DE4141588A1

DE4141588A1 - Fahrgeschwindigkeitsregler fuer ein fahrzeug

Info

Publication number: DE4141588A1
Application number: DE4141588A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Ing Fenchel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-12-17
Filing date: 1991-12-17
Publication date: 1993-06-24
Also published as: FR2684933B1; FR2684933A1; JPH05246271A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Fahrgeschwindigkeitsregler für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Fahrgeschwindigkeitsregler für Fahrzeuge sind aus dem Stand der Technik in vielfacher Weise bekannt. Beispielsweise beschreibt die DE-OS 37 03 645 (US 48 84 203) einen Fahrgeschwindigkeitsregler mit Proportional- und Integralanteil, welche in verschiedenen Betriebs zuständen des Fahrgeschwindigkeitsreglers bzw. des Fahrzeugs unter schiedliche Werte annehmen können. Aus dieser Beschreibung ist eine allgemeine Darstellung einer Fahrgeschwindigkeitsregelung bekannt.

Dieser bekannte Fahrgeschwindigkeitsregler zeigt nach Gefällefahrt bzw. nach Bergfahrt mit eingeschaltetem Fahrgeschwindigkeitsregler gewisse Nachteile. Die Stellgröße des Reglers hat während der Ge fälle- oder Bergfahrt die untere bzw. obere Stellgrößenbegrenzung erreicht. Nach Beendigung der Gefälle- bzw. Bergfahrt, wenn die Ist geschwindigkeit des Fahrzeugs wegen der Stellgrößenbegrenzung größer bzw. kleiner als die Sollgeschwindigkeit ist, schwingt beim Einre gelvorgang auf die Sollgeschwindigkeit die Fahrgeschwindigkeit un ter- bzw. über. Dadurch entsteht ein verschlechtertes Regelverhalten und damit ein verminderter Fahrkomfort.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Fahrgeschwindigkeits regler mit verbessertem Regelverhalten und Fahrkomfort, vorzugsweise nach Gefälle- bzw. Bergfahrt mit eingeschaltetem Regler, anzugeben.

Ein prinzipieller Nachteil liegt beim bekannten Fahrgeschwindig keitsregler mit Proportional- und Integralanteil auch in einem unbe friedigenden Störverhalten. Bei Störungen neigt der geschlossene Re gelkreis eines PI-Fahrgeschwindigkeitsreglers zu niederfrequenten Instabilitäten, wodurch die Fahrgeschwindigkeit nach der Störung zu schwingenden Einregelvorgängen auf die Sollgeschwindigkeit neigt. Dies zeigt ebenfalls ein verbesserungswürdiges Regelverhalten bzw. Fahrkomfort. Aus Gründen der Stabilität können beim bekannten Fahr geschwindigkeitsregler die Reglerkomponenten nicht hoch genug ge wählt werden, um bleibende bzw. schwingende Regeldifferenzen zu ver meiden. Die in diesem Zusammenhang in der angegebenen Offenlegungs schrift beschriebenen Maßnahmen der Zu- und Abschaltung der Regler komponenten sowie der Sprungverläufe der Stellgrößen sind aufwendig.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan spruchs 1 gelöst, eine weitere Verbesserung im Sinne dieser Aufgabe ergeben ergänzende Maßnahmen entsprechend den Ansprüchen 2, 4 und 5.

Aus der DE-OS 31 30 080 (US-A 44 25 888) ist ein Drehzahlregelsystem für den Leerlaufzustand bekannt. Um ein Unterschwingen der Drehzahl bei Rückkehr in den Leerlaufzustand unter starkem Drehzahlabfall zu vermeiden, wird vorgeschlagen, außerhalb des Leerlaufzustands den Drehzahlsollwert abhängig von der Istdrehzahl anzuheben.

Die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung P 41 12 848 beschreibt eine Leerlaufdrehzahlregelung, wobei ein differenziertes Drehzahlsignal in die Regelung einbezogen wird.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen tragen zur Verbesserung des Regel verhaltens des Fahrgeschwindigkeitsreglers und somit des Fahrkomforts des Fahrzeugs bei.

Besonders vorteilhaft ist die Heranführung der Istgeschwindigkeit an die gespeicherte Sollgeschwindigkeit auf der Basis einer vorgebenen Zeitfunktion nach Gefälle- bzw. Bergfahrt mit eingeschaltetem Fahr geschwindigkeitsregler. Dadurch wird ein Unter- bzw. Überschwingen der Istgeschwindigkeit weitgehend vermieden und ein komfortabler Einregelvorgang erreicht (Sollwertnachführung).

Die Einbeziehung des zeitlichen Verlaufs der Motordrehzahl in die Fahrgeschwindigkeitsregelung trägt weiter zur Verbesserung der Sta bilität des Regelkreises und damit des Regelverhaltens bzw. des Fahrkomforts bei (Ruckeldämpfer). Insbesondere erlaubt diese Maßnah me eine betragsmäßig größere Wahl der Reglerparameter d. h. vor al lem des P-Anteils, ohne hochfrequente Instabilitäten (Ruckeln) zu provozieren. Dadurch ist eine schnellere Reaktion des Reglers ge währleistet und die Gefahr des Unter- bzw. Überschwingens weiter vermindert. Darüber hinaus wird die bleibende Regeldifferenz spürbar vermindert.

