Beschreibung

Titel

Geschwindigkeitsregelvorrichtung und Kraftfahrzeug mit einer solchen Geschwindigkeitsregelvorrichtung

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Geschwindigkeitsregelvorrichtung für Kraftfahrzeuge, mit einem Regler und einer

Benutzerschnittstelle, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Geschwindigkeitsregelvorrichtung .

Bekannte Geschwindigkeitsregelvorrichtungen erlauben es im Rahmen einer Tempomat-Funktion, die Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs auf eine vom Fahrer gewählte Wunschgeschwindigkeit zu regeln. Weiterhin sind fortgeschrittene

Geschwindigkeitsregelvorrichtungen, sogenannte ACC-Systeme (Adaptive Cruise Control) bekannt, die darüber hinaus in der Lage sind, mit Hilfe eines Radarsensors oder eines vergleichbaren Ortungssystems ein in der eigenen Spur vorausfahrendes Fahrzeug zu orten, dessen Abstand und Relativgeschwindigkeit zu messen und dann durch Eingriff in das Antriebssystem und ggf. auch das Bremssystem des eigenen

Fahrzeugs die Geschwindigkeit so zu regeln, daß das vorausfahrende Fahrzeug in einem angemessenen Sicherheitsabstand verfolgt wird.

Wenn im Rahmen der Geschwindigkeits- oder Abstandsregelung eine Soll/Ist-Abweichung auftritt, so wird eine Regelstrategie benotigt, die bestimmt, in welcher Weise und mit welchem zeitlichen Verlauf der Istwert wieder an den Sollwert herangeführt werden soll. Parameter, die diese Regelstrategie maßgeblich bestimmen, sind z.B. obere und untere Grenzwerte für die Beschleunigung des eigenen Fahrzeugs. Der obere Grenzwert bestimmt die maximale Fahrzeugbeschleunigung, die im Rahmen der Regelung vom Antriebssystem des Fahrzeugs angefordert werden soll, und der (negative) untere Grenzwert bestimmt die maximale Verzögerung, mit der das Fahrzeug verzögert werden soll. Andere Parameter können beispielsweise festlegen, unter welchen Bedingungen ein Eingriff in das Bremssystem erfolgen soll.

Bei der Festlegung dieser Parameter sind verschiedene Zielsetzungen zu berücksichtigen, die einander zum Teil widersprechen. Zum einen soll naturlich die notwendige Verkehrssicherheit gewahrleistet sein. Weiterhin soll eine Fahrweise erreicht werden, die für den Fahrer und die Fahrzeuginsassen möglichst komfortabel ist und die darüber hinaus möglichst kraftstoffsparend ist. Andererseits soll jedoch auch der Verkehrsfluß nicht unnötig behindert werden, und das Systemverhalten sollte möglichst weitgehend dem intuitiven Fahrverhalten eines menschlichen Fahrers entsprechen. Wenn beispielsweise auf der überholspur einer Autobahn ein langsameres vorausfahrendes Fahrzeug verfolgt wird und dieses Fahrzeug dann auf die rechte Nebenspur ausschert, so sollte das eigene Fahrzeug möglichst zugig wieder auf die

Wunschgeschwindigkeit beschleunigt werden, damit der Uberholvorgang des eigenen Fahrzeugs abgekürzt und der nachfolgende Verkehr nicht behindert wird. Bisher beruht die Festlegung der die Regelstrategie bestimmenden Parameter auf einem Kompromiß zwischen den verschiedenen Zielsetzungen.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine

Geschwindigkeitsregelvorrichtung zu schaffen, die eine besonders kraftstoffsparende Fahrweise erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelost, daß in dem Regler mehrere Betriebsmodi implementiert sind, die sich in ihren Regelstrategien unterscheiden und mindestens einen Oko- Modus umfassen, dessen Regelstrategie für eine kraftstoffsparende Fahrweise optimiert ist, und daß die Benutzerschnittstelle eine Eingabeeinrichtung zur Wahl des Betriebsmodus aufweist.

Auf diese Weise erhalt der Fahrer die Möglichkeit, unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise in Abhängigkeit von seinen derzeitigen Prioritäten oder in Abhängigkeit von der Verkehrssituation, einen besonders kraftstoffsparenden Betriebsmodus zu wählen, der im folgenden als Oko-Modus bezeichnet werden soll. Im allgemeinen wird in diesem Betriebsmodus die Regelstrategie durch eine niedrigere Obergrenze und eine höhere Untergrenze für die Beschleunigung gekennzeichnet sein.

