, sofern sie noch unterhalb der Standardsollgeschwindigkeit Vsollstart liegt. Wird die Sollgeschwindigkeit über die Standardsollgeschwindigkeit hinaus erhöht, bleibt die Minimalsollgeschwindigkeit auf der Standardsollgeschwindigkeit begrenzt. Entsprechendes gilt an der unteren Grenze für den Minimalwert. Bei Verringerung der minimalen Sollgeschwindigkeit durch Bremspedalbetätigung wird als neue minimale Sollgeschwindigkeit die Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet, welche beim Lösen des Bremspedals vorgelegen hat. Diese muß sich jedoch unterhalb des Maximalwertes der minimalen Sollgeschwindigkeit Vsollstart befinden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der oben dargestellten Vorgehensweise ist anhand des Flußdiagramms nach 2 skizziert. Dieses repräsentiert ein Programm des Mikrocomputers 14 zur Durchführung der oben dargestellten Vorgehensweise. Es wird eingeleitet, wenn die Geschwindigkeitssteuerung beispielsweise durch Betätigen eines Schalters durch den Fahrer aktiviert wird.
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Im ersten Schritt 100 wird die Sollgeschwindigkeit VSOLL auf die Standardsollgeschwindigkeit VSOLLSTART gesetzt. Entsprechend wird die minimale Sollgeschwindigkeit VSOLLMIN auf diesen Wert eingestellt. Im nächsten Schritt 102 wird die Fahrzeuggeschwindigkeit VFZ, die Gaspedalstellung GP und die Bremspedalstellung BP eingelesen. Die Fahrzeuggeschwindigkeit wird dabei im bevorzugten Ausführungsbeispiel aus wenigstens einer ausgewählten Radgeschwindigkeit abgeleitet. in anderen Beispielen wird sie direkt gemessen. Die Gaspedalstellung wird durch Erfassen der Stellung des Gaspedals erfaßt (z. B. über den Winkel der Drosselklappe), während die Bremspedalstellung entweder durch Erfassung der Auslenkung des Bremspedals, der Betätigungskraft auf das Bremspedal oder eines vom Fahrer beeinflußten Druckwertes (z. B. Vordruck) in der Bremsanlage bestimmt wird. In anderen Ausführungsbeispielen reicht es auch aus, anstatt die Bremspedalstellung zu ermitteln, lediglich einen Schalter mit den Zuständen „betätigt” und „nicht betätigt” abzufragen. Im darauffolgenden Abfrageschritt 104 wird überprüft, ob der Fahrer das Gaspedal betätigt hat, d. h. ob die Gaspedalstellung einen Minimalwert, z. B. Null, überschreitet. Ist dies der Fall, wird im folgenden Schritt 108 die Sollgeschwindigkeit VSOLL als Funktion der Gaspedalauslenkung und der minimalen Sollgeschwindigkeit verändert, während die minimale Sollgeschwindigkeit eine entsprechende Veränderung abhängig von der Gaspedalstellung unter Begrenzung auf die Standardsollgeschwindigkeit VSOLLSTART erfährt (wie z. b. unter 3 dargestellt). Nach Schritt 108 wird im Schritt 110 die die Geschwindigkeitssteuerung vornehmende Stellgröße bzw. Stellgrößen auf der Basis von Sollgeschwindigkeit VSOLL und Fahrzeuggeschwindigkeit VFZ berechnet. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird abhängig von der Abweichung zwischen Soll- und Fahrzeuggeschwindigkeit ein das Antriebsmoment der Antriebseinheit des Fahrzeugs bestimmende Stellgröße und/oder eine die Bremswirkung an ausgewählten Radbremsen bestimmende Stellgröße erzeugt, derart, daß sich die Fahrgeschwindigkeit wenigstens bei Überschreiten der Sollgeschwindigkeit sich dieser annähert. Die Stellgröße(n) wird(werden) an die entsprechende(n) Stelleinrichtunge(n) ausgegeben. Im nächsten Abfrageschritt 112 wird überprüft, ob die Geschwindigkeitssteuerung z. B. durch den Fahrer ausgeschaltet ist. Ist dies der Fall, wird das Programm beendet, andernfalls mit Schritt 102 wiederholt. Ist in Schritt 104 festgestellt worden, daß das Gaspedal nicht betätigt ist, wird im Schritt 120 überprüft, ob das Bremspedal betätigt ist. Dies erfolgt beispielsweise durch Vergleich des die Bremspedalbetätigung anzeigenden Signals BP mit einem Minimalwert, z. B. Null, oder durch Auswertung eines Schalters. Ist das Bremspedal nicht betätigt, folgt Schritt 110 mit der Berechnung der Stellgröße bzw. Stellgrößen abhängig von den aktuellen Größen, während bei betätigtem Bremspedal gemäß Schritt 122 die Sollgeschwindigkeit auf der Basis des Betätigungssignals verringert und die minimale Sollgeschwindigkeit, ggf. bis auf einen Minimalwert MIN, abhängig von der Bremspedalbetätigung reduziert wird.
