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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Maschine mittels eines Kraftstellers sowie ein Fahrzeug mit einem zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens konfigurierten Steuergerät.
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Beim Betrieb von Maschinen, wie bspw. Fahrzeugen, kann es zu Situationen kommen, in denen Funktionen einer jeweiligen Maschine, wie bspw. eine Leistungsabgabe eines Antriebs, entgegen eines durch einen Kraftsteller der jeweiligen Maschine übermittelten und von einem Nutzer vorgegebenen Steuerungsbefehls begrenzt werden müssen. Dazu werden in der Regel Begrenzungsfunktionen, wie bspw. Geschwindigkeitsbegrenzer oder elektronische Stabilitätsprogramme verwendet, die jeweilige Funktionen der Maschine begrenzen, indem bspw. ein bzgl. des von dem Nutzer vorgegebenen Steuerbefehls veränderter Steuerbefehl zur Steuerung der Funktionen der Maschine ausgegeben wird. Wird ein derart veränderter Steuerbefehl bspw. in Reaktion auf eine veränderte Betriebssituation direkt aufgehoben und entsprechend unmittelbar durch den von dem Nutzer vorgegebenen Steuerbefehl ersetzt, kann es zu hohen Sprüngen eines jeweiligen angeforderten Werts der Ausgabe der jeweiligen begrenzten Funktion und entsprechend hohen Materialbelastungen oder unerwarteten Fahrzeugreaktionen, wie bspw. einer Beschleunigungszunahme aufgrund von Momentenänderungen beim Betrieb der Maschine kommen.
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Durch den Stand der Technik sind Verfahren vorbekannt, um sprunghafte Momentenänderungen beim Wechseln zwischen verschiedenen Fahrpedalinterpretationen zu vermeiden.
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In der deutschen Druckschrift
DE 10 2004 022 554 B3 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem zeitabhängig ein Wunschdrehmoment an eine neue Pedalstellungsinterpretation angenähert wird.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2012 222 482 A1 offenbart ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs, bei dem eine Soll-Antriebsabgabe um eine Differenzabgabe pro vorbestimmtem Zeitintervall von einer ersten Antriebsabgabe bis zu einer zweiten Antriebsabgabe verändert wird.
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Ein Verfahren zum Wechseln zwischen verschiedenen Kennfeldlinien eines Antriebs eines Fahrzeugs in Abhängigkeit eines Abstands zwischen jeweiligen Kennfeldlinien ist in der internationalen Druckschrift
WO 2013/110758 A1 offenbart.
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In der internationalen Druckschrift
WO 2013/110759 A2 wird ein Verfahren zum Wechseln zwischen verschiedenen Kennfeldlinien eines Antriebs eines Fahrzeugs offenbart, wobei der Wechsel mit einer Basisrate erfolgt, die in Abhängigkeit einer Positionsänderung eines jeweiligen Fahrpedals verändert werden kann.
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Die deutsche Druckschrift
DE 10 2006 013 676 A1 offenbart ein Kraftfahrzeug mit einer Steuereinrichtung, die derart ausgebildet ist, dass eine variable Dämpfung eines Fahrerwunschsignals in Abhängigkeit von einem Ausmaß einer Fahrerwunschänderung und/oder in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit der Fahrerwunschänderung erfolgt.
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In der deutschen Druckschrift
DE 10 2007 042 117 A1 wird ein System zur Steuerung einer Drosselklappe eines Fahrzeugs offenbart, bei dem eine Drehmomentverringerung gegebenenfalls aktiviert wird.
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Vor diesem Hintergrund stellt sich dem Fachmann die Aufgabe, ein Maß einer Begrenzung einer Funktion einer Maschine während eines Betriebs der Maschine in Abhängigkeit einer Bewegung eines Kraftstellers der Maschine sowohl in eine leistungsfordernde Richtung als auch in eine leistungsmindernde Richtung sicher und komfortabel zu reduzieren oder zu erhöhen.
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Es wird somit ein Verfahren zum Steuern einer Maschine mittels eines Kraftstellers vorgestellt, wobei für den Fall, dass die Maschine unter Verwendung mindestens einer Begrenzungsfunktion gesteuert wurde und die mindestens eine Begrenzungsfunktion zu deaktivieren ist, ein Maß einer Begrenzung mindestens einer Funktion der Maschine durch die mindestens eine Begrenzungsfunktion ausschließlich in Abhängigkeit einer Positionsänderung des Kraftstellers sukzessive angepasst wird, wobei das Maß der Begrenzung der mindestens einen Funktion der Maschine in Abhängigkeit einer Richtung einer Positionsänderung des Kraftstellers schrittweise erhöht oder reduziert wird, wobei eine Erhöhung des Maßes der Begrenzung auf Grundlage einer mathematischen Funktion berechnet wird, die eine geringere Steigung aufweist als eine für eine Reduktion der Begrenzung gewählte mathematische Funktion.