Besonders vorteilhaft ist die Erfindung bei Kraftfahrzeugen, die einen Hybridantrieb aufweisen.

Bei einem Hybridantrieb ist zur Erzeugung der Antriebsleistung neben einer Brennkraftmaschine ein Elektromotor vorgesehen, der aus einer wiederaufladbaren Batterie gespeist wird. Der Elektromotor kann bei einer Verzögerung des Fahrzeugs auch als Bremse/Generator betrieben werden, so daß ein Teil der Bewegungsenergie wieder zurückgewonnen und in der Batterie gespeichert werden kann. Ein intelligentes Antriebsmangament sorgt dafür, daß die Brennkraftmaschine so oft und so lange wie möglich an ihrem optimalen Betriebspunkt betrieben wird, an dem sie mit dem höchsten Wirkungsgrad arbeitet. Wenn die Leistung der Brennkraftmaschine in diesem Zustand nicht ausreicht, wird die fehlende Leistung durch den elektrischen Antrieb bereitgestellt, wahrend umgekehrt überschüssige Leistung zum Wiederaufladen der Batterie genutzt werden kann. Durch dieses Antriebskonzept kann der Kraftstoffverbrauch deutlich gesenkt werden .

Die Erfindung erlaubt es nun dem Fahrer, einen Oko-Modus zu wählen, in dem die Regelstrategie optimal auf die Bedurfnisse des Hybridantriebs abgestimmt ist. Beispielsweise kann in diesem Modus die Obergrenze für die Beschleunigung so festgelegt sein, daß die benotigte Antriebsleistung vom elektrischen Antrieb bereitgestellt werden kann und somit die Brennkraftmaschine ihren optimalen Betriebspunkt nicht zu verlassen braucht. Ebenso kann die Untergrenze für die Beschleunigung so festgelegt werden, daß die bei der Verzögerung freiwerdende Bewegungsenergie vom Generator vollständig in elektrische Energie umgesetzt werden kann und somit keine Energie durch Aktivierung der Reibungsbremse des Fahrzeugs verlorengeht.

Im Bedarfsfall, beispielsweise wenn bei höherer Verkehrsdichte eine eher dynamische Fahrweise angezeigt ist, damit Spurwechsel

auf mehrspurigen Fahrbahnen gefahrlos vorgenommen werden können, kann der Fahrer jederzeit in den "normalen" Betriebsmodus umschalten, in dem höhere Fahrzeugbeschleunigungen und - Verzögerungen zugelassen sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteranspruchen .

Zwar wird im Oko-Modus im Normalfall die obere

Beschleunigungsgrenze gegenüber dem normalen Modus herabgesetzt sein, doch kann es auch Situationen geben, in denen eine Kraftstoffersparnis dadurch erreicht wird, daß eine höhere Beschleunigung als im normalen Modus zugelassen wird. Dies ist beispielsweise bei einem Hybridantrieb dann der Fall, wenn die der Verkehrssituation angemessene Beschleunigung so hoch ist, daß die benotigte Zusatzleistung nicht vom elektrischen Antrieb bereitgestellt werden kann, so daß die Brennkraftmaschine abseits ihres optimalen Betriebspunktes arbeiten muß. In dem Fall kann es zweckmäßig sein, die Beschleunigung weiter zu erhohen, damit das Fahrzeug schneller seine Sollgeschwindigkeit erreicht und die Brennkraftmaschine entsprechend früher wieder zum optimalen Betriebspunkt zurückkehren kann.

Bei einer Fahrt mit annähernd konstanter Geschwindigkeit kann es unter Umstanden zweckmäßig sein, die Sollgeschwindigkeit zu variieren, insbesondere zu senken, wenn dadurch ein ungunstiger Betriebszustand, etwa ein Zurückschalten auf eine niedrigere Getriebestufe, vermieden werden kann. Umgekehrt kann in anderen Situationen eine Kraftstoffersparnis durch eine leichte Erhöhung der Sollgeschwindigkeit erreicht werden, beispielsweise dann, wenn dadurch ein Umschalten auf eine höhere Getriebestufe ermöglicht wird.

