DE3523352C2 - Verfahren zum Regeln der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, der im Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 genannten Art sowie auf eine elektronische Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 28 31 238 A1 ist eine solche Regeleinrichtung für die Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges bekannt. Die Regeleinrichtung weist einen Istwertgeber, eine Speichereinrichtung für einen der gewünschten Fahr­ geschwindigkeit proportionalen Sollwert, wobei bei Betätigung wenigstens einer Schaltvorrichtung der Istwert in die Sollwert-Speichereinrichtung übertragbar ist, Mit­ tel zur Durchführung eines Istwert-Sollwert-Vergleichs und einen durch die Differenz dieser Werte steuerbaren Stellregelkreis, der über einen Stellantrieb auf ein die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges beeinflussendes Element einwirkt, auf. Der Soll­ wertspeichereinrichtung ist weiterhin eine Hilfs-Sollwertspeichereinrichtung zugeord­ net, in der eine Rampe erzeugbar ist, wobei der Rampenwert während einer durch die Regeleinrichtung zu bewirkenden Fahrgeschwindigkeitsänderung einen zusätzlichen Geschwindigkeitssollwert vorgibt. Bei der bekannten Regeleinrichtung werden also ausschließlich Geschwindigkeitssollwerte vorgegeben, wobei mit konstant bleiben­ den sowie mit rampenförmig veränderbaren Geschwindigkeitssollwerten gearbeitet wird.

Ein Regelverfahren, mit die Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges bei Erreichen einer gewünschten Fahrgeschwindigkeit konstant gehalten wird, ohne daß der Fahrzeuglenker erst manuell besondere Schaltglieder betätigen muß, ist an sich bereits aus der DE-OS 28 29 894 bekannt. Bei diesem bekannten Regelverfahren handelt es sich um eine Beschleuni­ gungsregelung, bei der in einem analogen Regelkreis ein vom Fahrzeuglenker mittels des Gas- und Bremspedals vorgegebener Beschleunigungs-Sollwert mit einem aus der erfaßten Fahrgeschwindigkeit ermittelten Beschleunigungs-Istwert verglichen wird und ein Regler bei Abweichungen zwischen Soll- und Istwert ein Stellglied, insbesondere eine Vergaser­ drosselklappe oder eine Kraftstoff-Einspritzpumpe, in einem diese Abweichung beseitigen­ den Sinne verstellt.

Zwar besitzt der Fahrzeuglenker durch Betätigen der Fahrpedale bei diesem bekannten Regelverfahren einen unmittelbaren Durchgriff auf das Fahrzeug bzw. dessen Fahrzustand, doch läßt sich diese Beschleunigungsregelung problemlos nur mit einem analogen Regel­ kreis durchführen. Digitale Regelkreise mit digitalen Recheneinheiten, insbesondere Mikro­ prozessoren, sind - obgleich ihr Einsatz wegen ihrer ausgeprägten Störunanfälligkeit an sich besonders erstrebenswert wäre - praktisch nicht einsetzbar, da sie zu einer stetigen Signal­ verarbeitung nicht in der Lage sind, die Fahrzeugbeschleunigung sich jedoch unter Umstän­ den wesentlich schneller ändert als es dem durch den Arbeitstakt bestimmten Pro­ grammablauf des Mikroprozessors bzw. der digitalen Recheneinheit entspricht.

Des weiteren ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE 27 01 567 A1 eine Geschwindigkeitssteuerungseinrichtung beschrieben, bei der ein Einstellglied (Gaspedal) und ein Geschwindigkeitsregler zusammenwirken. Über das Einstellglied werden je nach Betätigung eine Beschleunigung und eine Verzögerung des Fahrzeu­ ges ausgelöst oder aber im sogenannten Druckpunktbereich die Fahrgeschwindigkeit so gelassen, wie sie gerade ist. Dem Einstellglied ist ein Geschwindigkeits-Sollwert­ geber nachgeschaltet, der aus dem über das Einstellglied mitgeteilten Fahrerwunsch einen Geschwindigkeits-Sollwert aufbereitet. Dieser Geschwindigkeits-Sollwert wird dann zusammen mit dem Geschwindigkeits-Istwert dem Geschwindigkeitsregel­ verstärker zugeführt, dessen Ausgangssignal wiederum den Antriebsaggregatregler steuert. Dieser Antriebsaggregatregler wirkt direkt auf die Stellung der Drosselklappe der Brennkraftmaschine, deren Verstellwinkel somit abhängig vom Ausgangssignal des Geschwindigkeitsregelverstärkers ist. Der Geschwindigkeitssollwertgeber der Geschwindigkeitssteuerungseinrichtung besteht aus einem Funktionsgenerator, einem Integrator und aus einer Ladestufe. Zur Feststellung der Integrationsrichtung dient eine Integrationsrichtungslogik. Für die Ermittlung des Geschwindigkeits- Sollwertes erhält der Geschwindigkeitssollwertgeber von dem Einstellglied ein win­ kelabhängiges Ausgangssignal, das dem Funktionsgenerator und der Integrations­ logik zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Funktionsgenerators bildet das Ein­ gangssignal der Ladestufe, die durch einen spannungsgesteuerten Oszillator gebildet wird. Das Ausgangssignal der Ladestufe ist somit in seiner Frequenz abhängig von der Stellung des Einstellgliedes, d. h. je nachdem, ob der Winkel kleiner oder größer einem bestimmten Grundwinkel ist, erfolgt im Integrator eine Integration in Richtung höherer oder niedrigerer Werte, welche dann als Geschwindigkeits-Sollwert verwen­ det werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Regeln der Fahrgeschwindig­ keit eines Kraftfahrzeugs der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art einerseits in der Weise ergonomisch günstiger auszubilden, daß der Fahrzeuglenker, ohne zusätzliche Aktivitäten ausüben zu müssen, durch sein Betätigen der Fahrpedale (Gas- und/oder Bremspedal) einen unmittelbaren Durchgriff auf das Fahrzeug bzw. auf dessen Fahrzustand besitzt, und andererseits so auszugestalten, daß es auch mit digitalen Regelelementen, ins­ besondere digitalen Recheneinheiten wie Mikroprozessoren etc. durchgeführt werden kann, die einerseits insbesondere bezüglich der Signalverarbeitung wesentlich störunanfälliger sind als analoge Regelbausteine, andererseits aber zu einer stetigen Signalverarbeitung nicht in der Lage sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patent­ anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß werden also zum Betrieb des Fahrzeuges vom Fahrzeuglenker ausschließlich Beschleunigungs-Sollwerte vorgegeben und je nach dem, ob ein von Null abweichender Beschleunigungs-Sollwert oder aber der Beschleunigungs-Sollwert Null vorliegt, wird selbsttätig entweder eine Beschleunigungssteuerung oder eine Geschwindigkeitsregelung durchgeführt, wobei in einem vorgegebenen Arbeitstakt in einem sich ständig wieder­ holenden Kreislauf nacheinander die aktuelle Fahrgeschwindigkeit ermittelt und das Stellglied u. a. unter Verwendung eines aus einer in einem Kennlinien-Speicher als Modell der Fahrzeug-Längsdynamik abgespeicherten Kennlinie entnommenen, für stationäre Zustände geltenden Wertes der Stellgliedaussteuerung ausgesteuert wird.