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Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen.
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Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum Regeln eines Übergangs von einer Betriebssituation einer Maschine, in der eine Begrenzungsfunktion aktiviert ist, zu einer Betriebssituation, in der die Begrenzungsfunktion deaktiviert ist. Da bei einem Wechsel von einer aktivierten zu einer deaktivierten Begrenzungsfunktion hohe Unterschiede zwischen jeweiligen vorgegebenen Steuerungsbefehlen auftreten können, durch die ein entsprechend hoher Sprung in einer jeweiligen Funktion, wie bspw. einer Drehmomentabgabe, erzeugt wird, wird ein Verfahren benötigt, das eine aktive Begrenzungsfunktion komfortabel und materialschonend deaktiviert.
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Um einen komfortablen und materialschonenden Übergang von einem aktivierten zu einem deaktivierten Zustand einer jeweiligen Begrenzungsfunktion zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Maß einer Begrenzung einer Funktion einer Maschine durch die Begrenzungsfunktion ausschließlich in Abhängigkeit einer Positionsänderung des Kraftstellers sukzessive bzw. schrittweise angepasst, d. h. reduziert oder erhöht, wird. Dies bedeutet, dass ein Maß einer Begrenzung einer jeweiligen Funktion, wie bspw. eine Höhe einer Drosselung eines Antriebs, ausschließlich in Abhängigkeit einer Positionsänderung eines jeweiligen Kraftstellers, wie bspw. eines Fahrpedals, angepasst wird. Durch die Anpassung des Maßes der Begrenzung der jeweiligen Funktion ausschließlich in Abhängigkeit der Positionsänderung des Kraftstellers ist es möglich, einem jeweiligen den Kraftsteller verwendenden Nutzer eine Kontrolle eines Ablaufs der Deaktivierung der jeweiligen Begrenzungsfunktion bereitzustellen.
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Unter einem Kraftsteller ist im Kontext der vorliegenden Erfindung eine Benutzerschnittstelle zum Eingeben von Steuerbefehlen, wie bspw. ein Pedal oder ein Hebel, zu verstehen.
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Durch eine Kontrolle eines Ablaufs einer Deaktivierung einer jeweiligen Begrenzungsfunktion ist es einem jeweiligen Nutzer möglich auf den Ablauf Einfluss zu nehmen und bspw. während der Deaktivierung der jeweiligen Begrenzungsfunktion eine jeweilige durch die Begrenzungsfunktion geregelte Funktion einer jeweiligen Maschine mit einem sich dynamisch verändernden Kennfeld zu steuern. Dies bedeutet, dass der Nutzer während der Deaktivierung der Begrenzungsfunktion seinen aktuellen Steuerwunsch in einen aktuellen Deaktivierungsprozess einbringen kann, wodurch der Deaktivierungsprozess bezüglich des aktuellen Steuerwunsches des Nutzers optimiert und ein möglichst komfortabler bzw. intuitiver Wechsel zwischen dem deaktivierten und dem aktivierten Zustand der Begrenzungsfunktion durchgeführt werden kann. Dazu wird das Maß, mit dem die Begrenzungsfunktion die jeweilige Funktion der Maschine begrenzt, dynamisch in Abhängigkeit von Positionsänderungen eines jeweiligen Kraftstellers angepasst.
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Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Begrenzung der Funktion einer jeweiligen Maschine durch eine jeweilige Begrenzungsfunktion sukzessive reduziert wird. Durch eine sukzessive Reduktion der Begrenzung einer jeweiligen Funktion einer Maschine wird sichergestellt, dass die Reduktion der Begrenzung der Funktion der Maschine stets einem jeweiligen Fahrerwunsch entsprechend verläuft und bspw. bei einer positiven Positionsänderung eines jeweiligen Kraftstellers positiv und bei einer negativen Positionsänderung des Kraftstellers negativ verläuft. Dies bedeutet insbesondere, dass bei einer Rücknahme eines jeweiligen Kraftstellers, wie bspw. einem Fahrpedal in eine Position, in der weniger Leistung von der Maschine gefordert wird, die aktuelle Begrenzung erhöht wird. Dabei kann eine Stärke bzw. Höhe einer Veränderung der aktuellen Begrenzung in Abhängigkeit einer Stärke bzw. Höhe einer Positionsänderung des Kraftstellers erfolgen.