Eine Erhöhung der Sollgeschwindigkeit über die vom Fahrer gewählte Wunschgeschwindigkeit hinaus ist jedoch problematisch, weil der Fahrer diese Wunschgeschwindigkeit möglicherweise gewählt hat, um eine bestehende Geschwindigkeitsbeschränkung zu respektieren. Wenn es im Oko-Modus zum Zweck der Kraftstoffersparnis erforderlich ist, die Sollgeschwindigkeit über die Wunschgeschwindigkeit hinaus zu erhohen, sollte deshalb der Fahrer eine Warnmeldung erhalten, oder die Erhöhung sollte nur dann zugelassen werden, wenn der Fahrer eine diesbezüglich vom System ausgegebene Anfrage bestätigt.

Die die Regelstrategie kennzeichnenden Parameter, beispielsweise die Ober- und Untergrenzen für die Beschleunigung, können auch situationsabhangig variieren, beispielsweise in Abhängigkeit von der Fahrbahnsteigung, der Zuladung des Fahrzeugs und dergleichen .

Generell sollten die Abweichungen der im Oko-Modus geltenden Beschleunigungsgrenzen und Sollgeschwindigkeiten von den entsprechenden Beschleunigungsgrenzen und Sollgeschwindigkeiten im normalen Betriebsmodus ein gewisses Maß, beispielsweise 10%, nicht überschreiten, damit das Fahrzeugverhalten für den Fahrer determiniert bleibt und keine unerwarteten Beschleunigungen oder Verzogerungen auftreten.

Bei dem auf den Hybridantrieb abgestimmten Oko-Modus kann die Regelstrategie auch vom Ladezustand der Batterie abhangig sein. Beispielsweise kann bei niedrigem Ladezustand der Batterie die Sollgeschwindigkeit reduziert werden, damit eine gewisse Uberschußleistung der Brennkraftmaschine zum Wiederaufladen der Batterie zur Verfugung steht.

Bei bekannten ACC-Systemen ist Bestandteil der Regelstrategie auch eine sogenannte Eintauchstrategie, die bestimmt, wie weit das eigene Fahrzeug bei der Annäherung an ein langsameres vorausfahrendes Fahrzeug in den angemessenen Sicherheitsabstand "eintauchen" kann. Auch diese Eintauchstrategie kann sich im Oko-Modus von der im normalen Modus unterscheiden. Im Rahmen der Abstandsregelung ist der Sollabstand typischerweise geschwindigkeitsabhangig, und er ist durch eine vom Fahrer innerhalb gewisser Grenzen wahlbare Zeitlucke bestimmt, die den zeitlichen Abstand zwischen dem vorausfahrenden Fahrzeug und dem eigenen Fahrzeug angibt. Im Oko-Modus kann es zweckmäßig sein, diese Zeitlucke zu vergrößern, damit mehr Spielraum für die Einstauchstrategie zur Verfugung steht.

Bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb ist eine sinnvolle Zusammenarbeit zwischen der Geschwindigkeitsregelvorrichtung und dem Antriebsmanagement anzustreben. Diese Zusammenarbeit kann zweckmäßig so gestaltet sein, daß das Antriebsmanagement die Entscheidungen über die Wahl der Antriebsquelle, die Wahl der Getriebestufe und dergleichen trifft und die

Geschwindigkeitsregelvorrichtung immer dann eine Meldung vom Antriebsmanagement erhalt, wenn durch eine Modifikation der Sollbeschleunigung und/oder Sollgeschwindigkeit eine signifikante Kraftstoffersparnis erreicht werden konnte.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert .

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemaßen Geschwindigkeitsregelvorrichtung;

Fig. 2 ein Diagramm zur Illustration unterschiedlicher Regelstrategien; und

Fig. 3 ein Geschwindigkeits/Zeit-Diagramm zur Veranschaulichung der Auswirkungen unterschiedlicher Regelstrategien .