Dadurch, daß der elektronischen Regeleinrichtung durch die im Kennlinien- Speicher als Modell der Fahrzeug-Längsdynamik abgespeicherte Kennlinie α_DK = f (v) vorab die wesentlichen Kenntnisse über die Regelstrecke gegeben werden, auf die während der Beschleunigungssteuerung bzw. Geschwin­ digkeitsregelung zurückgegriffen wird, wird das vorerwähnte Handikap digitaler Recheneinheiten bzw. Mikroprozessoren ausgeglichen und gleich­ zeitig die Anforderungen an die Genauigkeit und Schnelligkeit zum Bei­ spiel der Geschwindigkeitssensoren und des Stellgliedes im Vergleich zu analogen Einrichtungen verringert.

Die Erfindung wird nachstehend beispielhaft anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert, in welcher

Fig. 1 im wesentlichen ein Flußdiagramm des erfindungsge­ mäßen Verfahrens,

Fig. 2 das Beispiel einer im Speicher abgespeicherten Kenn­ linie α_DK = f (v),

Fig. 3 ein Geschwindigkeits-Beschleunigungssollwert-Diagramm mit dem Drosselklappenwinkel als Parameter und

Fig. 4 die Fahrgeschwindigkeit als Funktion der Zeit zeigen.

In Fig. 1 wird das Stellglied für die Betriebsmittelzufuhr eines nicht weiter dargestellten Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs 1, nämlich eine Vergaserdrosselklappe 2, von einem elektrischen Motor 3 verstellt, welcher mit Hilfe einer nur angedeuteten elektronischen Regeleinrich­ tung 5 sowie eines dieser nachgeschalteten Leistungsverstärkers 4 nach Maßgabe von vom Fahrzeuglenker mittels Gaspedal 6 und Bremspedal 7 vorgegebener Führungsgrößen β_Gas, β_Bremse sowie eines mittels eines Sensors 9 erfaßten Geschwindigkeits-Istwerts v_aktuell ausgesteuert wird, wobei u. a. der erfaßte Geschwindigkeits-Istwert mit einem in unten näher erläuterter Weise vorgegebenen Geschwindigkeits-Sollwert verglichen und das Stellglied, d. h. die Vergaserdrosselklappe 2, bei auftretenden Abweichungen zwischen Geschwindigkeits-Sollwert und Ge­ schwindigkeits-Istwert solange und derart verstellt wird, bis diese Abweichungen beseitigt sind.

Erfindungsgemäß wird nun diese Geschwindigkeitsregelung mit einer Be­ schleunigungssteuerung verknüpft, und vom Fahrzeuglenker werden zur Einhaltung und/oder Veränderung der gewünschten Fahrgeschwindigkeit ausschließlich Beschleunigungs-Sollwerte vorgegeben. Außerdem sind in der elektronischen Regeleinrichtung 5 einerseits ein nicht weiter dargestellter setzbarer Speicher, in dem bei Erreichen einer gewünschten einzuhaltenden Fahrgeschwindigkeit die zu diesem Zeitpunkt gerade erfaßte aktuelle Fahrgeschwindigkeit (Geschwindigkeits-Istwert) als Geschwindig­ keits-Sollwert für die Geschwindigkeitsregelung gespeichert werden kann, und andererseits ein sogenannter Kennlinien-Speicher vorgesehen, in welchem als Modell der Fahrzeug-Längsdynamik eine Kennlinie α_DK = f (v) abgespeichert ist, die für stationäre Verhältnisse, d. h. insbesondere für einen konstanten Fahrwiderstand, eine konstante Fahrzeugbelastung sowie jeweils konstante Fahrgeschwindigkeiten angibt, welche Stell­ gliedaussteuerung, d. h. welcher Drosselklappenwinkel α_DK zur Einhaltung welcher - konstanten - Fahrgeschwindigkeit v erforderlich ist. Eine solche Kennlinie ist als Beispiel in Fig. 2 dargestellt.

Wenn und solange vom Fahrzeuglenker ein von Null verschiedener Beschleuni­ gungs-Sollwert b ≠ 0 vorgegeben ist, wird selbsttätig eine Beschleunigungs­ steuerung durchgeführt. Dabei wird in einem vorgegebenen Arbeitstakt in einem sich ständig wiederholenden Kreislauf nacheinander die aktuelle Fahrgeschwindigkeit v_aktuell als Geschwindigkeits-Istwert ermittelt, aus der im Kennlinien-Speicher abgespeicherten Kennlinie α_DK = f (v) die zu einer - konstanten - Fahrgeschwindigkeit v in Höhe der gerade zuvor ermittelten aktuellen Fahrgeschwindigkeit v_aktuell gehörige Aus­ steuerung des Stellglieds, d. h. des Drosselklappenwinkels α_DKmod entnommen und das Stellglied, d. h. die Vergaserdrosselklappe 2, auf diese Aus­ steuerung α_DKmod eingestellt.

