Diese Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Bedien- und -Fahrtre¬ geleinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Es ist bekannt, ein Fahrzeug mit einem Automatgetriebe im Antriebsstrang über einen Fahrbereichshebel und ein Gaspedal zu bedienen, wobei der Füllungsgrad des Motors je nach der ange¬ strebten Fahrgeschwindigkeit und den Fahrwiderständen - z. B. Steigung, Gefälle und fahrgeschwindigkeitsabhängiger Luftwider¬ stand - über das bekannte Gaspedal vom Fahrer reguliert wird. Das Getriebe wird dabei nach relativ grob differenzierten lastabhän¬ gigen Schaltpunkten in Anpassung an das Motorkennfeld geschalten - ATZ 85 (1983) 6 ab Seite 401 -.

Es ist weiter bekannt, über einen Fahrtgeschwindigkeitsreg¬ ler den Motor so zu beeinflussen, daß das Fahrzeug ohne Betäti¬ gung des Gaspedals in einer nahezu konstanten Geschwindigkeit fährt, wobei über eine weitere elektronische Einrichtung auch das Getriebe in die Anpassung an die vorgegebene Geschwindigkeit mit einbezogen ist.

Und schließlich ist aus der DE-OS 35 06 363 bekannt, neben der Aktivierung des Fahrtgeschwindigkeitsreglers über eine erste Betätigungstaste nach der Unterbrechung dieser Einrichtung durch Betätigung des Bremspedals über eine zweite Betätigungstaste die vorher eingestellte FahrZeuggeschwindigkeit wieder zu erreichen, ohne daß das Gaspedal betätigt wird.

Dabei wird in einer vorprogrammierten Beschleunigung die vorhe¬ rige Fahrgeschwindigkeit wieder angestrebt und auch erreicht, wenn die vorhandene Motorleistung und die Fahrwiderstände, z. B. Steigung, dies zulassen.

Solche Einrichtungen verbessern die Bedienung eines Kraft¬ fahrzeuges und können in konstanter Fahrt und auch während einer Beschleunigung zu einer verbrauchsorientierten Fahrweise führen. Die Gesamtwirkung ist aber relativ gering, weil diese Einrichtung infolge der zusätzlichen Bedienung selten genutzt wird. Die Be¬ dienung ist zusätzlich nötig und umständlich, so daß fast nur in sehr ruhigen Verkehrssituationen die Nutzung erfolgt.

Es ist deshalb Autgabe der Erfindung, eine Fahrzeug-Bedien- und -Fahrtregeleinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 so weiterzuentw ckeln, daß eine elektronische Steuer- und Regelein¬ richtung Motor und Getriebe noch vorteilhafter beeinflußt und den Fahrer weiter bei der Bedienung des Fahrzeuges entlastet.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 erfüllt.

Die Reduzierung der Bedienung auf ein Beschleunigungs- und ein Verzögerungspedal, die beide auf eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung wirken, vereinfachen nicht nur die Bedie¬ nung, sondern ermöglichen auch die Anwendung einer optimalen An¬ passung von Motor, Getriebe und Fahrzeug in allen Fahrzuständen. Dabei kann d e elektronische Steuer- und Regeleinrichtung aus einer gemeinsamen Einrichtung für die Motorbeeinflussung, Ge- schwindigkeits-Konstanthaltung, Getriebe- und KuppiungsSteuerung oder auch aus verketteten Einzelsteuergeräten für die Hauptfunk¬ tion, wie aus der DE-OS 35 06 363 bekannt, bestehen. Durch die Kombination des Beschleunigungs- und Verzögerungspedals mit der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung und infolge Erweite¬ rung der Motor- und Getriebebeeintlussung in Verbindung mit der einfachen Bedienung können die gewünschten Fahrzustände viel op¬ timaler mit den Motor- und Getriebecharakteristiken verknüpft we den. Denn kein Fahrer ist in der Lage, ein Gaspedal so zu betäti¬ gen, daß der Motor immer im Optimum des Kennfeldes betrieben wird. Bei bekannten Automatgetrieben werden die Schaltpunkte oder