Die vorteilhafte zusätzliche Verbesserung der Reglerstruktur durch einen Anteil mit wenigstens differentiellem und/oder verzögerndem Anteil leistet in vor teilhafter Weise Beiträge zur niederfrequenten Stabilitätsverbesserung und somit zu einer Verbesserung des Regel verhaltens bzw. des Fahrkomforts, wobei niederfrequentes schwingen des Verhalten der Istgeschwindigkeit vermieden werden kann. In die sem Zusammenhang ist auch eine verbesserte Filterung des Fahrge schwindigkeitssignals, d. h. Reduktion der Abtastzeit, mit den daraus resultierenden Vorteilen bezüglich Stabilität und Schnelligkeit des Reglers zu sehen.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispielen erläutert. Fig. 1 zeigt ein Übersichtsblockschaltbild einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs mit ei nem Fahrgeschwindigkeitsregler, insbesondere eine mit einem Getriebe ausgestattete Brennkraftmaschine. Fig. 2 stellt ein Flußdiagramm der erfindungsgemäßen Maßnahmen hinsichtlich der Heranführung der Istgeschwindigkeit auf der Basis einer vorgegebenen Zeitfunktion an die gespeicherte Sollgeschwindigkeit dar. Fig. 3 zeigt ein Block schaltbild des erfindungsgemäß verbesserten Reglers, während die Fig. 4 und 5 Zeitdiagramme darstellen, durch die die Verbesserungen bezüglich Regelverhalten und Fahrkomfort verdeutlicht werden. Fig. 6 zeigt eine Verbesserung der Reglerstruktur im Hinblick auf nieder frequente Schwingungen.

Beschreibung von Ausführungsformen

In Fig. 1 ist mit 10 eine Brennkraftmaschine bezeichnet, die über eine Antriebswelle 12 mit einem Getriebe 14 verbunden ist. Eine Ab triebswelle 16 verbindet das Getriebe 14 letztendlich mit den nicht dargestellten Antriebsrädern des Fahrzeugs. Die dargestellte Brenn kraftmaschine 10 verfügt weiterhin über ein Luftansaugsystem 18, in dem im Falle eines Ottomotors eine elektrisch betätigbare Drossel klappe 20 angebracht ist. Die Kraftstoffzumeßeinrichtung 22 stellt die bei Dieselmotoren vorhandene Einspritzpumpe bzw. Einspritzdüse dar, die ebenfalls elektrisch betätigbar sind. Dem Fahrgeschwindig keitsregler 24 werden wenigstens über die Eingangsleitung 26 die von der Meßeinrichtung 28 erfaßte Motordrehzahl zugeführt, über die Lei tung 30 die von der Meßeinrichtung 32 erfaßte Drehzahl der Abtriebs welle des Getriebes 14, die der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht, sowie über die Eingangsleitung 34 der vom Bedienelement 36 erfaßte Fahrerwunsch zugeführt. Beim Bedienelement 36 kann es sich um ein Fahrpedal oder um die aus dem Stand der Technik bekann ten vom Fahrer betätigbaren Bedientasten eines Fahrgeschwindigkeits reglers handeln. In Abhängigkeit von diesen Eingangssignalen erzeugt der Fahrgeschwindigkeitsregler 24 Steuersignale für die Regelung der Fahrgeschwindigkeit auf die vom Fahrer vorgegebene Sollgeschwindig keit. Über die Ausgangsleitung 38 steuert der Fahrgeschwindigkeits regler 24 die Kraftstoffzumeßeinrichtung 22 an, und/oder über die Leitung 40 und die Stelleinrichtung 42, die über die mechanische Verbindung 44 mit der Drosselklappe 20 verbunden ist.

In analoger Weise ist ein derartiger Fahrgeschwindigkeitsregler auch auf alternative Antriebsarten, wie Elektromotoren, etc., anwendbar, wobei der Eingriff des Fahrgeschwindigkeitsreglers z. B. in den Mo torstrom erfolgt.

Der Fahrgeschwindigkeitsregler 24 umfaßt einen Regler, welcher in Abhängigkeit der Differenz zwischen Soll- und Istgeschwindigkeit so wie der Motordrehzahl ein Ansteuersignal für die Leistung des Motors 10 erzeugt, welches diese derart beeinflußt, daß die Istgeschwindig keit sich auf die Sollgeschwindigkeit einregelt. Dabei sind vom Fah rer verschiedene Betriebsarten vorgebbar: "Beschleunigung, Verzöge rung, Geschwindigkeit setzen, Wiederaufnahme, etc.". Die prinzipiel le Funktionsweise eines derartigen Fahrgeschwindigkeitsreglers mit Ausnahme der im folgenden dargestellten erfindungsgemäßen Maßnahmen ist aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt.