Andererseits wird wenn und solange vom Fahrzeuglenker ein Beschleunigungs- Sollwert b = 0 vorgegeben ist, selbsttätig eine Geschwindigkeitsregelung durchgeführt. Dabei wird zunächst die im Zeitpunkt dieser Beschleunigungs- Sollwert -Vorgabe mittels des Sensors 9 ermittelte aktuelle Fahrgeschwin­ digkeit (Fahrgeschwindigkeits-Istwert) im vorerwähnten setzbaren Speicher als Geschwindigkeits-Sollwert eingespeichert und die Aussteuerung des Stellglieds, d. h. der Drosselklappenwinkel α_DK der Vergaserdrossel­ klappe 2 auf einen Wert eingestellt, welcher der Aussteuerung α_DKmod entspricht, der aus der abgespeicherten Kennlinie α_DK = f (v) für eine Fahrgeschwindigkeit in Höhe dieser als Sollwert eingespeicherten Fahrgeschwindigkeit v_aktuell entnehmbar ist. Anschließend wird im vor­ gegebenen Arbeitstakt in einem sich ständig wiederholenden Kreislauf der so abgespeicherte Geschwindigkeits-Sollwert mit der im Arbeitstakt erfaßten jeweiligen aktuellen Fahrgeschwindigkeit (Istwert) verglichen und die Aussteuerung der Vergaserdrosselklappe 2 korrigiert entsprechend der Beziehung

Diese Geschwindigkeitsregelung sowie Beschleunigungssteuerung können in einfacher Weise unter Verwendung einer digitalen Recheneinheit, insbesondere eines Mikroprozessors, der in einem festgelegten Arbeits­ takt und in einem sich ständig wiederholenden Kreislauf nacheinander einzelne Meß-, Abfrage-, Schalt- und Stellschritte durchführt und/oder auslöst, verwirklicht werden.

Im Flußdiagramm der Fig. 1 ist der prinzipielle Ablauf der Verfahrens­ schritte der Beschleunigungssteuerung bzw. Geschwindigkeitsregelung dargestellt.

Bei Inbetriebnahme des Fahrzeuges, z. B. beim Betätigen der Zündung oder des Anlassers, findet zunächst eine Initialisierung des Systems statt, wodurch u. a. erforderlichenfalls bestimmte Schalter der elektro­ nischen Regeleinrichtung 5 in eine Grundstellung gebracht werden und der vorerwähnte setzbare Speicher - falls in ihm noch ein Wert gespeichert ist - gelöscht werden kann. Sodann wird im vorgegebenen Arbeitstakt, z. B. im Arbeitstakt eines Mikroprozessors, nacheinander zunächst aus der mittels des Sensors 9 erfaßten aktuellen Fahrgeschwindigkeit v_aktuell der Fahrgeschwindigkeits-Istwert v_ist gemessen und ggf. - z B. mittels Filteranordnungen o. ä. - von eventuellen Meßfehlern befreit und anschließend der Beschleunigungs-Sollwert b_soll gemessen. Dieser ist im Ausführungsbei­ spiel eine Funktion der Differenz zwischen Gaspedal- und Bremspedalstellung, d. h. es gilt b_soll = k (β_Gas - β_Bremse). Abweichend davon wäre es aber auch möglich, die benötigten positiven oder negativen Beschleunigungs- Sollwerte mittels eines einzigen, als Stufenpedal ausgebildeten Fahrpedals zu erzeugen, indem ausgehend von einer den Beschleunigungswert b = 0 repräsentierenden spürbaren Rast- oder Druckstelle ein Verschwenken des Fahrpedals in die eine Richtung positive und eine Verschwenkung in die entgegengesetzte Richtung negative Beschleunigungs-Sollwerte liefert.

Bis hierher, d. h. bis zur Messung des Beschleunigungs-Sollwertes, stimmen die Verfahrensschritte der Beschleunigungssteuerung und der Geschwindigkeitsregelung überein.

Anschließend findet jedoch, je nach dem, ob der zuvor gemessene Beschleuni­ gungs-Sollwert Null ist oder einen von Null verschiedenen Wert besitzt, eine Verzweigung statt. Ist b_soll = 0, dann wird selbsttätig eine Ge­ schwindigkeitsregelung durchgeführt, wobei die in den beiden linken Zweigen des Flußdiagramms skizzierten Verfahrensschritte ablaufen, d. h. es wird zunächst der zuvor gerade gemessene Geschwindigkeits-Istwert V_ist im setzbaren Speicher als Geschwindigkeits-Sollwert v_soll gesetzt und aus dem Kennlinien-Speicher der zu diesem Geschwindigkeits-Istwert passende Drosselklappenwinkel α_DKmod ausgelesen - und die Vergaser­ drosselklappe 2 entsprechend eingestellt - und anschließend wird im vorgegebenen Arbeitstakt und in einem sich ständig wiederholenden Kreis­ lauf der abgespeicherte Geschwindigkeits-Sollwert mit dem im Arbeitstakt gemessenen Geschwindigkeits-Istwert verglichen und - bei Nichtüber­ einstimmung - die Stellung der Vergaserdrosselklappe 2 korrigiert entsprechend der Beziehung

Wird dagegen b_soll ≠ 0 gemessen, dann wird selbsttätig eine Beschleunigungs­ steuerung durchgeführt, wobei im vorgegebenen Arbeitstakt und einem sich ständig wiederholenden Kreislauf nacheinander im allgemeinen die im mittleren Zweig des Flußdiagramms skizzierten Verfahrensschritte ablaufen.