Schalttolgen gaspedalstellungsabhängig dem Getriebe von einem elektronischen Steuergerät vorgegeben, so daß eine hohe Pendel- dyna ik auch eine hohe Schaltpunktveränderung zur Folge hat. Bei der vorliegenden Erfindung wählt der Fahrer nur noch den ge¬ wünschten Fahrzustand und nicht mehr die Motorlast und den Ge¬ triebezustand, vielmehr registriert d e elektronische Steuer- und Regeleinrichtung die gewünschten Fahrzustände, die vom Fahrer über das Beschleunigungs- und Verzögerungspedal eingegeben wer¬ den, und wählt Motorlast und Getπebeubersetzung nach einer vor¬ gegebenen Strategie, z. B. Kraftstoffe verbrauchsorientiert (da¬ mit Können wesentlich größere fahranteile im optimalen Betriebs¬ bereich des Motors erreicht werden) . Auch die Änderung der Fahr¬ widerstände bei konstanter Geschwindigkeit werden von einer Auto- matik m der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung wesent¬ lich feinfühliger aufgenommen als von einem Fahrer. Dieses System bietet auch eine höhere Sicherheit, weil der Fahrer auch bei kon¬ stanter Geschwindigkeit die Reaktionszeit bis zum Bremsen vorbeu¬ gend verringern kann. Alle Vorteile des Systems können nur mit einem automatisch schaltenden Getriebe voll genützt werden. Ein¬ fache Vorteile ergeben sich aber auch mit einem halbautomatischen oder gar mit einem im Prinzip von Hand geschaltetem Getriebe. Wenn die Ergebnisse der elektronischen Steuer- und Regeleinrich¬ tung in Form einer Empfehlung an den Fahrer weitergegeben werden - Hoch- oder Rückschaltauttorderungen optisch oder akustisch -. Schneller und für den Fahrer in der Bedienung einfacher ist je¬ doch die vollautomatische Auslegung, weil tortwährend der ge¬ wünschte Fahrzustand mit dem Istzustand im Antriebsstrang ver¬ glichen wird, kann sofort bei nicht Übereinstimmung der Gradien¬ ten für die Leistungsänderung und in Abhängigkeit von der pro¬ grammierten Fahrstrategie die günstigste Motordrehzahl in Ver¬ bindung mit dem gunstigsten Gang ausgewählt und zur Realisierung an die Betätigungseinrichtungen im Motor und Getriebe gegeben werden. Dieser Ablauf ermöglicht für die neueinzusteilende Lei¬ stung zwischen Motor- und Getriebeverstellung jeweils das Optimum zu suchen in einer Zeit, die unter Einschaltung des Fahrers nicht erreichbar ist.

Mit den Ansprüchen 2 bis 8 wird die Erfindung n vorteilhaf¬ ter Weise ausgestaltet.

Mit einer geeigneten Programmierung ist in relativ einfacher Weise die elektronische Steuer- und Regeleinπcntung an verschie¬ dene Anforderungen (Strategien) leicht anpaßbar, ohne daß die Be¬ dienung durch den Fahrer sich verändert. Durch die frei program¬ mierbare Beschleunigungsanfσrderung in Verbindung mit der Betäti¬ gung des Beschleunigungspedals kann eine weitere günstige Anpas¬ sung erzielt werden. Die bei der Betätigung des Verzögerungspe- dais angesteuerten Funktionen führen zu weiteren Vereinfacherun¬ gen der Bedienung, weil mehrere sinnvoll zusammenhängende Funk¬ tionen von nur einer Bedieneinrichtung aus aktiviert werden, über Zeitglieder in der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung, insbesondere m Verbindung mit der Betätigung des Verzögerungspe¬ dals lassen sich alle gewünschten Funktionen in Abhängigkeit von der Bediendynamik erzielen. Es kann auch sinnvoll und einfacher für die Bedienung sein, die FreilaufWirkung zusätzlich oder in Verbindung mit der Betätigung des Beschleunigungspedais anzu¬ steuern, weil z. B. diese in Verbindung mit einer angestrebten FahrZeuggeschwindigkeit m Bergabfahrt erwünscht ist, wobei die Konstante GeschwmdigKeit in einer solchen Fahrsituation von un¬ tergeordneter Bedeutung sein kann.

Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombinationen der Ansprüche beschrankt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinn¬ volle Kombinationsmögiichkeiten von Ansprüchen und einzelnen An¬ spruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Aus¬ führungsbeispielen und Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Fahrzeug-Bedien- und -Fahrtregeleinrichtung;

Fig. 2 eine Steuerkurve der Beschleunigung in Abhängig¬ keit vom Betätigungswinkel am Beschleunigungspe¬ dal;

Fig. 3 eine Fahrwiderstandsdarstellung in mehreren Fahr¬ widerStandskurven;

Fig. 4 ein Grobablauf in einer Fahrzeug-Bedien- und -Fahrtregeleinrichtung;

Fig. 5 ein Leistungskenntelα.

In dem Blockschaltbild der Fahrzeug-Bedien- und -Fahrtregel¬ einrichtung nach Fig. 1 ist mit 1 der Motor, 2 eine Kupplung und 3 ein z. B. Automatgetriebe bezeichnet, wobei das Automatgetriebe und die Kupplung wie bekannt als Umlaufrädergetriebe mit einem überbrückbaren Drehmomentwandler als Kupplung ausgeführt, aber auch als automatisiertes Vorgelegegetriebe m t einer z. B. geson¬ dert angeordneten automatisierten Trocken- oder Naßkupplung aus¬ geführt sein können. Die elektrische Steuer- und Regeleinrich¬ tung 4 ist über Steuerleitungen 41, 42, 43 zu deren Beeinflussung mit dem Motor 1 mit der Kupplung 2 und dem Getriebe 3 verbunden, über geeignete Sensoren oder Stellglieder 9 werden über Leitun¬ gen 11, 21, 31 und 32 die Motordrehzahl, die Getriebeeingangs¬ bzw. Kuppiungsausgangsdrehzahl und die Getriebeabtriebsdrehzahl sowie evtl. die Getriebestellung der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung 4 zugeleitet. Weiter wird diese aus dem Fahr¬ zeug 7 noch mit den Informationen Handbrems- 71 und Fußbremsbe¬ tätigung 72 sowie der Abtriebsdrehzahl 73 - evtl. aus allen Ab¬ triebsrädern - versorgt. Die Betriebsbremse des Fahrzeuges, die sowohl aus einer allgemein bekannten wie auch zusätzlich noch aus einer Strömungsbremse bestehen kann, ist direkt aber auch über die Steuer- und Regeleinrichtung und damit über die Leitung 44 beeinflußbar. Zur Bedienung ist das Beschleunigungspedal 5 über die Steuerleitung bl und das Verzögerungspedal 6 über die Steuer-

leitung 61, 62 und die Fahrbereichswähiemrichtung 8 über die Leitung 81 mit der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung 4 verbunden.

Die Fig. 2 zeigt eine mögliche Steuerkurve b2, die die Beschleu¬ nigung a in Abhängigkeit vom Betatigungswinkel oder aucn ßeta- tigungsweg des Beschleunigungspedals b darstellt. In Fig. 3 ist die Fahrwiderstands eistung P über der Fahrzeug- geschwindigκeιt V dargestellt, wobei die Kurve LR den Luft- und Rollwiderstand m der Ebene darstellt. Die weiteren schwächer ge¬ zeichneten Kurven LR bis LR3 beinhalten verschiedene Steigungs¬ widerstände, und LR4 bis LR6 zeigen die Verschiebung, die sich durch eine Fanrt im Gefälle ergeben. Mit A sind Rechenintervaile angegeben, die sich z. B. bei einer beschleunigten Fahrt in der Ebene ergeben.