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Unter einer sukzessiven Anpassung einer Begrenzung ist im Kontext des vorgestellten Verfahrens eine Anpassung eines Verlaufs der Begrenzung zu verstehen, bei der die Begrenzung in Abhängigkeit einer Richtung einer Positionsänderung eines jeweiligen Kraftstellers schrittweise erhöht oder reduziert wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass eine Erhöhung der Begrenzung auf Grundlage einer mathematischen Funktion berechnet wird, die eine geringere Steigung aufweist als eine jeweilige für eine Reduktion der Begrenzung gewählte mathematische Funktion.
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Da das vorgestellte Verfahren auf einer Veränderung eines Maßes einer Begrenzung einer jeweiligen Funktion einer Maschine ausschließlich in Abhängigkeit einer Positionsänderung eines jeweiligen Kraftstellers basiert, werden Nachteile einer zeitabhängigen Deaktivierung einer jeweiligen Begrenzungsfunktion, wie sie im Stand der Technik vorkommen, vermieden.
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In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass das Maß der Begrenzung der mindestens einen Funktion der Maschine durch die mindestens eine Begrenzungsfunktion mittels einer Reduktion eines von der mindestens einen Begrenzungsfunktion zur Begrenzung der mindestens einen Funktion der Maschine verwendeten Grenzwerts reduziert wird.
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Begrenzungsfunktionen basieren in der Regel auf der Vorgabe eines gegenüber einem Regelfall veränderten Grenzwerts für eine jeweilige Funktion, wie bspw. einem reduzierten maximalen Leistungsabgabewert für einen Antrieb einer Maschine. Um eine jeweilige Begrenzungsfunktion besonders effizient derart anzupassen, dass diese gemäß dem vorgestellten Verfahren deaktiviert wird, kann ein entsprechender Grenzwert gemäß dem vorgestellten Verfahren, d. h. sukzessive in Abhängigkeit einer Positionsänderung eines jeweiligen Kraftstellers, angepasst, d. h. erhöht oder reduziert werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine Begrenzungsfunktion sofort deaktiviert wird, sobald ein von einem jeweiligen Nutzer mittels des Kraftstellers aktuell angeforderter Wert einer Ausgabe der mindestens einen Funktion der Maschine kleiner als der von der mindestens einen Begrenzungsfunktion zur Begrenzung der mindestens einen Funktion der Maschine verwendete Grenzwert oder gleich dem von der mindestens einen Begrenzungsfunktion zur Begrenzung der mindestens einen Funktion der Maschine verwendeten Grenzwert ist.
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Da für den Fall, dass ein Nutzerwusch, d. h. ein von einem jeweiligen Nutzer angeforderter Wert für eine Ausgabe einer jeweiligen Funktion, kleiner als ein von einer Begrenzungsfunktion zur Begrenzung einer jeweiligen Funktion der Maschine verwendeter Grenzwert oder gleich dem von der Begrenzungsfunktion zur Begrenzung der Funktion der Maschine verwendeten Grenzwert ist, ergibt sich bei der vollständigen Deaktivierung der Begrenzungsfunktion keine veränderte Anforderung an die Maschine, so dass die Maschine bei der Deaktivierung der Begrenzungsfunktion weiterhin gemäß dem von dem Nutzer angeforderten Wert eingestellt bleiben kann.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass das Maß der Begrenzung der mindestens einen Funktion der Maschine durch die mindestens eine Begrenzungsfunktion bei einer Positionsänderung des Kraftstellers graduell angepasst wird.
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Um eine möglichst komfortable und materialschonende Anpassung eines Maßes einer Begrenzung einer jeweiligen Funktion einer Maschine zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass das Maß der Begrenzung graduell, d. h. kontinuierlich ansteigend bzw. abflachend, reduziert oder erhöht wird.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass bei einer positiven Positionsänderung des Kraftstellers das Maß der Begrenzung der mindestens einen Funktion der Maschine durch die mindestens eine Begrenzungsfunktion bezüglich einer Länge der Positionsänderung des Kraftstellers überproportional reduziert wird.