Fig. 2 zeigt am Beispiel eines Flußdiagramms eine vorteilhafte Rea lisierungsform der Heranführung der Istgeschwindigkeit auf der Basis einer vorgegebenen Zeitfunktion an die Sollgeschwindigkeit. Dies verbessert das Regelverhalten und den Fahrkomfort des Fahrgeschwin digkeitsreglers nach Gefälle- bzw. Bergfahrt. Grundlegend ist dabei, daß nach Verlassen und anschließendem Wiedereintauchen der Istge schwindigkeit in eine vom gespeicherten Sollwert abhängigen Umgebung ein sogenannter Nachführsollwert gebildet wird, der entsprechend ei ner Zeitfunktion, vorzugsweise einer Exponentialfunktion, auf den gespeicherten Sollwert geführt wird. Aufgrund der auf der Basis die ses nachgeführten Sollwertes ausgeführten Fahrgeschwindigkeitsrege lung ergibt sich somit ein Heranführen der Istgeschwindigkeit an die Sollgeschwindigkeit auf der Basis dieser vorgegebenen Zeitfunktion.

Nach Start des Programmteils mit Einschalten des Fahrgeschwindig keitsreglers wird in einem ersten Schritt 200 die Flags 1 und 2 zu 0 gesetzt. Darauf folgt der Abfrageschritt 202. In diesem Abfrage schritt wird nach Einlesen der Istgeschwindigkeit überprüft, ob die Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs kleiner oder gleich dem gespeicher ten Sollwert minus eines vorgegebenen ersten Grenzbereichs bzw. Grenzwerts (äußere Regeldifferenzschwelle) ist oder ob die Istge schwindigkeit des Fahrzeugs größer gleich der Summe aus gespeicher tem Sollwert und diesem ersten Grenzbereich ist und zusätzlich das Flag 1 gleich 0 ist. Das Flag 1 zeigt dabei an, daß die oben defi nierten zur Durchführung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise not wendigen Kriterien erfüllt sind. Sind die im Abfrageschritt 202 überprüften Kriterien erfüllt, so befindet sich das Fahrzeug offen sichtlich bei eingeschaltetem Fahrgeschwindigkeitsregler in einer Gefälle- bzw. Bergfahrt. Daher wird im Schritt 204, wenn das Ergeb nis im Abfrageschritt 202 "ja" war, das Flag 1 zu 1 gesetzt und so mit das Vorliegen dieses Betriebszustandes angezeigt. Ferner wird im Schritt 204 der Programmteil zur Durchführung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise initialisiert und das zweite Flag zu 1 gesetzt. Da nach wird mit Schritt 206 fortgefahren, und die Fahrgeschwindig keitsregelung auf der Basis von gespeichertem Sollwert und gemesse nen Istwert in bekannter Weise durchgeführt.

Ist das Ergebnis im Abfrageschritt 202 "nein", wenn also entweder eines der Kriterien nicht erfüllt ist, weil sich das Fahrzeug nicht in Gefälle- bzw. Bergfahrt befindet oder weil bereits ein erstmali ger Durchlauf der Schritte 202, 204 und 206 stattgefunden hat, wer den im Abfrageschritt 208 die folgenden Kriterien überprüft. Ist die Istgeschwindigkeit größer gleich als die gespeicherte Sollgeschwin digkeit minus einem vorgegebenen zweiten Grenzbereich bzw. Grenzwert und ist die Istgeschwindigkeit kleiner gleich als die Sollgeschwin digkeit plus diesem zweiten vorgegebenen Grenzbereich, das heißt be findet sich die Istgeschwindigkeit innerhalb eines um die Sollge schwindigkeit gebildeten Grenzbereichs und ist das Flag 1 gleich 1, so wird mit dem Abfrageschritt 210 weitergefahren.

Dabei kann der Grenzbereich des Abfrageschritts 208 mit dem im Ab frageschritt 202 überprüften identisch sein, in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist jedoch der Grenzbereich des Schrittes 208 kleiner als der im Schritt 202 überprüfte (z. B. 1. Grenzbereich 3 km/h, 2. Grenzbereich 2 km/h).

Sind die Bedingungen gemäß Schritt 208 nicht erfüllt, so wird die Fahrgeschwindigkeitsregelung gemäß Schritt 206 auf der Basis des Soll- und des Istwertes durchgeführt.

Ist die Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs innerhalb des vorgegebenen Bereichs um die gespeicherte Sollgeschwindigkeit und ist das Flag 1 gleich 1, das heißt wurde in einem vorherigen Programmdurchlauf ein Verlassen eines vorgegebenen Grenzbereichs um die Sollgeschwindig keit durch die Istgeschwindigkeit erkannt, so wird im Schritt 210 überprüft, ob das Flag 2 gleich 1 ist, das heißt ob in einem vorher gehenden Programmdurchlauf die erfindungsgemäße Vorgehensweise ini tialisiert wurde.