Die Fig. 4 zeigt stark vereinfachten Ablauf in der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung 4. Mit der Betätigung des Beschleu¬ nigungs- 5 und Verzögerungspedal 6 gibt der Fahrer den gewünsch¬ ten Fahrzustand in die elektronische Steuer- und Regeleinrich¬ tung 4 ein. Aus der Istzustandsanalyse, die sich z. B. aus den Drehzahlen, Leitungen 11, 21, 31 vom Motor l, Kupplung 2 und dem Getriebe 3 sowie der Motorlast 12 und der Schaltsteilung 32 aus dem Getriebe 3 und dem Signalfluß aus dem Fahrzeug 7 - Fu߬ bremse 72, Handbremse 71, Abtriebsdrehzahl, z. B. an den Rä¬ dern 73 gebildet wird - und dem gewünschten Fahrzustand wird die Leistungsdifferenz 4b im Zeitintervall gerechnet. Unter Berück¬ sichtigung der Pedal- und Fahrzeugdynamik wird dann der Gradient für die Leistungsänderung 46 hochgerechnet. Aus einer weiteren Rechnung unter Berücksichtigung z. B. eines Verbrauchsoptimums und der Fahrzeugdynamik (Schaltfrequenz) ergibt sich die Motor¬ last und Motordrehzahländerung 47.

In einer weiteren Rechnung wird aus der neuen Motordrehzahl die neue Getriebestellung 48 errechnet. Dann erfolgt die Signal¬ ausgabe 49 für die Motorbeeinflussung 41, Kupplungsbeeinflus¬ sung 42 und Getriebebeeinflussung 43.

Im Motorkennfeld nach Fig. b ist

T = Drehmoment (NM) nM = Motordrehzahl (1/min) be = spezifischer Verbrauch (gKWh)

P = linienkonstante Fahrwiderstandleistung (KW)

B = Fahrw derstandslinie einer ersten Getriebeübersetzung

C = Fahrwiderstandslinie einer zweiten Getriebeübersetzung

Der bisher übliche Schaltverlauf bei Schaltungen von Auto¬ matgetrieben ist mit der Linie P, nach P ' gekennzeichnet. Wie einfach zu erkennen, ist nach der Schaltung die Leistung im Punkt P-' geringer als vorher. Der Fahrer muß also die Leistungs¬ differenz mit dem Gaspedal kompensieren. Gleichzeitig neigen so geschaltete automatische Getriebe bei ungünstigen Fahrwiderstän¬ den zum Schaltpendeln.

Mit der Kurve von P nach P ist der Schaltverlauf bei konstanter Leistung dargestellt. Da die elektronische Steuer- und Regelan¬ lage die zur Verfügung stehende Gangubersetzung kennt, wählt diese die Übersetzung aus, mit der bei konstanter Leistung z. B. der günstigste Verbrauch erzielt wird. Die Schaltung mit dem Gangsprung X wird also nicht bei Konstantem Drehmoment durchge¬ führt, sondern die Automatik übernimmt unmittelbar nach der Schaltung die Nachregelung (Regelbereich Y) . Es wird also nach dem schaltungsbedingten Motoreingritt sofort die richtige Motor¬ last eingestellt. Dadurch steht dem Fahrer nachder Schaltung die gleiche Leistung zur Verfügung. Er braucht also nur einzugreifen, wenn er seinen Fahrzustand durch weiteres Beschleunigen oder auch Verzogern ändern möchte.

Die Fahrzeug-Bedien- und -Fahrtregeleinrichtung wirkt wie folgt:

Das Beschleunigungspedal 5 wird vom Fahrer solange betätigt (ge¬ treten) wie der Fahrer beschleunigen mochte. Die Höhe der Be¬ schleunigung kann dabei je nach Pedalwinkel variiert werden. Ein

mögliches Beispiel ist aus der Steuerkurve 52 der Fig. 2 ableit¬ bar.

