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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur automatischen
Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeuges. Insbesondere betrifft
die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren der genannten Art,
welches durch gezielte Eingriffe in das Motormanagement den Schaltkomfort
während des
Betriebes erhöht.
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Einrichtungen
zur automatischen Geschwindigkeitsregelung sind auch unter dem Begriff
adaptive Geschwindigkeitsregelung ACC (englisch: „Adaptive
Cruse Control")
bekannt. Gegenüber
herkömmlichen
Geschwindigkeitsregelungen, die lediglich die Fahrgeschwindigkeit
eines Kraftfahrzeuges auf einer vorgegebenen Sollgeschwindigkeit
halten, passt sich die adaptive Geschwindigkeitsregelung an die
Verkehrssituation an.
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Ebenso
wie ein herkömmlicher
Geschwindigkeitsregler lässt
das ACC ein Fahrzeug mit einer vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit
fahren. Darüber hinaus
kann der Fahrer innerhalb der gesetzlichen Grenzen den Wunschabstand
zu einem voraus fahrenden Fahrzeug eingeben. Nähert sich nun sein Fahrzeug
einem langsameren Auto auf der eigenen Fahrspur, erkennt das ACC
den sich verringernden Abstand und reduziert die Fahrgeschwindigkeit
durch Eingriffe in das Motormanagement und gegebenenfalls durch
Bremseneingriffe, bis der vorgewählte
Abstand erreicht wird. Ist die Fahrspur wieder frei, zum Beispiel
weil das vorausfahrende langsamere Fahrzeug die Fahrbahn über eine
Ausfahrt verlassen hat, beschleunigt das ACC das eigene Fahrzeug
automatisch auf das ursprünglich
gewählte
Wunschtempo.
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Den
Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug misst das ACC entweder mit
einem 77-GHz-Radar nach dem Pulsdopplerprinzip oder auch mit einer Infrarotsensorik.
Die Radarvariante ist zwar aufwendiger, sie ist der Infrarotvariante
jedoch bei widrigen Witterungsbedingungen wie zum Beispiel Nebel,
Regen oder Schneefall überlegen.
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An
dieser Stelle wird bemerkt, dass für den Gegenstand der vorliegenden
Erfindung die Art und Weise, wie der Abstand gemessen wird, keine
Rolle spielt. Es liegt auf der Hand, dass die Kombination von ACC
mit einem automatisierten oder automatischen Getriebe den größtmöglichen
Komfort für
den Fahrer bietet, weil er sowohl von der Anpassung der Fahrgeschwindigkeit
an die Verkehrssituation als auch von der Aus wahl der geeigneten
Gangstufe für die
von dem ACC vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit entlastet ist.
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Für den Gegenstand
der Erfindung ist es allerdings unerheblich, ob bei einem konkreten
Ausführungsbeispiel
ein automatisiertes Getriebe oder ein automatisches Getriebe zum
Einsatz kommt. Einschränkend
ist jedoch festzuhalten, dass automatisierte Schaltgetriebe vorwiegend
in kleineren Fahrzeugen zum Einsatz kommen, für welche – zumindest derzeit – von den
meisten Herstellern kein ACC angeboten wird. Deshalb wird im Folgenden
der Einfachheit halber stets von einem automatischen Getriebe gesprochen,
was dennoch nicht bedeuten soll, dass automatisierte Getriebe von
der Benutzung im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ausgeschlossen
sein sollen.
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Bestehende
ACC-Regelungen zielen darauf ab, vorgegebene Beschleunigungs- bzw.
Verzögerungsanforderungen
mit möglichst
geringen Regelabweichungen einzustellen. Demgemäß fordert das ACC von dem Motormanagement
ein Motordrehmoment an, um die Istgeschwindigkeit des Fahrzeuges mit
der Sollgeschwindigkeit möglichst
in Übereinstimmung
zu bringen.