Zur Berücksichtigung sich während einer Beschleunigungs- oder Verzögerungs­ phase (negative Beschleunigungsphase) ändernder Fahrwiderstände, die unter bestimmten Umständen dazu führen könnten, daß das Fahrzeug z. B. trotz einer an sich geforderten Fahrzeugbeschleunigung eine Verzögerung erfährt, kann es jedoch von Vorteil sein, während der Beschleunigungs­ steuerung im Arbeitstakt zusätzlich noch die im rechten Zweig des Fluß­ diagramms skizzierten Verfahrensschritte ablaufen zu lassen, d. h. den Beschleunigungs-Istwert b_ist zu bestimmen und dann, wenn dessen Vorzeichen nicht mit dem Vorzeichen des vorgegebenen Beschleunigungs-Soll­ wertes b_soll übereinstimmt, zu dem zuvor aus dem Kennlinien-Speicher entnommenen Drosselklappenwinkel α_DKmod ein dieser Nichtübereinstimmung entgegenwirkendes Korrekturglied α_korrektur zu addieren.

Anhand eines in Fig. 4 dargestellten Fahrzyklusses, der - beginnend mit dem Stillstand - eine Beschleunigungsphase, eine Phase konstanter Fahrgeschwindigkeit und eine Verzögerungsphase enthält, sei der Ablauf der Beschleunigungssteuerung .und Geschwindigkeitsregelung nachstehend näher erläutert, wobei zunächst noch einige Hinweise bezüglich der Darstellungen in Fig. 2 und Fig. 3 gegeben werden sollen.

Fig. 2 zeigt eine Kennlinie α_DK = f (v), die als Modell der Fahrzeug Längsdynamik im vorerwähnten Kennlinien-Speicher, z. B. eines Mikro­ prozessors, eingespeichert ist und - unter der Voraussetzung stationärer Verhältnisse (v = konstant) - angibt, welcher Drosselklappenwinkel α_DK jeweils erforderlich ist, um eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit v einzuhalten. Bei dieser Kennlinie sind sowohl eine bestimmte Fahrzeug­ motorisierung als auch ganz bestimmte Fahrwiderstände, die sich aus dem Fahrzeuggewicht, dem Rollwiderstand, der Fahrbahnsteigung etc. zusammensetzt, angenommen. Im Kennlinienspeicher - des Mikroprozessors - ist also nur eine Kennlinie eingespeichert, die in Fig. 2 als Vollinie gezeichnet ist. Daneben sind gestrichelt zwei weitere Kennlinienverläufe eingezeichnet, welche die Verhältnisse andeuten, die vorlägen, wenn z. B. statt der angenommenen ebenen Fahrbahn eine bestimmte Steigung (linke Kurve) oder ein bestimmtes Gefälle (rechte Kurve) vorläge.

Fig. 3 schließlich zeigt ein Geschwindigkeits-Beschleunigungssollwert- Diagramm mit dem Drosselwinkel α_DK der Vergaserdrosselklappe 2 als Parameter.

Wenn das Kraftfahrzeug in Betrieb genommen wird und entsprechend Fig. 4 aus dem Stillstand v = 0 beschleunigt und auf eine bestimmte Fahrge­ schwindigkeit gebracht werden soll, wird der Fahrzeuglenker den Ver­ brennungsmotor zunächst in üblicher Weise starten, d. h. Zündung und Anlasser betätigen, wodurch gemäß Flußdiagramm der Fig. 1 eine Initiali­ sierung des Steuerungs/Regelungs-Systems bewirkt wird. Unter anderem wird der setzbare Speicher für den Fahrgeschwindigkeits-Sollwert gelöscht und im Ausführungsbeispiel entsprechend dem Flußdiagramm ein Schalter SS eingeschaltet, d. h. in die Schaltstellung SS = 1 geschaltet.

Wenn nun das Fahrzeug beschleunigt werden soll, wird vom Fahrzeuglenker ein - positiver - Fahrpedalwinkel eingestellt, im Ausführungsbeispiel also mittels des Gaspedals 6 die Führungsgröße β_Gas, was eine Verstellung des Drosselklappenwinkels zur Folge hat, so daß sich das Fahrzeug in Bewegung setzt. Entsprechend einem vorgegebenen Arbeitstakt - z. B. eines Mikroprozessors - wird nach einer bestimmten Zeit aus der vom Sensor 9 gelieferten aktuellen Fahrgeschwindigkeit v_aktuell der zu diesem Zeitpunkt vorliegende Fahrgeschwindigkeits-Istwert v_ist gemessen und erforderlichenfalls von Meßfehlern o ä. befreit. Nach Messung des Beschleunigungs-Sollwertes b_soll = k (β_Gas - β_Bremse) und Feststellung, daß b_soll ≠ 0 ist, wird entsprechend dem mittleren Zweig des Flußdiagramms aus der im Kennlinien-Speicher abgespeicherten Kennlinie entsprechend Fig. 2 der zu einer Fahrgeschwindigkeit v in Höhe des gerade gemessenen Geschwindigkeits-Istwertes v_ist gehörige Drosselklappenwinkel α_DKmod ausgelesen. Wenn abweichend vom Flußdiagramm der Fig. 1 der vorerwähnte Vorzeichenvergleich zwischen dem Beschleungiungs- Sollwert b_soll und dem Beschleunigungs-Istwert b_ist nicht vorgesehen ist, wird die Vergaserdrosselklappe 2 unmittelbar auf diesen ausgelesenen Drosselklappenwert α_DKmod zuzüglich eines der Führungsgröße β_Gas proportionalen Wertes eingestellt. Im Ausführungsbeispiel wird jedoch die rechte Schleife des Flußdiagramms durchlaufen, da ein Schaltglied SS bei der Initialisierung in die Schaltstellung SS = 1 umgeschaltet wurde. Entsprechend wird also zunächst der Beschleunigungs-Istwert aus der Zunahme der Fahrgeschwindigkeits-Istwerte errechnet und erst nach einem Vorzeichenvergleich zwischen Beschleunigungs-Sollwert und Beschleu­ nigungs-Istwert der ausgelesene Drosselklappenwinkel α_DKmod zuzüglich des der Führungsgröße β_Gas proportionalen Wertes eingestellt; hierbei wird zunächst unterstellt, daß eine Übereinstimmung der Vorzeichen vorliegt. Entsprechend der Drosselklappenverstellung wird nun die Fahrge­ schwindigkeit v des Fahrzeugs entsprechend Fig. 4 ansteigen.