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Insbesondere ist gemäß dem vorgestellten Verfahren vorgesehen, dass ein Maß einer Begrenzung einer jeweiligen Funktion einer Maschine in Abhängigkeit einer Länge bzw. einer Stärke einer Positionsänderung eines jeweiligen Kraftstellers zum Einstellen eines gewünschten Wertes einer Ausgabe der jeweiligen Funktion reduziert wird. Durch eine Reduktion des Maßes der Begrenzung der jeweiligen Funktion der Maschine in Abhängigkeit der Länge bzw. Stärke der Positionsänderung kann eine entsprechende Begrenzungsfunktion besonders schnell und komfortabel deaktiviert werden, indem bspw. bei einer besonders langen oder besonders starken Positionsänderung des Kraftstellers eine besonders starke Reduktion des Maßes der Begrenzung der jeweiligen Funktion der Maschine erfolgt. Da bei einer besonders hohen bzw. starken positiven Positionsänderung eines Kraftstellers ohnehin eine starke Änderung in einer entsprechenden Funktion seitens des Nutzers erwartet wird, wird eine besonders starke Reduktion des Maßes der Begrenzung der Funktion dem Nutzer nicht negativ auffallen.
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Bei einer überproportionalen Reduktion, d. h. bspw. einer gegenüber einer Länge einer jeweiligen Positionsänderung eines Kraftstellers stärkeren bzw. längeren Reduktion eines Maßes einer Begrenzung einer jeweiligen Funktion einer Maschine, kann eine jeweilige Begrenzung schnell abgebaut und entsprechend deaktiviert werden. Selbstverständlich kann zur Formulierung einer mathematischen Funktion zur Reduktion des Maßes der Begrenzung der jeweiligen Funktion der Maschine ein Cofaktor, d. h. ein beliebiger in eine jeweilige mathematische Formulierung mit einzubeziehender mathematischer Faktor, verwendet werden, der sich je nach Richtung und/oder Stärke bzw. Höhe der Positionsänderung eines jeweiligen Kraftstellers ändert.
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Insbesondere ist für die Verwendung des vorgestellten Verfahrens in einem Fahrzeug vorgesehen, dass eine mathematische Funktion zur Anpassung des Maßes der Begrenzung der jeweiligen Funktion der Maschine gemäß Formel (1) oder Formel (2) gebildet wird, wobei während einer aktiven Begrenzungsfunktion ein Fahrerwunsch auf eine von der Begrenzungsfunktion vorgegebene Momentengrenze begrenzt wird, wie durch Formel (3) angedeutet. Bei einer Deaktivierung der Begrenzungsfunktion gilt für eine Deaktivierungsphase weiterhin die durch die Begrenzungsfunktion vorgegebene Begrenzung, wobei die Momentengrenze dann nicht mehr durch die Begrenzungsfunktion sondern in Abhängigkeit einer Positionsänderung des Kraftstellers, insbesondere gemäß Formel (1) im Fall einer gewünschten Momentenerhöhung, und gemäß Formel (2) im Fall einer gewünschten Momentenreduktion gebildet wird.
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Dabei gilt:
- Mg(t) = Momentengrenze eines Antriebs einer Maschine, Mf(t) = Fahrerwunschmoment, Meff (t) = effektiv umgesetztes Antriebsmoment, P(t) = prozentuale Fahrpedalstellung, Ke = Faktor für Momentenerhöhung bei Fahrpedaländerung, Kr = Faktor für Momentenreduktion bei Fahrpedaländerung.
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Die Deaktivierungsphase kann beendet werden, sobald Formel (4) gilt:
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass bei einer negativen Positionsänderung des Kraftstellers das Maß der Begrenzung der mindestens einen Funktion der Maschine durch die mindestens eine Begrenzungsfunktion bezüglich einer Länge der Positionsänderung des Kraftstellers unterproportional angepasst, d. h. insbesondere erhöht wird.
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Um auch bei einer Positionsänderung eines jeweiligen Kraftstellers in eine Position, in der weniger Leistung einer jeweiligen Maschine abgefragt wird, eine Annäherung von Fahrerwunsch zu aktueller Begrenzung zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass bei einer negativen Positionsänderung das Maß zur Begrenzung der jeweiligen Funktion der Maschine lediglich unterproportional, d. h. bspw. mit einer gegenüber einer Länge einer jeweiligen Positionsänderung eines Kraftstellers schwächeren bzw. kürzeren Reduktion eines Maßes einer Begrenzung einer jeweiligen Funktion einer Maschine angepasst wird.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass als Maß der Begrenzung der mindestens einen Funktion der Maschine durch die mindestens eine Begrenzungsfunktion ein Stellwert, der einen Einfluss der Begrenzungsfunktion auf die mindestens eine Funktion der Maschine angibt, verwendet wird.