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Dabei
berücksichtigen
bekannte ACC-Regelungen keine Zugkraftverminderungen bei Schaltvorgängen, mit
der Folge von relativ großen
Regelabweichungen nach einem Schaltvorgang. Deshalb fordert das
ACC im Anschluss an einen Schaltvorgang entsprechend hohe Motordrehmomente
an, die den Fahrkomfort herabsetzen. Bei automatisierten Schaltgetrieben,
bei denen bei Schaltvorgängen Zugkraftunterbrechungen
auftreten, ist dieses Problem noch stärker ausgeprägt als bei
automatischen Getrieben, bei denen die Zugkraft während eines Schaltvorganges
nicht unterbrochen, sondern nur vermindert wird.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung
zur automatischen Geschwindigkeitsregelegung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen,
die einen höheren
Fahrkomfort als bislang bekannte ACC-Regelungen bietet.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch eine Vorrichtung zur automatischen Geschwindigkeitsregelung
für ein
Kraftfahrzeug gelöst.
Die Vorrichtung umfasst Steuermittel zur Steuerung von Motor und
Getriebe des Kraftfahrzeuges und eine Eingabeeinrichtung mittels
derer der Fahrer des Kraftfahrzeuges eine gewünschte Sollgeschwindigkeit
des Kraftfahrzeuges vorgeben kann, die ein erstes Eingabesignal
für eine
Geschwindigkeitsregelung bildet. Eine gemessene Istgeschwindigkeit
des Kraftfahrzeuges bildet ein zweites Eingabesignal für die Geschwindigkeitsregelung,
die aus einem Vergleich der Soll- mit der Istgeschwindigkeit eine
primäre
Beschleunigungsanforderung erzeugt, um die Differenz zwischen Soll-
und Istgeschwindigkeit zu minimieren.
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Die
Vorrichtung umfasst außerdem
eine Überwachungseinrichtung,
die das Verkehrsgeschehen vor dem Kraftfahrzeug überwacht und gegebenenfalls
die Sollgeschwindigkeit an das Verkehrsgeschehen anpasst und/oder
eine Bremse des Kraftfahrzeuges aktiviert, um die Istgeschwindigkeit
zu reduzieren.
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Erfindungsgemäß ist die
Vorrichtung mit einer Steuereinheit versehen, die das Ausgangssignal der
Geschwindigkeitsregelung und von den Steuermitteln ein Schaltankündigungssignal
empfängt,
das einem Gangwechsel des Getriebes vorausgeht.
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Die
Steuereinheit gibt an die Steuermittel ein Ausgangssignal ab, das
einer modifizierten Beschleunigungsanforderung entspricht, wenn
ein Schaltankündigungssignal
vorliegt. Die modifizierte Beschleunigungsanforderung führt zu einer
kleineren Momentenanforderung an das Motormanagement, wodurch der
Fahrkomfort nach einem Schaltvorgang erhöht wird.
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Bei
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der
Erfindung geben die Steuermittel das Schaltankündigungssignal ab und begrenzen
während
eines Gangwechsels das Drehmoment des Motors auf ein vorbestimmtes
Schaltmoment.
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In
diesem Fall kann die Steuereinheit eine modifizierte Beschleunigungsanforderung
abgeben, die der primären
Beschleunigungsanforderung entspricht, wenn das Schaltmoment größer als
das Drehmoment oder gleich dem Drehmoment ist, das aus der primären Beschleunigungsanforderung
resultiert.
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Außerdem kann
es vorgesehen sein, dass die Steuereinheit eine modifizierte Beschleunigungsanforderung
abgibt, die kleiner als die primäre
Beschleunigungsanforderung ist, wenn das Schaltmoment größer als
das Drehmoment oder gleich dem Drehmoment ist, das aus der primären Beschleunigungsan-forderung
resultiert.
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Bei
einer zweckmäßigen Weiterbildung
der Erfindung empfängt
die Steuereinheit ein weiteres Eingangssignal, das die eingelegte
Gangstufe des Getriebes anzeigt.
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Mit
Vorteil nähert
die Steuereinheit die modifizierte Beschleunigungsanforderung als
Funktion der Zeit an die primäre
Beschleunigungsanforderung an. Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform nähert die
Steuereinheit die modifizierte Beschleunigungsanforderung die primäre Beschleunigungsanforderung
nicht nur als Funktion der Zeit an, sondern auch abhängig von
der eingelegten Gangstufe und/oder von der Abweichung der Istgeschwindigkeit
von der Sollgeschwindigkeit.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung ist die Überwachungseinrichtung
dazu geeignet, um Radar- oder Infrarotlichtstrahlen zur Überwachung
des Verkehrsgeschehens auszusenden.