Durch die Abfrageschritte 202 und 208 wird erkannt, ob die Istge schwindigkeit bei Gefälle- bzw. Bergfahrt sich von der gespeicherten Sollgeschwindigkeit entfernt hat und nach Beendigung dieser Be triebszustände wieder in den vorgegebenen Grenzbereich um die Soll geschwindigkeit eingetreten ist.

Wird im Schritt 210 erkannt, daß das Flag 2 den Wert 1 hat, so wird im Schritt 212 der "Nachführsollwert" auf den Wert der Istgeschwin digkeit gesetzt und das Flag 2 auf den Wert 0 zurückgesetzt. Danach wird gemäß Schritt 206 die Fahrgeschwindigkeitsregelung auf der Ba sis des gespeicherten Sollwerts und des Istwerts durchgeführt und die Schritte 202 und 208 sowie 210 wiederholt. Durch das Zurück setzen des Flags 2 im Schritt 212 wird beim nachfolgenden Programm durchlauf im Schritt 210 die Abfrage mit "nein" beantwortet, so daß mit Schritt 214 fortgefahren wird. Dieser überprüft, ob der nachge führte Sollwert größer oder gleich dem gespeicherten Sollwert ist.

Ist dies der Fall, so befindet sich das Fahrzeug im Betriebszustand nach einer Gefällefahrt, im gegenteiligen Fall nach einer Bergfahrt.

Ist der nachgeführte Sollwert größer oder gleich dem gespeicherten Sollwert, so wird im Schritt 216 überprüft, ob die Istgeschwindig keit größer oder gleich dem nachgeführten Sollwert plus einem drit ten Grenzwert bzw. -bereich ist. Dieser Grenzwert bezeichnet dabei die im normalen Fahrgeschwindigkeitsregelungsbetrieb zulässige Re geldifferenz. Sie ist in einem Ausführungsbeispiel wesentlich klei ner als die in den Schritten 202 und 208 überprüften Grenzbereiche.

Ist die Geschwindigkeit unterhalb dieses vorgegebenen Grenzwerts, so wird direkt im Abfrageschritt 218 weitergefahren, während im gegen teiligen Fall im dazwischengeschalteten Schritt 220 der nachgeführte Sollwert gemäß einer zeitlichen Exponentialfunktion verändert wird.

Im Schritt 218 wird überprüft, ob der nachgeführte Sollwert kleiner oder gleich dem gespeicherten Sollwert plus einem vierten Grenzbe reich bzw. -wert ist. Der vierte Grenzbereich zeigt dabei die zuläs sige Abweichung von nachgeführtem und gespeichertem Sollwert an. Entspricht der nachgeführte Sollwert den im Schritt 218 überprüften Kriterien, so wird im Schritt 222 der nachgeführte Sollwert als ge speicherter Sollwert gesetzt und die beiden Flags 1 und 2 zu 0 ge setzt. Im gegenteiligen Fall wird direkt mit der Fahrgeschwindig keitsregelung gemäß Schritt 206 fortgefahren, wobei der der Regelung zugrundeliegende Sollwert bei der Antwort "nein" im Schritt 218 der nachgeführte Sollwert, sonst der ursprüngliche, gespeicherte Soll wert ist.

Ergab Schritt 214, daß der nachgeführte Sollwert nicht größer oder gleich dem gespeicherten Sollwert ist, so wird nachfolgend in ver gleichbarer Weise entsprechend den Schritten 216 bis 222 fortgefah ren. Im Schritt 224 wird überprüft, ob der nachgeführte Sollwert größer oder gleich der Istgeschwindigkeit plus dem dritten Grenzbe reich ist. Ist dies nicht der Fall, so wird gemäß Schritt 226 der nachgeführte Sollwert gemäß einer zeitabhängigen Exponentialfunktion verändert, während für den Fall, daß der nachgeführte Sollwert das im Schritt 224 überprüfte Kriterium erfüllt, der Abfrageschritt 228 folgt.

Dort wird überprüft, ob der nachgeführte Sollwert größer oder gleich dem gespeicherten minus dem vierten Grenzbereich ist. Ist dies nicht der Fall, wird gemäß Schritt 206 die Fahrgeschwindigkeitsregelung durchgeführt, während im gegenteiligen Fall vor Durchführung der Fahrgeschwindigkeitsregelung der nachgeführte Sollwert auf den Wert des gespeicherten gesetzt wird und die Flags 1 und 2 zu 0 gesetzt werden (Schritt 230).

Durch die in Fig. 2 dargestellte Vorgehensweise wird nach Gefäl le- bzw. Bergfahrt die Istgeschwindigkeit auf der Basis einer vorge gebenen Zeitfunktion an die gespeicherte Sollgeschwindigkeit heran geführt. Dabei können die in den Schritten 216/218 und 224/228 über prüften Grenzwerte auch unterschiedlich gewählt werden.