Pedalwinkel ist proportional der Beschleunigung, kleiner Winkel bedeutet kleine Beschleunigung, großer Winkel bedeutet große Beschleunigung.

Dieses dem Betätigungswinkel oder Weges proportionale Signal wird über die Steuerleitung bl an die elektronische Steuer- und Regeleinrichtung 4 geleitet, ist die gewünschte Geschwindigkeit erreicht, geht der Fahrer vom Beschleunigungspedal herunter. Da¬ mit wird von einer an und für sich bekannten Fahrzeuggeschwindig- keitsregeleinricntung, die in der elektronischen Steuer- und Re¬ geleinrichtung integriert aber auch gesondert angeordnet sein kann, die Motorlast und in Verbindung mit einem Automatgetriebe 3 die Übersetzung den wechselnden Fahrwiderständen angepaßt. Die Verstellung von Motor und Getriebe wird nach einer Fahrstrategie, z. B. verbrauchsorientiert, ausgewählt.

Soll die Tempostatwirkung aufgehoben werden, wird vom Fahrer das Verzogerungspedal 6 (Bremspedal) betätigt. Dabei werden die nachfolgend genannten Pedalwinkel unterschieden.

1. Sehr kleiner Winkel - die Tempostatwirkung wird über ein Signal (Steuerleitung 61) aufgehoben, und gieicnzeitig kann von der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung über die Steuerleitungen 42 oder 43 die Kupplung 2 geöffnet oder auch das Getriebe 3 auf N (Neutral) gestellt werden, ohne daß eine Verstellung der Fahrbereichswähleinrichtung 8 nötigt ist. Damit wird ein Freilautettekt erzielt, der ]e nach Fahrprofil bzw. Fahrwiderstand zu einer Verringerung oder auch bergab zu einer Erhöhung der Geschwindigkeit tunrt.

2. Kleiner Winkel - Die Tempostatwirkung ist bereits, durch die Betätigung mit einem sehr kleinen Winkel aufgehoben. Die Kupplung wird oder ist geschlossen, und das Getriebe ist oder wird in einen der Fahrgeschwindigkeit entsprechenden

Gang geschaltet, so daß eine Motorbremswirkung entsteht. Dabei können noch relativ hohe Schaltpunkte für eine Rück- schaltung wirksam werden, so daß die Motorbremswirkung ver¬ stärkt werden kann. 3. Größerer Winkel - Mit dem überschreiten eines definierten kleinen Bet-tigungswinkels wird die Betriebsbremse akti¬ viert. Dies kann direkt, aber auch über die elektronische Steuer- und Regeleinrichtung erfolgen. Besonders dann, wenn das Fahrzeug mit einer Einrichtung ausgestattet ist, die eine Überlastung der Betriebsbremse verhindert, erscheint es als sinnvoll, das Verzögerungspedal über die elektronische Steuer- und Regeleinrichtung auf die Betriebsbremse wirken zu lassen. Außerdem ist auch die Kombination mit einer ver¬ schleißfreien Str^mungsbremse oder ähnlichen Einrichtungen, wie z. B. einer Bremsenergiespeicherung, möglich. Das Verzö¬ gerungspedal wirkt zumindest ab der Überschreitung des klei¬ nen Betätigungswinkels im Prinzip ähnlich wie das Beschleu¬ nigungspedal.

Verzδgerungspedalwinkel ist proportional der Verzögerung, kleiner Winkel ergibt kleinere Verzögerung, großer Winkel ergibt größere Verzögerung. Das Verzögerungspedal wird betätigt (getreten) , bis eine gewünschte eben verzögerte Geschwindigkeit erreicht ist. Danach wird die Geschwindigkeit wiederum gehalten.

Die Automatik errechnet also entsprechend 'dem Winkel vom Verzögerungspedal 6, welche Bremsenergie benötigt wird, z. B. beginnend mit nur dem Fahrwiderstand über die Motorbremswirkung bis zur Betriebsbremse. Die unter 1 genannte Funktion in Verbin¬ dung mit der Betätigung des Verzögerungspedals könnte auch in Verbindung mit dem Beschleunigungspedal 5 abgerufen werden, wobe z. B. ein kurzes Antippen des Beschleunigungspedals die Freilauf wirkung bewirken könnte.