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Schließlich sind
bei einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung mehrere oder alle Steuer- und Regelkomponenten in
einer Einheit zusammengefasst. Diese Bauform hat den Vorteil, dass
sie bei der Herstellung Kostenvorteile schafft.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur automatischen
Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeuges zu schaffen, mit
welchem ein höherer
Fahrkomfort als mit bislang bekannten Verfahren erzielbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Verfahren zur automatischen Geschwindigkeitsregelung
für ein
Kraftfahrzeug gelöst.
Zur Ausführung des
Verfahrens sind Steuermittel zur Steuerung von Motor und Getriebe
des Kraftfahrzeuges, eine Eingabeeinrichtung zur Eingabe einer gewünschten
Sollgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges, auf welche die Geschwindigkeit
des Kraftfahrzeuges geregelt wird sowie eine Überwachungseinrichtung vorgesehen.
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Erfindungsgemäß umfasst
das Verfahren die folgenden Schritte.
- – Vorgeben
einer gewünschten
Sollgeschwindigkeit;
- – Messen
der Istgeschwindigkeit;
- – Vergleichen
der Sollgeschwindigkeit mit der Istgeschwindigkeit und Ermitteln
einer primären
Beschleunigungsanforderung
- – Überwachen
des Verkehrsgeschehens vor dem Kraftfahrzeug;
- – gegebenenfalls
Reduzieren der Sollgeschwindigkeit und/oder der Istgeschwindigkeit,
abhängig von
dem Verkehrsgeschehen;
- – Empfangen
eines Schaltankündigungssignals; und
- – Erzeugen
einer modifizierten Beschleunigungsanforderung, wenn ein Schaltankündigungssignal vorliegt.
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Dieses
Verfahren schafft einen im Vergleich zu herkömmlichen ACC Regelungen erhöhten Fahrkomfort,
insbesondere während
und nach Schaltvorgängen.
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Weitere
Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen ergeben
sich aus den Unteransprüchen
und der nachfol genden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele
anhand der Figuren.
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Von
den Figuren zeigt:
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1 eine
schematische Übersicht über eine
Auswahl sicherheitstechnischer Komponenten eines Kraftfahrzeuges;
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2 die
zeitlichen Verläufe
von Beschleunigung, Motordrehzahl und Motormoment während einer
Zughochschaltung eines automatischen Getriebes und
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3 den
zeitlichen Verlauf der Momentenanforderung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt
schematisch ein Kraftfahrzeug, das als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist.
Das Kraftfahrzeug ist rein schematisch dargestellt und zeigt die
für Fahrdynamikregelungen
erforderlichen Sensoren und Regeleinheiten.
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An
der Vorderseite des Fahrzeuges ist ein Abstandssensor 2 angeordnet,
der auch als „Headway-Sensor" bezeichnet und zur
Abstandsmessung zu vorausfahrenden Fahrzeugen benutzt wird. An den
Rädern
sind Raddrehzahlsensoren 3 angeordnet, welche die Drehzahlen
der einzelnen Räder
getrennt erfassen. Ein Sensorcluster 4 erfasst die dynamischen
Bewegungen des Fahrzeuges um dessen Hauptachsen. Ein Lenkradwinkelsensor 6 nimmt
die Stellung des Lenkrades auf. Ein aktiver Bremskraftverstärker 7,
der von einer hydraulisch elektronischen Regeleinheit 8 angesteuert
wird, dient zur Betätigung
einer Fahrzeugbremse. Schließlich
ist eine Steuereinheit 9 für das Motormanagement vorgesehen.
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Der
Antriebsstrang einschließlich
Motor und Getriebe sind in 1 der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellt, ebenso wenig wie das Motor- und Getriebemanagement,
das in modernen Fahrzeugen zur Steuerung des Antriebes zum Einsatz
kommt. In modernen Kraftfahrzeugen sind das Motormanagement und
die Getriebesteuerung häufig
in einer einheitlichen Motorgetriebesteuerung integriert.
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Automatische
Getriebe werden in Kraftfahrzeugen von einem Motor über einen
Drehmomentwandler angetrieben. Die Übersetzungsstufen des Getriebes
werden mit Planetensätzen
realisiert und durch das Betätigen
bzw. Lösen
von Kupplungen geschaltet.