Die Exponentialfunktion (PT₁-Verhalten) wird durch Berechnung bei jedem Programmdurchlauf wie folgt dargestellt:
Schritt 226:
(nachgeführter Sollwert zum Zeitpunkt T=ursprünglicher Soll wert - Abbaufaktor * (ursprünglicher Sollwert - nachgeführter Soll wert zum Zeitpunkt T-1));
Schritt 220:
(nachgeführter Sollwert zum Zeitpunkt T=ursprünglicher Soll wert - Abbaufaktor (nachgeführter Sollwert zum Zeitpunkt T-1 - ur sprünglicher Sollwert)).

Zusammenfassend ist festzustellen, daß bei eingeschaltetem Fahrge schwindigkeitsregler im wesentlichen drei Betriebszustände im Hin blick auf die Sollnachführung zu unterscheiden sind:

1. Sollwertnachführung freigeben (Schritt 02, 204):
wenn die Differenz zwischen Soll- und Istwert betragsmäßig größer als eine bestimmte Differenz ist.
2. Sollwertnachführung aktivieren (Schritt 208, 210, 212):
wenn die Differenz zwischen Soll- und Istwert betragsmäßig klei ner als eine vorgegebene Differenz ist und die Sollwertnachfüh rung freigegeben ist. Dann wird der nachgeführte Sollwert mit ei ner Exponentialfunktion dem Sollwert angenähert (Schritt 220/226).
3. Sollwertnachführung ausschalten (Schritt 218/228):
wenn die Differenz zwischen dem nachgeführten und dem gespeicher ten Sollwert betragsmäßig kleiner als ein vorgegebener Wert ist.

Neben einer Exponentialfunktion sind in anderen Ausführungsbeispie len auch andere Zeitabhängigkeiten (z. B. lineare Funktion, Stufen förmiger Funktionsverlauf, Parabelfunktion, etc.) vorteilhaft.

Fig. 3 zeigt ein Übersichtsblockschaltbild des erfindungsgemäßen Fahrgeschwindigkeitsreglers. Dabei sind die bereits anhand von Fig. 1 dargestellten Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen. Auf eine detaillierte Beschreibung dieser Elemente wird verzichtet.

Der Fahrgeschwindigkeitsregler 24 umfaßt einen Sollwertbildner 300, welchem zumindest über die Leitung 34 Signale von der vom Fahrer be tätigbaren Bedieneinrichtung 36 zugeführt werden. Der Sollwertbild ner 300 speichert dabei die vorgegebene Geschwindigkeit und/oder verändert diese entsprechend den Betriebsphasen, wie z. B. im ein gangs genannten Stand der Technik beschrieben. Er führt auch die in Fig. 2 dargestellt. Sollwertnachführung aus. Zu diesem Zweck ist ihm über die Leitung 302 die Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs von der Leitung 30 zugeführt. Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung ist vor zugsweise als Rechenprogramm in einem Rechenelement realisiert.

Der Ausgang des Sollwertbildners 300 führt auf eine Vergleichsstelle 304, der über die Leitung 30 die Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs zugeführt ist. Dabei kann das Istgeschwindigkeitssignal durch das strichliert dargestellte Filterelement 306 gefiltert sein. Die Aus gangsleitung 308 der Vergleichsstelle 304 führt auf den eigentlichen Fahrgeschwindigkeitsregler 310. Dieser stellt insbesondere einen PI-Regler dar, dem über die Leitung 308 die Regelabweichung zwischen Soll- und Istwert der Fahrgeschwindigkeit zugeführt wird. Über seine Ausgangsleitung 312 gibt er ein Stellsignal an die ergänzende Regel anordnung 314 ab.

Diese dient zur Stabilitätsverbesserung des geschlossenen Regelkrei ses und zur Verbesserung des Fahrkomforts im Hinblick auf Drehzahl schwankungen des Motors, welche zu hochfrequenten Instabilitäten (Ruckeln) führen können.

Die ergänzende Regleranordnung 314 (Ruckeldämpfer) besteht im we sentlichen aus einem integrierenden Element 316, einem proportiona len Element 318, einem verzögernd differenzierenden Element 320 so wie einem Verzögerungselement 322 (in der Zeichnung sind die Elemen te mittels der idealisierten Sprungantwort charakterisiert).

Die Ausgangsleitung 312 des Fahrgeschwindigkeitsreglers 310 wird über eine Verknüpfungsstelle 324 auf die Vergleichsstelle 326 ge führt. Der Vergleichsstelle 326 wird negativ die Ausgangsleitung 328 des Verzögerungselements 322 zugeführt. Die Ausgangsleitung 330 der Vergleichsstelle 326 ist auf das integrale Element 316 geführt, des sen Ausgangsleitung 332 auf eine Additionsstelle 334 geführt ist. Die zweite Leitung 336, die der Additionsstelle 334 zugeführt ist, ist die Ausgangsleitung des proportionalen Elements 318, dem die Leitung 338 von der Verknüpfungsstelle 324 zugeführt ist. Die Aus gangsleitung 340 der Additionsstelle 334 führt auf eine Vergleichs stelle 342, der negativ gewichtet, die Ausgangsleitung 344 des dif ferenzierend verzögernden Elements 320 zugeführt ist. Dessen Ein gangsleitung stellt die Leitung 26 dar, welche mit dem Drehzahlgeber 28 verbunden ist. Die Ausgangsleitung 346 der Vergleichsstelle 342 führt auf einen Verknüpfungspunkt 348, an dem die Leitung 350 ab geht, die die Eingangsleitung des verzögernden Elements 322 ist. Von der Verknüpfungsstelle 348 geht ferner die Leitung 38 bzw. 40 zur Einstellung der Motorleistung als Ausgangsleitung des Fahrgeschwin digkeitsreglers 24 aus.