Im vorgegebenen Arbeitstakt wird während des nächsten Arbeitszyklus; somit ein höherer Fahrgschwindigkeits-Istwert v_ist gemessen und aus der im Kennlinien-Speicher abgespeicherten Kennlinie ein entsprechend größerer Drosselklappenwinkel α_DKmod ausgelesen, was zu einer weiteren Verstellung des Drosselklappenwinkels führt, wobei natürlich wiederum ein Vorzeichenvergleich des Beschleunigungs-Sollwertes und des Beschleuni­ gungs-Istwertes zwischengeschaltet ist. Dieser Arbeitsablauf wiederholt sich ständig. Wenn der vom Fahrzeuglenker vorgegebene - positive - Pedalwinkel β* unverändert beibehalten wird und sich auch an den Fahrbahn­ verhältnissen (Steigung etc.) und der Fahrzeugbeladung nichts ändert, wird die Fahrgeschwindigkeit v des Fahrzeuges somit entsprechend Fig. 4 ständig zunehmen bis schließlich - entsprechend der zur Verfügung stehenden maximalen Motorleistung - die Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs erreicht wäre. Der in Fig. 4 dargestellte lineare Geschwindigkeitsverlauf während der Beschleunigungsphase ist natürlich nur dann richtig, wenn das Fahrzeug mit konstanter Beschleunigung beschleunigt wird.

Das Diagramm der Fig. 3 läßt erkennen, daß der Drosselklappenwinkel der Vergaserdrosselklappe 2 bei Vorgabe eines - positiven - Pedalwinkels β* von einem Drosselklappenwinkel α*_DK ausgehend im Arbeitstakt allmählich vergrößert wird.

Wenn nun - vor Erreichen der Höchstgeschwindigkeit - zu einem Zeitpunkt t₁, zu dem der Drosselklappenwinkel den Wert α_DK1 einnimmt, die dann gerade erreichte Fahrgeschwindigkeit v₁ beibehalten werden soll, wird vom Fahrzeuglenker ein Beschleunigungs-Sollwert b_soll = 0 vorgegeben. Im Ausführungsbeispiel geschieht dies durch Rückstellung des Gaspedals 6 in die Nullstellung. Bei Verwendung eines Fahrpedals, mit dem sowohl positive als auch negative Beschleunigungs-Sollwerte vorgegeben werden, wird dieses Fahrpedal in eine entsprechende definierte Null-Stellung zurückgenommen.

Die Vorgabe des Beschleunigungs-Sollwertes b_soll = 0 hat zur Folge, daß beim nächsten Arbeitszyklus ein anderer Entscheidungs- bzw. Funktions­ zweig des in Fig. 1 dargestellten Flußdiagramms durchlaufen wird.

Zunächst wird der zweite Zweig von links durchlaufen, da das eingangs erwähnte Schaltglied bei der Initialisierung in seine Schaltstellung SS = 1 gebracht wurde. Demzufolge wird der zuvor aus der aktuellen Fahrgeschwindigkeit v_aktuell gemessene Geschwindigkeits-Istwert v_ist im setzbaren Speicher für die nachfolgende Geschwindigkeitsregelung als Geschwindigkeits-Sollwert v_soll abgespeichert und aus der im Kennlinien- Speicher abgespeicherten Kennlinie α_DK = f (v) ein Drosselklappenwinkel α_DKmod ausgelesen, welcher - stationär - zur Einhaltung einer Fahrge­ schwindigkeit in Höhe dieser als Sollwert abgespeicherten Fahrgeschwin­ digkeit erforderlich wäre. Die Vergaserdrosselklappe 2 wird auf diesen Drosselklappenwinkel α_DKmod eingestellt. Entgegen dem Ablauf bei der Beschleunigungssteuerung wird ein der Führungsgröße proportionaler Wert hierbei nicht mehr addiert, da diese Führungsgröße Null ist. Gleich­ zeitig wird in der elektronischen Regeleinrichtung 5 das Schaltglied SS in die Schaltstellung SS = 0 umgeschaltet.

Durch die Umschaltung dieses Schaltgliedes in die Schaltstellung SS = 0 wird bewirkt, daß beim nächsten Arbeitszyklus der äußere linke Zweig des Flußdiagramms durchlaufen und der im vorgegebenen Arbeitstakt je­ weils gemessene Geschwindigkeits-Istwert v_ist mit dem im setzbaren Speicher abgespeicherten Geschwindigkeits-Sollwert verglichen wird.