In der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung 4 wird die vom Fahrer gewählte Beschleunigung fortlaufend berechnet, dabei ist die erforderliche Motorleistung während der Beschleu¬ nigungsphase:

P = Pw + Pa P = Motorleistung

Pw = Fahrwiderstandsleistung

Pa = Beschleunigungsleistung

Als Leistungsänderung ergibt sich;

^P 2 - P., = Pw2 - Pwl + Pa2 - Pal

Infolge von sehr kleinen Zeitintervallen kann

Pw2 = Pwl

angenommen werden.

Aus Pa = m . km . a . V m = Masse km = Korrekturfaktor für

Drehmassen a = Beschleunigung V = Geschwindigkeit

ergibt sich:

- P ₁ = m km (a2 V2 - ai VI)

Je nach Fahrzeugtyp und benötigter Genauigkeit kann m . km als fahrzeugkonstant fesrgelegt oder aus der Fahrzeugdynamik beim Anfahren errechnet werden.

Die vom Fahrer über den Winkel des Beschleunigungspedals vorgege¬ bene Beschleunigung ist eine theoretische Vorgabe. Der Einfluß von Fahrwiderständen wird dabei nicht berücksichtigt. Die sich

praktisch einstellende Beschleunigung ist eine dem Pedaiwinkel entsprechender Teilwert der Maximalbeschleunigung für den jewei¬ ligen Fahrwiderstand.

Weiter besteht auch die Möglichkeit über einen Vergleich, Sollbeschleunigung zur gemessenen Istbeschleunigung eine ständige Anpassung vorzunehmen.

Die für die vom Fahrer gewählte Beschleunigung benötigte Leistung wird also standig gerechnet. Durch einfache Auswahlkriterien können von der Elektronik die optimalen Werte für Motortüliungs- grad und Übersetzung im Getriebe festgelegt werden.

Bei Konstantfahrt und sich ändernden Fahrwiderständen wird ebenfalls die benötigte Leistungsdifferenz gerechnet und nach entsprechenden Auswahlkriterien das Optimum für Motorlast und Getriebeübersetzung gerechnet und eingestellt.

Bezugszeichen

1 Motor

11 Leitung

12 Motorlast

2 Kupplung

21 Leitung

3 Getriebe

31 Leitung

32 Leitung

4

41 Steuerleitung

42 Steuerleitung

43 Steuerleitung

44 Fußbremse

45 Leistungsditterenz

46 Gradient für Leistungsänderung

47 Motorlast und Drenzahlanderung

48 Getriebestellung

49 Signalausgabe

5 Beschleunigungspedal b Steuerleitung

52 Steuerkurve

6 Verzögerungspedal

61 Steuerleitung

62 Steuerleitung

7 Fahrzeug

/i Leitung Handbremsbetatigung

12 Fußbremsbetätigung

73 Abtriebsdrehzahl (Rad)

8 Fahrbereichswahleinrichtung ai Leitung

9 Sensoren/Stellglieder

a Beschleunigung

V Betätigungswinkel

P Fahrwiderstandsleistung

P, Fahrwiderstandsleistung vor der Schaltung

^~ 2 Fahrwiderstandsleistung nach der Schaltung

P ₂ ' Fahrwiderstandsleistung nach der Schaltung

V Fahrzeuggeschwindigkeit

LR Kurve Luft- und Rollwiderstand

LRl ... 3 Kurve Luft- und Rollwiderstand in Steigung

LR -1 ... -3 Kurve LUtt- und Rollwiderstand im Gefälle

A Rechenintervalle

B Fahrwiderstandslinie einer ersten Übersetzung

C Fahrwiderstandslinie einer zweiten Übersetzung

X Gangsprung

V Nachregelbereich