Wie oben dargestellt, ist es aus Dynamikgründen und Genauigkeits gründen wünschenswert, die Reglerparameter des PI-Fahrgeschwindig keitsreglers betragsmäßig möglichst groß einzustellen. Dadurch wächst die Gefahr von Instabilitäten. Diese Instabilitäten zeigen sich insbesondere bei den sogenannten Ruckelfrequenzen des Fahr zeugs, bei Resonanzfrequenzen des Fahrzeugantriebes.

Zur Stabilitätsverbesserung und damit zur Verbesserung des Fahrkom forts ist nun gemäß der erfindungsgemäßen Regelstruktur vorgesehen, ein differenziertes Motordrehzahlsignal zur Regelung zu verarbeiten, um die Motordrehzahlschwankungen insbesondere im Bereich der Ruckel freqenzen zu verringern und somit die Stabilität und den Fahrkomfort des Fahrgeschwindigkeitsreglers zu erhöhen.

Diese Maßnahmen ergeben eine vorteilhafte Stabilitäts- und Fahrkom fortverbesserung.

Das differenzierend verzögernde Element 320 erfaßt den zeitlichen Verlauf der Motordrehzahl und gibt auf der Leitung 344 ein entspre chendes Signal ab, welches negativ gewichtet dem Ausgangssignal des Reglers für den leistungsbestimmenden Parameter des Motors zugeführt wird. Dies bedeutet, daß bei sich stark in negativem Sinne ändernden Drehzahl eine Erhöhung des leistungsbestimmenden Parameters erfolgt, während bei umgekehrtem Vorzeichen ein umgekehrtes Verhalten sich einstellt. Das differenzierend verzögernde Element 320 beeinflußt daher den Fahrgeschwindigkeitsregler im Sinne einer Verminderung der Motordrehzahländerung, d. h. im Sinne einer Stabilisierung der Ruckelschwingungen. Insbesondere wirkt dieses Element Drehzahl schwankungen bzw. Drehzahlschwingungen entgegen. Das integrierende Element 316 integriert dann die Differenz zwischen der verzögert über die Leitung 328 zugeführten Stellgröße und der Ausgangsgröße des Fahrgeschwindigkeitsreglers 310, so daß die Stellgröße auf die sen Wert geführt wird.

Dies zeigt sich in anschaulicher Weise bei einem Vergleich mit einem herkömmlichen Fahrgeschwindigkeitsregler bei einem Fahrgeschwindig keitssollwertsprung gemäß Fig. 4.

Dabei ist waagrecht die Zeit, senkrecht in Fig. 4a den Verlauf des Sollwerts des Leistungsparameters (Einspritzmenge, Drosselklappen stellung) bzw. des abgegebenen Drehmoments, in Fig. 4b und c die Mo tordrehzahl aufgetragen.

In Fig. 4a findet zum Zeitpunkt T=0 findet z. B. ein Einspritz mengensollwertsprung vom Wert Soll 1 auf den Wert Soll 2 statt.

Fig. 4b zeigt den zeitlichen Verlauf der Motordrehzahl eines her kömmlichen Fahrgeschwindigkeitsreglers mit PI-Regler bei einem in Fig. 4a dargestellten Sollwertsprung. Der zeitliche Verlauf der Mo tordrehzahl zeigt stark schwingendes Verhalten, welches eine gewisse Zeit anhält. Dadurch ist der Fahrkomfort stark eingeschränkt.

Im Gegensatz dazu ergibt die Verwendung des erfindungsgemäßen Fahr geschwindigkeitsreglers gemäß Fig. 4c eine wesentliche Verbesserung des Motordrehzahlverlaufs. Die Schwingungen sind stark vermindert.

Dies verdeutlicht die Verbesserung des erfindungsgemäßen Fahrge schwindigkeitsreglers gegenüber dem Stand der Technik im Hinblick auf die Verminderung von Ruckelschwingungen. Dabei wurden für den Vergleich gemäß Fig. 4 gleichgroße Reglerparameter, gleiche Umge bungsbedingungen und gleiche Sollgeschwindigkeiten verwendet. In ei nem Ausführungsbeispiel erwies sich die Struktur des Reglers 314 als zufriedenstellend im Hinblick auf die erreichbaren Verbesserungen zur Verminderung der hochfrequenten Ruckelschwingungen.