Ausfuhrungsform der Erfindung

In Fig. 1 ist als Beispiel für eine

Geschwindigkeitsregelvorrichtung gemäß der Erfindung ein ACC- System für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb dargestellt. Ein elektronisches Steuergerat 10 umfaßt einen Regler 12 zur Geschwindigkeits- und Abstandsregelung und ein Antriebsmanagementsystem 14, die über ein Bussystem 16 miteinander sowie mit einer Schnittstelleneinheit 18 und einem Programm- und Parameterspeicher 20 kommunizieren. Die Schnittstelleneinheit 18 empfangt Ortungsdaten für die Abstandsregelung von einem im Fahrzeug eingebauten Radarsensor 22 sowie ein Signal eines Geschwindigkeitsmessers 24 des Fahrzeugs, der die Istgeschwindigkeit V des eigenen Fahrzeugs angibt. Mit der Schnittstelleneinheit 18 ist außerdem eine Benutzerschnittstelle 26 verbunden, die ein Display 28 und eine akustische Ausgabeeinrichtung in der Form eines Lautsprechers 30 zur Ausgabe von Informationen an den Fahrer aufweist. Die Benutzerschnittstelle 26 enthalt außerdem eine durch einen oder mehrere Schalter gebildete Eingabeeinrichtung 32, über die der Fahrer Bedienungsbefehle eingeben kann.

Das Antriebsmanagementsystem 14 steuert den Hybridantrieb des Fahrzeugs, der eine Brennkraftmaschine 34 sowie einen elektromechanischen Wandler umfaßt, der sowohl als Elektromotor 36 als auch als Generator 38 arbeiten kann. Im gezeigten Beispiel greift das Antriebsmanagementsystem 14 auch in das Bremssystem 40 des Fahrzeugs ein. Wenn ein Bremsbefehl vom Regler 12 oder vom Fahrer selbst gegeben wird, so entscheidet das Antriebsmanagementsystem 14 ob die notige Bremsverzogerung allein mit Hilfe des Generators 38 erreicht werden kann oder ob zusatzlich das herkömmliche, auf Reibungsbremsen basierende Bremssystem 40 des Fahrzeugs aktiviert werden muß.

Der Regler 12 berechnet anhand der vom Radarsensor 22 und vom Geschwindigkeitsmesser 24 gelieferten Daten sowie ggf. anhand gewisser Zusatzinformationen über den Zustand des Fahrzeugs, z.B. die Giergeschwindigkeit, in bekannter Weise eine Sollbeschleunigung a, die die Grundlage für den Eingriff in das Antriebs- und/oder Bremssystem des Fahrzeugs bildet. Im hier gezeigten Beispiel wird diese Sollbeschleunigung unmittelbar an das Antriebsmanagementsystem 14 übergeben, das dann entscheidet, wie die geforderte Beschleunigung oder Verzögerung auf möglichst verbrauchsgunstige Weise erreicht werden kann.

Im Programm- und Parameterspeicher 20 sind Parametersatze und ggf. Programm-Module gespeichert, auf die der Regler 12 über das Bussystem 16 zugreift und die zwei unterschiedliche Betriebsmodi spezifizieren, in denen der Regler 12 arbeiten kann. Einer dieser Betriebsmodi ist ein normaler Betriebsmodus N, der der herkömmlichen Funktion eines ACC-Systems entspricht. Der andere Betriebsmodus ist ein Oko-Modus E, der unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Hybridantriebs (innerhalb gewisser Grenzen) auf eine möglichst verbrauchsgunstige Fahrweise

optimiert ist. Insbesondere spezifizieren die im Programm- und Parameterspeicher 20 abgelegten Parametersatze für jeden Betriebsmodus eine Obergrenze a_max_N und a_max_E sowie eine Untergrenze a_min_N bzw. a_min_E für die Sollbeschleunigung a, die an das Antriebsmanagement 14 ausgegeben werden kann. Die Untergrenzen sind negativ und geben somit die jeweils zugelassene maximale Fahrzeugverzogerung an.

Wie Fig. 2 zeigt, ist die Obergrenze a_max_E für die Beschleunigung im Oko-Modus E kleiner als die entsprechende Obergrenze im normalen Modus N, und die Untergrenze a_min_E im Oko-Modus E ist großer als die entsprechende Untergrenze im normalen Modus N. Im Oko-Modus E ist somit der zulassige Beschleunigungsbereich starker eingegrenzt, wodurch eine kraftstoffsparendere Fahrweise erreicht wird. Insbesondere sind die Grenzen im Oko-Modus so gewählt, daß die entsprechende Beschleunigung oder Verzögerung möglichst mit Hilfe des Elektromotors 36 bzw. des Generators 38 erreicht werden kann, ohne daß die Brennkraftmaschine 34 ihren optimalen Betriebspunkt verlassen muß.