Unmittelbar nach Vorgabe des Beschleunigungs-Sollwertes b_soll = 0, d. h. unmittelbar nach Abspeicherung des Geschwindigkeits-Sollwertes v_soll stimmen Geschwindigkeits-Sollwert und Geschwindigkeits-Istwert im allgemeinen überein, so daß während dieses Arbeitszyklus′ zunächst keine weitere Drosselklappenverstellung veranlaßt wird und - im vorge­ gebenen Arbeitstakt und in einem sich ständig wiederholenden Kreislauf - der nächste Arbeitszyklus abläuft, und zwar wiederum über den äußeren linken Zweig des Flußdiagramms. Auch bei den folgenden Arbeitszyklen wird jeweils ein Vergleich zwischen Geschwindigkeits-Sollwert v_soll und Geschwindigkeits-Istwert v_ist durchgeführt. Wenn - was zu erwarten ist - der Geschwindigkeits-Istwert vom gespeicherten Geschwindigkeits- Sollwert abweicht, weil die realen Verhältnisse nicht mit den bei der Abspeicherung der Kennlinie α_DK = f (v) vorausgesetzten Strecken- und Lastverhältnissen übereinstimmen, muß eine entsprechende Korrektur des Drosselklappenwinkels vorgenommen werden, d. h. ein vom zuvor aus der Kennlinie entnommenen Winkel α_DKmod abweichender Drosselklappen­ winkel eingestellt werden. Diese Korrektur geschieht dadurch, daß nach Maßgabe der festgestellten Differenz zwischen Geschwindigkeits-Sollwert und Geschwindigkeits-Istwert ein neuer Drosselklappenwinkel ermittelt und eingestellt wird entsprechend der Beziehung

Diese Gleichung ist in der elektronischen Regeleinrichtung 5, z. B. im Mikroprozessor, abgelegt, wobei k1 und k2 Proportionalitätskonstanten, v_soll den abgespeicherten Geschwindigskeits-Sollwert, v_ist den im Arbeits­ takt jeweils aus der gerade erfaßten aktuellen Fahrgeschwindigkeit gemessenen Geschwindigkeits-Istwert und α_DKmod die aus der abgespeicherten Kennlinie für den abgespeicherten Geschwindigkeits-Sollwert v_soll entnehm­ bare Aussteuerung (Drosselklappenwinkel) des Stellgliedes bedeuten.

Durch fortwährende Anwendung dieser Beziehung im vorgegebenen Arbeitstakt, d. h. Arbeitszyklus, wird schließlich v_ist = v_soll werden. Für die obige Gleichung bedeutet dies, daß das zweite Glied 0 wird. Das rechte Summierglied der Gleichung, das einen Winkel repräsen­ tiert, kann dabei als Korrekturglied α_korrektur aufgefaßt werden, weil es einen Winkelwert angibt, um den der Drosselklappenwinkel gegen den zuvor für den vorgegebenen Geschwindigkeits-Sollwert v_soll aus der abgespeicherten Kennlinie ausgelesenen Drosselklappenwinkel α_DKmod korrigiert werden muß, um die gewünschte Geschwindigkeit v_soll - im Beispiel nach Fig. 4 die Geschwindigkeit v₁ - konstant zu halten. Ursache für die Abweichung des tatsächlich einzustellenden Drosselklappenwinkels α_DK vom aus der Kennlinie entnommenen Modell-Drosselklappenwinkel α_DKmod ist, daß die realen Betriebsbedingungen, unter denen das geschwindigkeits­ geregelte Fahrzeug betrieben wird, nicht mit den Verhältnissen (Steigung, Gefälle, Wind, Motoreinstellung, Beladung, etc.) übereinstimmen, die bei Aufstellung der Kennlinie α_DK = f (v) als Modell der Fahrzeug-Längs­ dynamik angenommen worden sind. Dieses Korrekturglied α_korrektur wird gespeichert.

Im Diagramm nach Fig. 3 wird der Drosselklappenwinkel vom Wert α_DK1 zum Zeitpunkt t₁ im eingeregelten Zustand auf den Wert α**_DK verstellt worden sein, den er - gleichbleibende Streckenverhältnisse vorausgesetzt - bis zum Zeitpunkt t₂, d. h. solange das Fahrzeug mit konstanter Fahr­ geschwindigkeit v₁ betrieben wird, beibehält.

Wenn nun, z. B. in Fig. 4 zum Zeitpunkt t₂, vom Fahrzeuglenker durch Vorgabe eines von Null verschiedenen Beschleunigungs-Sollwertes b_soll ≠ 0 die Geschwindigkeitsregelung beendet und je nach Vorzeichen des vorge­ gebenen Sollwertes eine weitere Beschleunigungsphase oder - wie in Fig. 4 - eine Verzögerungsphase eingeleitet werden soll, dann wird wiederum selbsttätig eine Beschleunigungssteuerung durchgeführt und im Flußdiagramm gemäß Fig. 1 nach der Verzweigungsstelle b_soll = 0 ? zunächst der mittlere Zweig und im darauffolgenden Zyklus der rechte Zweig durchlaufen; der mittlere Zweig wird zunächst durchlaufen, weil in der vorangegangenen Geschwindigkeitsregelung (b_soll = 0) das vorer­ wähnte Schaltglied SS der elektronischen Regeleinrichtung 5 in die Schaltstellung SS = 0 umgeschaltet wurde.

Während der nun folgenden Beschleunigungssteuerung wird das aus der vorangegangenen Geschwindigkeitsregelung stammende und gespeicherte Korrekturglied α_korrektur als Zusatzwinkel für den nunmehr einzustellen­ den - neuen - Drosselklappenwinkel verstanden:

α_DK = α_DKmod + α_korrektur + β_Gas - β_Bremse.

α_DKmod und α_korrektur werden im mittleren Zweig aus den abgespeicherten Werten ausgelesen, wobei das aus der vorangegangenen Geschwindigkeits­ regelung stammende Korrekturglied konstant bleibt, der aus dem Kenn­ linien-Speicher auslesbare Wert α_DKmod sich dagegen entsprechend der zugehörigen, im Arbeitstakt erfaßten aktuellen Fahrgeschwindigkeit v_aktuell verändert. Da im Erläuterungsbeispiel gemäß Fig. 4 zum Zeitpunkt t₂ eine - leichte - Verzögerungsphase beginnen soll, bei der das Brems­ pedal getreten und dadurch eine negativ zählende Führungsgröße β_Bremse vorgegeben wird (es wird unterstellt, daß das Bremspedal nur so stark getreten wird, daß noch kein Bremsdruck aufgebaut wird, sonst müßte nämlich die Drosselklappe vernünftigerweise ganz geschlossen werden), wird im letzten Glied des mittleren Zweiges demzufolge ein Drosselklappen­ winkel entsprechend