Ferner resultieren Instabilitäten als prinzipielle Nachteile von PI-Reglern bei Regelstrecken mit integrierendem Anteil, wie es in bezug auf die Fahrgeschwindigkeitsregelung das Fahrzeug darstellt. Daher ist vorgesehen, neben dem differenzierenden motordrehzahlab hängigen Anteil den PI-Fahrgeschwindigkeitsregler mittels eines PI-Reglers mit einem differenzierend verzögerndem Glied auszustatten.

Fig. 6 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung des Reglers 310, mit deren Hilfe niederfrequente Schwingungen vermieden werden können. Die Leitung 308 wird einerseits auf einen Proportionalanteil 402 des Reglers, andererseits auf einen Integralanteil 404 geführt. Vom In tegralanteil 404 führt eine Leitung 406 zu einem differenzierend verzögerndem Anteil 400 (PDT₁-Glied). Eine Leitung 412 verbindet diese mit einer Verknüpfungsstelle 414, der als zweite Eingangslei tung die Leitung 408 vom Proportionalanteil 402 zugeführt wird. Die Ausgangsleitung des Verknüpfungselements 414 ist die Leitung 312.

Diese Anordnung verbessert die niederfrequente Stabilität des Regel kreises. Da ein herkömmlicher PI-Fahrgeschwindigkeitsregler nur eine geringe Phasenreserve (phase margin) aufweist, zeigt er unbefriedi gendes Störverhalten mit Instabilitäten. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs kann dann nicht mehr bzw. nur sehr schwer stabilisiert werden.

Durch den Anteil 400 wird die Phasenreserve des Regelkreises erhöht. Durch eine geeignete Dimensionierung dieses Anteils wird eine nieder frequente Stabilisierung des Regelkreises erreicht.

Als Folge davon ergibt sich ein besseres Störverhalten des Fahrge schwindigkeitsreglers. Die Auswirkungen sind dabei in Fig. 5 darge stellt. Dabei zeigt Fig. 5a einen herkömmlichen Fahrgeschwindig keitsregler, während Fig. 5b das Verhalten des erfindungsgemäßen Fahrgeschwindigkeitsreglers darstellt. Auf der waagrechten Achse ist die Zeit aufgetragen, auf der senkrechten die Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Tritt zum Zeitpunkt T gleich 0 eine Störung auf, die der Fahrgeschwindigkeitsregler auszuregeln hat, so zeigt der herkömmli che Fahrgeschwindigkeitsregler gemäß Fig. 5a ein starkes Unter- und Überschwingen, wobei die ursprüngliche Sollgeschwindigkeit erst nach einer gewissen Zeit wieder eingenommen wird. Im Gegensatz dazu ist das Unterschwingen des Fahrgeschwindigkeitsreglers beim erfindungs gemäßen Regler gemäß Fig. 5b geringer, ein Überschwingen wird ver mieden und die Sollgeschwindigkeit wird in kürzerer Zeit wieder er reicht.

Anstelle des in Fig. 6 dargestellten PI-Reglers mit PDT₁-Korrek turglied in Reihe zum I-Glied, kann in einem anderen Ausführungs beispiel auch vorteilhaft ein PIDT₁-Regler mit PT₁-Korrektur glied in Reihe zum DT₁-Glied verwendet werden.

Eine weitere Verbesserung des Fahrgeschwindigkeitsreglers bezüglich Stabilität und Fahrkomfort wird durch eine geeignete Filterung des Fahrgeschwindigkeitsistsignals im Block 306 erreicht. Dabei ist Vor aussetzung, daß die Fahrgeschwindigkeitsmessung nicht zu vorgegebe nen Zeitpunkten erfolgt, sondern mit jedem Erfassung eines neuen Ge schwindigkeitswertes. Dadurch ergibt sich ein wesentlich aktuelleres Fahrgeschwindigkeitssignal, welches in vorteilhafter Weise die Ge nauigkeit des Fahrgeschwindigkeitsreglers und dessen Stabilität zu sätzlich verbessert.

Dabei können in vorteilhafter Weise verschiedene Filteralgorithmen angewendet werden. Eine Filterung nach einem Tiefpaßalgorithmus bei jedem Abtastzeitpunkt zur Erfassung der Geschwindigkeit zeigt die oben erwähnten Vorteile. Der Algorithmus stützt sich dabei auf den folgenden Zusammenhang:
PT₁-Filter mit minimaler Abtastzeit:

V_Filter(kT) = exp(-(T/T₁)) _* V_Filter((k-1)T) + (1-exp(-T/T₁)) _* V((k-1)T)

kT Abtastzeitpunkt
T₁ Zeitkonstante
V Fahrgeschwindigkeit
T Zeit zwischen zwei Impulsen des Meßsignals