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Die Wirkungsweise der oben dargestellten Vorgehensweise ist anhand von Zeitdiagrammen in 4 skizziert. Dabei zeigt 4a den zeitlichen Verlauf der Sollgeschwindigkeit VSOLL (durchgezogen), den der Istgeschwindigkeit VFZ (gestrichelt) und den der minimalen Sollgeschwindigkeit VSOLLMIN (strichpunktiert). In 4b ist beispielhaft die Auslenkung des Gaspedals GP, in 4c die des Bremspedals BP über der Zeit aufgetragen. Nach Aktivieren der Geschwindigkeitssteuerung wird die Geschwindigkeitssteuerung gemäß 4a mit der Standardsollgeschwindigkeit VSOLLSTART betrieben. Entsprechend wird die Istgeschwindigkeit VFZ auf diese Sollgeschwindigkeit eingestellt. Zum Zeitpunkt t0 wird das Bremspedal betätigt (vgl. 4c), zum Zeitpunkt t1 wieder gelöst. Dies bedeutet, daß ab dem Zeitpunkt t0 eine Reduzierung der Fahrzeuggeschwindigkeit bis zum Zeitpunkt t1 stattfindet, was eine entsprechende Reduzierung der minimalen Sollgeschwindigkeit und der Sollgeschwindigkeit zur Folge hat. Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 wird die zum Zeitpunkt t1 vorliegende Sollgeschwindigkeit der Geschwindigkeitssteuerung zugrunde gelegt, so daß die Fahrzeuggeschwindigkeit VFZ der Sollgeschwindigkeit in diesem Bereich im wesentlichen entspricht (vgl. 4a). Zum Zeitpunkt t2 wird das Gaspedal betätigt und zum Zeitpunkt t3 wieder losgelassen. Dies bedeutet, daß die Sollgeschwindigkeit zum Zeitpunkt t2 erhöht und entsprechend die Fahrzeuggeschwindigkeit nachgesteuert wird. Die minimale Sollgeschwindigkeit wird maximal bis zur Standardsollgeschwindigkeit VSOLLSTART erhöht. Die Sollgeschwindigkeit Vsoll wird nur bis zur maximalen Gaspedalstellung GPmax erhöht und dann konstant gehalten. Kurz vor dem Zeitpunkt t3 wird das Gaspedal wieder losgelassen (vgl. 4b), so daß die Sollgeschwindigkeit auf die minimale Sollgeschwindigkeit, hier die Standardsollgeschwindigkeit, reduziert wird. Die Fahrzeuggeschwindigkeit wird bis zur Standardsollgeschwindigkeit reduziert (vgl. 4a). Zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 wird erneut das Bremspedal betätigt, so daß die Sollgeschwindigkeit ab dem Zeitpunkt t4 reduziert wird. Zum Zeitpunkt t5 wird das Gaspedal gelöstDie minimale Sollgeschwindigkeit bleibt auf dem Minimalwert, ebenso die Sollgeschwindigkeit, auf welche dann die Geschwindigkeitssteuerung vorgenommen wird.
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Der Maximalwert entspricht in anderen Ausführungen nicht dem Standardwert VSOLLSTART, sondern wird auf einen anderen Wert festgelegt.