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Mittels eines Stellwerts, der eine obere oder untere Grenze einer Begrenzung einer jeweiligen Funktion einer Maschine angibt, kann die Funktion schnell und einfach eingestellt werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass als Maschine ein Fahrzeug und als Kraftsteller ein Fahrpedal gewählt wird.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass als Stellwert eine Momentengrenze eines Antriebs eines Fahrzeugs verwendet wird.
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Für den Fall, dass das vorgestellte Verfahren in einem Fahrzeug ausgeführt wird, eignet sich als Stellwert insbesondere eine Momentengrenze, die bspw. von einem Geschwindigkeitsbegrenzer oder elektronischen Stabilitätssystem geregelt wird.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einem Steuergerät, wobei das Steuergerät dazu konfiguriert ist, mindestens eine Begrenzungsfunktion mindestens einer Funktion des Fahrzeugs zu deaktivieren, und wobei das Steuergerät weiterhin dazu konfiguriert ist, ein Maß einer Begrenzung der mindestens einen Funktion der Maschine durch die mindestens eine Begrenzungsfunktion ausschließlich in Abhängigkeit einer Positionsänderung des Kraftstellers sukzessive anzupassen.
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Das vorgestellte Fahrzeug dient insbesondere zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens.
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In 1 ist ein Diagramm 1 dargestellt, auf dessen Abszisse 3 die Zeit und auf dessen Ordinate 5 eine Leistung eines Antriebs eines Fahrzeugs aufgetragen ist. Eine Line 7 gibt einen durch eine Bewegung eines Kraftstellers in Form eines Fahrpedals des Fahrzeugs bereitgestellten Fahrerwunsch für eine von dem Antrieb bereitzustellende Leistung an.
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Eine Linie 9 gibt einen von einer Begrenzungsfunktion der Leistung des Antriebs vorgegebenen Grenzwert der Leistung des Antriebs an, während eine Linie 11 einen Verlauf des Grenzwerts der Leistung des Antriebs nach einer Deaktivierung der Begrenzungsfunktion zu einem Zeitpunkt t1 darstellt. Eine wirksame Antriebsleistung ist durch eine schraffierte Fläche 13 angedeutet.
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Um die Begrenzung der Leistung des Antriebs nach der Deaktivierung der Begrenzungsfunktion zum Zeitpunkt t1 sukzessive zu reduzieren bzw. den Grenzwert entsprechend dem Verlauf der Linie 11 sukzessive anzuheben, ist vorgesehen, dass der Grenzwert gemäß Linie 9 in Abhängigkeit einer Bewegung des Fahrpedals gemäß Linie 7 verändert wird. Dazu werden Bewegungen des Fahrpedals erfasst, ausgewertet und zur Bildung eines Cofaktors zur Berechnung einer Änderungsrate des Grenzwerts verwendet.
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Wird für das Fahrpedal in Abhängigkeit eines Fahrerwunsches eine starke positive Positionsänderung in einem kurzen Zeitraum erfasst, wie durch einen Bereich 15 angedeutet, so ist vorgesehen, dass der Grenzwert sich ebenfalls sehr stark ändert, wie durch den Bereich 17 angedeutet. Dabei kann aufgrund des kurzen Zeitraums, in dem die Positionsänderung des Fahrpedals erfolgte, eine Steigung der Änderung des Grenzwerts größer sein als eine Steigung der Positionsänderung des Fahrpedals.
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Wird hingegen eine negative Positionsänderung des Fahrpedals erfasst, wie durch einen Bereich 19 angedeutet, so kann der Grenzwert wieder reduziert werden, um einem Wunsch eines Fahrers, wie bspw. einer Momentenrücknahme qualitativ zu folgen und eine entsprechende Leistungsabgabe direkt abzusenken, wie durch einen Bereich 21 dargestellt.
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Sobald der Grenzwert in Abhängigkeit einer Positionsänderung des Fahrpedals soweit angehoben wurde, dass dieser dem aktuellen Fahrerwunsch entspricht, wie durch die Bereiche 23 und 25 angedeutet, kann die Begrenzungsfunktion komplett deaktiviert werden.