α_DK = α_DKmod + α_korrektur - β_Bremse

eingestellt. Der Drosselklappenwinkel wird also verringert und das Fahrzeug demzufolge normalerweise verzögert. Da beim Durchlaufen des mittleren Zweiges auch das Schaltglied wieder in seine Schaltstellung SS = 1 umgeschaltet wird, wird während der nachfolgenden Zyklen der Beschleunigungssteuerung der rechte Zweig des Flußdiagramms in vorer­ wähnter Weise durchlaufen. Im Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die Drosselklappe 2 im Zuge der Verzögerungssteuerung mit der Führungs­ größe β_Bremse = - β* zum Zeitpunkt t₃ ihren minimalen Drosselklappen­ winkel α_DKmin erreicht hat (Fig. 3), so daß der Geschwindigkeitsabfall anschließend - gleiche Strecken- und Lastverhältnisse vorausgesetzt - exponentiell erfolgt.

Wenn zu einem späteren Zeitpunkt durch Vorgabe des Beschleunigungs-Soll­ wertes b_soll = 0 erneut eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit konstant gehalten werden soll, werden wiederum im vorgegebenen Arbeitstakt die beiden linken Zweige des Flußdiagramms der Fig. 1 durchlaufen. Grundsätzlich wäre es zwar möglich, hierbei wieder wie zuvor beschrieben vorzugehen, d. h. zunächst einen Drosselklappenwinkel einzustellen, der sich für den neu abgespeicherten Geschwindigkeits-Sollwert aus der abgespeicherten Kennlinie α_DK = f (v) ergibt, und anschließend in den nachfolgenden Arbeitszyklen durch ständige Nachstellung eines Korrekturgliedes den tatsächlich benötigten Drosselklappenwinkel einzustellen, doch ist es von Vorteil, wenn bei der Einstellung des Drosselklappenwinkels von vornherein das aus der vorangegangenen Geschwindigkeitsregelung stammende und abgespeicherte Korrekturglied α_korrektur dem für den neuen Sollwert aus der abgespeicherten Kennlinie entnommenen Winkel α_DKmod addiert wird, da dieses Zusatzglied - zumindest für gleich­ bleibende Streckenverhältnisse - die Abweichung zwischen den für das Fahrzeugmodell angenommenen Strecken- und Lastverhältnissen und den tatsächlichen Strecken- und Lastverhältnissen repräsentiert.

Eine noch schnellere und komfortablere Anpassung des benötigten Drossel­ klappenwinkels ergibt sich, wenn das aus einer vorangegangenen Geschwin­ digkeitsregelung mit einem Geschwindigkeits-Sollwert v_soll,alt gespeicherte alte Korrekturglied α_{korrektur,alt} bei Einleitung der neuen Geschwindig­ keitsregelung mit dem neuen Geschwindigkeits-Sollwert v_soll,neu im Verhältnis dieser beiden Sollwerte zu einem neuen Korrekturglied

umgerechnet und als Zusatzwinkel zum für den neuen Geschwindigkeits- Sollwert aus der abgespeicherten Kennlinie α_DK = f (v) entnehmbaren Drosselklappenwinkel α_DKmod addiert wird. Von dieser ersten Einstellung ausgehend wird der Drosselklappenwinkel sodann im vorgegebenen Arbeits­ takt und im sich ständig wiederholenden Kreislauf ähnlich wie vorher korrigiert entsprechend der Beziehung

In dieser Gleichung bezeichnet v_soll den neuen Geschwindigkeits-Sollwert und α_DKmod den für diesen neuen Geschwindigkeits-Sollwert aus der abgespeicherten Kennlinie auslesbaren Wert.

Die Speicherung des während einer Phase der Geschwindigkeitsregelung ermittelten Korrekturgliedes α_korrektur und seine Verwendung als Zusatzwinkel während einer nachfolgenden Beschleunigungssteuerung und/oder neuen Geschwindigkeitsregelung stellt eine Art Selbstlerneffekt dar, mit dem die im abgespeicherten Fahrzeug-Modell angenommenen stationären Verhältnisse - im gewissen Umfange - an die während des vorliegenden Fahrzeugbetriebes tatsächlich herrschenden Betriebsverhältnisse angepaßt werden. Unter anderem wird dadurch sichergestellt, daß bei Vorgabe eines positiven Beschleunigungs-Sollwertes auch dann eine (positive) Beschleunigung des Fahrzeuges stattfindet, wenn abweichend von den Modellbedingungen keine ebene Fahrbahn, sondern eine ansteigende Fahrbahn vorliegt.

Grundsätzlich wird jedoch bei Initialisierung des Systems, d. h. jeweils bei neuer Inbetriebnahme des Fahrzeuges zwecks Herstellung eines definierten Ausgangszustandes auch das Korrekturglied α_korrektur gelöscht. Erst bei Durchführung einer Geschwindigkeitsregelung wird wiederum ein Korrektur­ glied erzeugt, welches dann bei den nachfolgenden Beschleunigungssteuerungen oder Geschwindigkeitsregelungen in der erläuterten Weise verwertet wird.