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In 2 ist
der zeitliche Verlauf einiger wesentlicher Größen bei einer Zughochschaltung
eines automatischen Getriebes dargestellt. In der Darstellung in 2 ist
auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen, während auf der Ordinate das
Motormoment M, die Motordrehzahl n, die Fahrzeugbeschleunigung a und
ein Schaltsignal S in willkürlichen
Einheiten aufgetragen sind. Die Darstellung bezieht sich auf den Schaltvorgang
in einem automatischen Getriebe.
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Zum
Zeitpunkt t0 zeigt das Schaltsignal S einen
Hochschaltvorgang an, indem es aus dem Zustand S1 in
den Zustand S2 wechselt. Die Zustände S1 und S2 des Schaltsignals
entsprechen einer Gangstufe S1 bzw. S2 des Getriebes.
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Gleichzeitig
beginnt die Betätigung
einer Schaltkupplung, die der Gangstufe S2 zugeordnet
ist. Ab dem Zeitpunkt t1 überträgt die Kupplung
ein Moment, das bis zum Zeitpunkt t3 weiter
ansteigt. Zum Zeitpunkt t2 löst der Freilauf
der Gangstufe S1, gleichzeitig beginnt die
Motordrehzahl n zu sinken.
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Bis
zu dem als Freilaufpunkt bezeichneten Zeitpunkt t2 bleibt
die Übersetzung
des alten Ganges erhalten. Erst danach ist nur noch eine schleifende Kupplung
im Eingriff. Aus diesem Grund kann das Motormoment nicht vor dem
Erreichen des Freilaufpunktes reduziert werden, weil sonst das Antriebsmoment
in der Phase t1 bis t2 noch
stärker
einbrechen würde.
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Der
Verlauf des Antriebsmomentes entspricht dem in 2 dargestellten
Verlauf der Fahrzeugbeschleunigung a. Bis zum Zeitpunkt t4 schleift die Kupplung, dann haftet sie.
Der Verlauf des Abtriebmomentes in der Phase t1 bis
t4 bestimmt den Schaltkomfort.
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Während des
Schaltvorganges wird deshalb das Motormoment auf ein so genanntes
Schaltmoment MS reduziert. Wie bereits erläutert wurde,
werden die beschriebenen Änderungen
des Motormomentes M und der Fahrzeugbeschleunigung a bei herkömmlichen
ACC-Systemen nicht berücksichtigt.
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Dadurch
kann es beispielsweise während
einer Beschleunigungsphase zu einer größeren Abweichung von der vorgegebenen Sollgeschwindigkeit und
der tatsächlichen
Fahrzeuggeschwindigkeit kommen. Die beschriebene Situation ist in 3 veranschaulicht.
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3 zeigt
den Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fahrzeugbeschleunigung während eines
Beschleunigungsvorganges auf eine Zielgeschwindigkeit, wobei bei
dem Beschleunigungsvorgang eine Hochschaltung auftritt. Die Fahrzeuggeschwindigkeit
v und Fahrzeugbeschleunigung a sind in 3 als durchgezogene
Linien dargestellt.
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Das
Absinken der Beschleunigung a nach dem Zeitpunkt t4 führt zu einem
langsameren Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit v als die von dem
ACC vorgegebene Sollgeschwindigkeit vACC,
die in 3 als gestrichelte Linie gezeigt ist. Dabei wächst eine Geschwindigkeitsabweichung Δv immer weiter
an, bis die Sollgeschwindigkeit vACC von
der von dem Fahrer voreingestellten Zielgeschwindigkeit begrenzt wird
und einen konstanten Wert annimmt.
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Bekannte
ACC-Systeme versuchen eine Abweichung Δv der Istgeschwindigkeit von
der Sollgeschwindigkeit auszugleichen, und zwar umso schneller,
je größer eine
solche Abweichung ist. Dies kann dazu führen, dass nach einem Schaltvorgang
unkomfortabel hohe Motormomente angefordert werden, die im Extremfall
wieder zum Zurückschalten des
Getriebes führen
können.
Das Zurückschalten unmittelbar
nach einem Hochschalten wird von den Fahrzeuginsassen als Komforteinbuße wahrgenommen.