Unter bestimmten Bedingungen kann jedoch im Oko-Modus E auch eine größere Obergrenze a_max_E ' für die Beschleunigung gelten, die sogar hoher ist als die Obergrenze im normalen Modus N. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn die Sollgeschwindigkeit wesentlich großer ist als die augenblickliche Istgeschwindigkeit und deshalb eine "vernunftige" Beschleunigung des Fahrzeugs so groß sein mußte, daß das Getriebe um einen Gang zurückgeschaltet werden mußte und/oder von der Brennkraftmaschine 34 eine höhere Leistung als am optimalen Betriebspunkt abverlangt wurde. In dem Fall bewirkt die höhere Beschleunigung, daß die Sollgeschwindigkeit schneller erreicht wird und somit der

verbrauchsungunstige Zustand nur relativ kurze Zeit dauert, so daß sich insgesamt eine Kraftstoffersparnis ergibt.

In Fig. 3 ist das Systemverhalten anhand eines Geschwindigkeits/Zeitdiagramms illustriert. Die gestrichelt eingezeichnete und mit N gekennzeichnete Kurve gibt den Geschwindigkeitsverlauf im normalen Betriebsmodus N an, wahrend die in durchgezogenen Linien eingezeichnet und mit E bezeichnete Kurve den entsprechenden Geschwindigkeitsverlauf im Oko-Modus E angibt .

Zwischen den Zeitpunkten tl und t2 ist die Beschleunigung im Oko-Modus E kleiner als im normalen Modus N, so daß die Beschleunigungsphase entsprechend langer dauert. v_lim bezeichnet eine Grenzgeschwindigkeit, die unter den aktuellen Betriebsbedingungen ein Umschalten des Antriebssystems in einen anderen Betriebszustand erfordert. Bei einer Geschwindigkeit knapp oberhalb von v_lim wäre der Kraftstoffverbrauch signifikant hoher als bei einer Geschwindigkeit knapp unterhalb dieses Grenzwertes. Aus diesem Grund ist im Oko-Modus E vorgesehen, daß zwischen den Zeitpunkent t2 und t3 die Sollgeschwindigkeit - abweichend von der vom Fahrer gewählten Wunschgeschwindigkeit - auf einen Wert unterhalb von v_lim herabgesetzt wird, so daß die Kraftstoffersparnis ausgenutzt werden kann. Dies gilt selbstverständlich nur in den Fallen, in denen die vom Fahrer gewählte Wunschgeschwindigkeit nur wenig über v_lim liegt.

Zum Zeitpunkt t3 wird vom Radarsensor 22, dessen Ortungstiefe beispielsweise 150 m betragt, ein langsameres vorausfahrendes Fahrzeug geortet. Im Oko-Modus E setzt dann unverzüglich die Verzögerung des Fahrzeugs ein, allerdings mit einer relativ

kleinen Verzogerungsrate . Im normalen Modus N wird dagegen dichter auf das vorausfahrende Fahrzeug aufgeschlossen, bevor die Verzögerung beginnt, dann jedoch mit größerer Verzogerungsrate. Im gezeigten Beispiel wird die neue Sollgeschwindigkeit, die der Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs entspricht, im Oko-Modus E erst zu einem Zeitpunkt t4 erreicht, wahrend sie im normalen Modus N bereits zu einem früheren Zeitpunkt erreicht wurde. Das bedeutet, daß im Oko- Modus eine geringe und vorübergehende Unterschreitung des Sollabstands zum vorausfahrenden Fahrzeug eher zugelassen wird als im normalen Modus N.

Zum Zeitpunkt t5 hat das vorausfahrende Fahrzeug auf eine Nebenspur gewechselt, so daß die Fahrbahn wieder frei ist. Außerdem hat inzwischen der Fahrer die Wunschgeschwindigkeit deutlich erhöht. In diesem Fall entspricht die

Beschleunigungsrate im Oko-Modus E der erhöhten oberen Grenze a_ max_E ' in Figur 2, so daß die neue Wunschgeschwindigkeit schon zum Zeitpunkt t6 erreicht wird, wahrend im normalen Modus N die Beschleunigungsphase verlängert wäre.

Der Regler 12 ist vorzugsweise so konfiguriert, daß er bei Aktivierung des ACC-Systems im Oko-Modus E arbeitet. über die Bedienungseinrichtung 32 kann der Fahrer jedoch jederzeit in den normalen Modus N umschalten und wieder in den Oko-Modus E zurückschalten .