Claims (6)

1. Verfahren zum Regeln der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeu­ ges, insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, bei dem mittels einer elektronischen Regeleinrichtung ein Stell­ glied für die Betriebsmittelzufuhr, insbesondere eine Vergaser­ drosselklappe oder eine Kraftstoff-Einspritzpumpe, nach Naßgabe eines vorgegebenen Geschwindigkeits-Sollwertes sowie der als Ge­ schwindigkeits-Istwert erfaßten aktuellen Fahrgeschwindigkeit derart verstellt wird, daß auftretende Abweichungen zwischen Ge­ schwindigkeits-Sollwert und -Istwert beseitigt werden, wobei die Geschwindigkeitsregelung mit einer Beschleunigungssteuerung ver­ knüpft ist und die bei Erreichen einer gewünschten einzuhalten­ den Fahrgeschwindigkeit gerade erfaßte aktuelle Fahrgeschwindig­ keit (Geschwindigkeits-Istwert) durch Speichern in einem setzbaren Speicher als Geschwindigkeits-Sollwert vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet,
daß vom Fahrzeuglenker ausschließlich Beschleunigungs-Sollwerte vorgegeben werden,
daß wenn und solange vom Fahrzeuglenker ein von Null verschiede­ ner Beschleunigungs-Sollwert b ≠ 0 vorgegeben wird, selbsttätig eine Beschleunigungssteuerung durchgeführt wird, indem in einem sich ständig wiederholenden Kreislauf nacheinander aus einer in einem Kennlinien-Speicher als Modell der Fahrzeug-Längsdynamik abgespeicherten Kennlinie α_DK = F (v), welche für stationäre Zu­ stände angibt, bei welcher Fahrgeschwindigkeit welche Stell­ gliedaussteuerung vorliegt, die zu einer Fahrgeschwindigkeit v in Höhe der gerade zuvor ermittelten aktuellen Fahrgeschwindig­ keit gehörige Aussteuerung α_DKmod des Stellglieds entnommen und das Stellglied auf diese Aussteuerung eingestellt wird, und daß wenn und solange vom Fahrzeuglenker ein Beschleuni­ gungs-Sollwert b = 0 vorgegeben wird, selbsttätig eine Fahrgeschwin­ digkeitsregelung durchgeführt wird, indem zunächst die im Zeit­ punkt dieser Sollwert-Vorgabe ermittelte aktuelle Fahrge­ schwindigkeit (Geschwindigkeits-Istwert) im setzbaren Speicher als Geschwindig­ keits-Sollwert eingespeichert und die Aussteuerung des Stell­ gliedes auf einen Wert eingestellt wird, welcher der aus der ab­ gespeicherten Kennlinie α_DK = F (v) für eine Fahrgeschwindigkeit in Höhe dieser Fahrgeschwindigkeit entnehmbaren Aussteuerung α_DKmod entspricht, und indem anschließend in einem sich ständig wiederholenden Kreislauf der abgespeicherte Geschwindig­ keits-Sollwert mit der jeweiligen aktuellen Fahrgeschwindigkeit (Geschwindigkeits-Istwert) verglichen und die Aussteuerung des Stellgliedes kor­ rigiert wird entsprechend der Beziehung worin
v_soll den abgespeicherten Geschwindigkeits-Sollwert,
v_ist die im Arbeitstakt jeweils gerade erfaßte aktuelle Fahrgeschwindigkeit (Geschwindigkeits-Istwert),
k₁, k₂ Proportionalitätskonstanten und
α_DKmod die aus der abgespeicherten für den abgespeicherten Ge­ schwindigkeits-Sollwert v_soll entnehmbare Aussteuerung (Drosselklappenwinkel) des Stellgliedes bedeuten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen der bei Beendigung einer Geschwindigkeitsregelung tatsächlich eingestellten Aussteuerung α_DK des Stellgliedes und der aus der abgespeicherten Kennlinie α_DK = f (v) für den Fahrgeschwindigkeits-Sollwert v_soll entnehmbaren Aussteuerung α_DKmod als Korrekturglied α_korrektur gespeichert und während einer anschließenden Beschleunigungssteuerung als Zusatzaussteuerung zur aus der abgespeicherten Kennlinie α_DK = f (v) für die jeweilige aktuelle Fahrgeschwindigkeit entnehmbaren Aus­ steuerung α_DKmod addiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gespeicherte Korrekturglied α_{korrektur,alt} aus einer vorangegangenen Geschwindigkeitsregelung mit einem Geschwin­ digkeits-Sollwert v_soll,alt bei Einleitung einer erneuten Geschwindig­ keitsregelung mit einem Geschwindigkeits-Sollwert v_soll,neu im Verhältnis der beiden Sollwerte umgerechnet und als Zusatzaussteuerung zur aus der abgespeicherten Kennlinie α_DK = f (v) für die als neuer Sollwert abgespeicherte Fahrgeschwindigkeit entnehmbaren Aussteuerung α_DKmod addiert und die Aussteuerung des Stellgliedes im übrigen im Arbeitstakt und im sich ständig wiederholenden Kreislauf korrigiert wird entsprechend der Beziehung

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrekturglied α_korrektur bei Inbetrieb­ nahme des Kraftfahrzeuges, insbesondere bei Betätigung des Anlassers, gelöscht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Beschleunigungssteuerung im Arbeitstakt und im sich ständig wiederholenden Kreislauf das Vorzeichen des Beschleunigungs-Istwertes b_ist mit dem Vorzeichen des Beschleunigungs-Sollwertes b_soll verglichen und bei deren Nicht­ übereinstimmung ein dieser Nichtübereinstimmung entgegenwirkendes Korrekturglied α_korrektur oder ein ein bereits vorhandenes Korrektur­ glied entsprechend korrigierendes Zusatzkorrekturglied Δα_korrektur zum aus der abgespeicherten Kennlinie α_DK = f (v) jeweils entnommenen Wert für die zur erfaßten aktuellen Fahrgeschwindigkeit (Istwert) zugehörige Aussteuerung α_DKmod addiert wird.

6. Elektronische Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung einer digitalen Recheneinheit, insbesondere eines Mikroprozessors, welche in einem festgelegten Arbeitstakt und in einem sich ständig wiederholenden Kreislauf nachein­ ander einzelne Meß-, Abfrage-, Schalt- und Stellschritte durchführt und/oder auslöst und u. a. einen Kennlinien-Speicher enthält, in dem als Modell der Fahrzeug-Längsdynamik eine Kennlinie α_DK = f (v) abgespeichert ist, die für stationäre Verhältnisse angibt, welche Stellgliedaussteuerung α_DK zur Einhaltung welcher - konstanten - Fahrgeschwindigkeit v erforderlich ist.