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Um
derartige Komforteinbußen
zu verhindern, sieht die Erfindung vor, dass ein Sonderregelungsmodus
gestartet wird, wenn ein Schaltankündigungssignal von der Motorgetriebesteuerung
gesendet wird. Das Schaltankündigungssignal
geht einem Schaltvorgang des Getriebes zeitlich voraus. Deshalb
können
zu diesem Zweck Signale eingesetzt werden, die in der Motorgetriebesteuerung
bereits vorhanden sind, wenn diese Signale auftreten, bevor ein
Schaltvorgang eingeleitet wird. Das Schaltankündigungssignal kann durch eine
Erhöhung
des Zielganges erfolgen. Mit Bezug auf 2 kann als Schaltankündigungssignal
zum Beispiel das Schaltsignal S dienen, das aus dem Zustand S1 in den Zustand S2 wechselt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es aber auch möglich, als
Schaltsignal das von dem Getriebe kommende Signal zu benutzen, welches
die Reduzierung des Motormomentes auf das Schaltmoment anfordert.
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Wird
der Sonderregelungsmodus durch ein Schaltankündigungssignal gestartet, wird
die Beschleunigungsanforderung des ACC „gefiltert", d.h. verändert, um der Reduzierung des
Motormomentes während
des Schaltvorganges Rechnung zu tragen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird eine die Beschleunigungsanforderung repräsentierende
Größe auf die
Ist-Beschleunigung gesetzt und das zuvor anstehende angeforderte
Motormoment wird konstant gehalten, bis der Schaltvorgang abgeschlossen
ist.
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Aber
auch unmittelbar nach Abschluss des Schaltvorganges kann nicht sofort
die von dem ACC angestrebte Beschleunigung umgesetzt werden, wenn
ein Zurückschalten
ausgeschlossen werden soll. Aus diesem Grund ist eine weiterführende Beeinflussung
erforderlich, um einen weichen Übergang
zu der „ungefilterten" Beschleunigungsanforderung
des ACC zu schaffen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nach dem Beenden eines Schaltvorganges nicht
einfach von der gefilterten Beschleunigungsanforderung auf die ungefilterte
umgeschaltet, sondern die gefilterte Beschleunigungsanforderung nähert sich
mit einem vorgegebenen limitierten Gradienten der ungefilterten
Beschleunigungsanforderung an.
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Die
Limitierung des Gradienten kann geschwindigkeitsabhängig oder
gangabhängig
gestaltet werden, um den unterschiedlichen Zugkraftniveaus der früheren und
der neuen Gangstufe Rechnung zu tragen. Die Limitierung kann auch
als Funktion der Abweichung von der Ist-Beschleunigung und der ungefilterten
Beschleunigungsanforderung gestaltet werden.
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Der
Gradient, mit dem sich die gefilterte Beschleunigungsanforderung
der ungefilterten Beschleunigungsanforderung annähert, gibt somit die Geschwindigkeit
vor, mit der sich die entsprechende Regelabweichung abbaut und demzufolge
auch ein ansteigendes Motormoment angefordert wird.
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Durch
geeignete Anpassung an unterschiedliche Fahrzeugtypen ist es auf
diese Weise in der Regel möglich,
die eingangs beschriebene als störend empfundene
Zurückschaltung
kurz nach einem Hochschalten zu verhindern.
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Bei
automatisierten Getrieben kommt es im Gegensatz zu automatischen
Getrieben beim Schaltvorgang zu einer Zugkraftunterbrechung. Das
erfindungsgemäße Prinzip
einer modifizierten Beschleunigungsanforderung während und nach einem Schaltvorgang
ist jedoch auch bei automatisierten Getrieben gleichermaßen anwendbar.
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Die
beschriebene Reduzierung des angeforderten Motormomentes wird aber
nur dann vorgenommen, wenn das von dem ACC angeforderte Moment über dem
Schaltmoment MS bzw. über dem nach dem Schaltvorgang
anstehenden Motormoment liegt. Ist das von dem ACC angeforderte
Motormoment kleiner als die erwähnten
Motormomente, wird das von dem ACC angeforderte Motormoment „ungefiltert" d.h. unvermindert
an das Motormanagement abgegeben.