Neben dieser Filterung zeigt die Anwendung einer arithmetischen Mit telwertbildung in Verbindung mit dem obigen Algorithmus vorteilhafte Ergebnisse. Die Filterberechnung wird nur zu vorgegebenen Abtast zeitpunkten (z. B. jede zweite Messung) vorgenommen. Die dazwischen liegenden Meßwerte werden als arithmetischer Mittelwert mitberück sichtigt. Der Algorithmus stützt sich auf folgenden Zusammenhang:
PT₁-Filter, zeitsynchron mit unterlagerter arithmetischer Mittel wertbildung:

V_Filter(kT) = exp(-(T/T₁)) _* V_Filter((k-1)T) + (1-exp(-T/T₁)) _* V_aMittel(kT)

Ferner ergab eine gleitende Mittelwertbildung über eine vorgegebene Anzahl von Abtastzeitpunkten vorteilhafte Ergebnisse. Diese Fahrgeschwindigkeitsberechnung stützt sich auf den folgenden Zusammenhang:

V((k-1)T)=Konst./Summe der gemessenen Zeiten von (k-1)T bis (k-n)T

V(kT)=Konst./Summe von (k)T bis (k-n+1)T

Vorteilhaft ist diese Mittelwertbildung über eine Impulsraddrehung.

Claims

1. Fahrgeschwindigkeitsregler für ein Fahrzeug,

- mit wenigstens einem Element zur Vorgabe eines Fahrgeschwindig keitssollwert,
- mit einer Meßeinrichtung zur Erfassung der Istgeschwindigkeit am Ausgang der wenigstens aus Motor und Getriebe bestehenden An triebseinheit,
- mit einer Reglereinheit zur Erzeugung eines Ansteuersignal für ein die Fahrgeschwindigkeit beeinflussende Stelleinrichtung im Sinne einer Regelung des Ist- auf den Sollwert,

dadurch gekennzeichnet, daß

- Mittel vorgesehen sind, die ein Signal abgeben, wenn die Istge schwindigkeit in eine vorgegebene Umgebung der Sollgeschwindig keit eintritt, nachdem die Istgeschwindigkeit eine vorgegebene, im Regelungsbetrieb maximale Umgebung der Sollgeschwindigkeit verlassen hat,
- daß weitere Mittel vorgesehen sind, die die Istgeschwindigkeit auf der Basis einer vorgegebenen Zeitfunktion an die Sollge schwindigkeit heranführen.

2. Fahrgeschwindigkeitsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß

- zusätzlich Mittel (28) zur Erfassung der Motordrehzahl
- und Mittel (320) zur Bildung des zeitlichen Verlaufs der Motor drehzahl vorgesehen sind.

3. Fahrgeschwindigkeitsregler nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Mittel (320) zur Bildung des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl der Reglereinheit ein entsprechendes Signal zuführt, wobei die Re glereinheit (314) das Ansteuersignal abhängig vom dem zeitlichen Verlauf in dem zeitlichen Verlauf entgegengesetzten Sinne beein flußt.

4. Fahrgeschwindigkeitsregler nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Reglereinheit (310) wenigstens integrales Verhalten aufweist und aus Stabilitätsgründen mit wenigstens einem zumindest verzögernd wirkenden Anteil (400) ausgestattet ist.

5. Fahrgeschwindigkeitsregler nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Erfassung der Istgeschwindigkeit zu vorgegebenen Abtastzeit punkten erfolgt, wobei nach jeder Abtastung eine Filterung des Ge schwindigkeitssignals nach wenigstens einem vorbestimmten Fil terungsverfahren erfolgt.

6. Fahrgeschwindigkeitsregler nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß

- die vorgegebene Zeitfunktion eine Exponentialfunktion ist, oder andere z. B. linear verlaufende oder eine stufenförmig verlaufende Funktionen mit vorgegebener Zeitabhängigkeit.

7. Fahrgeschwindigkeitsregler nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Ausgangssignal auf einen leistungsbestimmenden Parameter des Motors wie Kraftstoffzumessung oder Luftzufuhr einwirkt.

8. Fahrgeschwindigkeitsregler nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Reglereinheit (310) wenigstens integrales Verhalten aufweist und aus Stabilitätsgründen mit einem differenzierend wirkenden, einem verzögernd wirkenden (400) und einem Proportional-/Inte gral-Anteil (402, 404) ausgestattet ist.

9. Fahrgeschwindigkeitsregler nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Filterung mittels einem Tiefpaßalgorithmus bei jeder Erfassung eines Geschwindigkeitswerts, einem Tiefpaßalgorithmus mit arithme tischer Mittelwertbildung zu vorgegebenen Zeitpunkten oder mittels einer gleitenden Mittelwertbildung über eine vorgegebene Anzahl von Drehzahlimpulsen durchgeführt wird.

10. Fahrgeschwindigkeitsregler nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Sollwertnachführung, die vorgegebene Reglerstruktur (314) unter Einbeziehung des Drehzahlverlaufes, die Reglereinheit (310), die Geschwindigkeitssignalfilterung jeweils einzeln oder in Kombination vorgesehen sind.