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Dokumentenidentifikation DE19932492B4 31.05.2007
Titel Verfahren zur Steuerung eines Automatikgetriebes für Kraftfahrzeuge
Anmelder Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 München, DE
Erfinder Kischkat, Ralf, Dipl.-Ing., 70182 Stuttgart, DE
Vertreter Dreiss, Fuhlendorf, Steimle & Becker, 70188 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 12.07.1999
DE-Aktenzeichen 19932492
Offenlegungstag 01.02.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 31.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.05.2007
IPC-Hauptklasse F16H 59/60(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16H 59/50(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Automatikgetriebes, bei dem eine Trennung zwischen der Situationserkennung und der daraus resultierenden Wirkungen erfolgt. Außerdem wird erst direkt vor der Umsetzung der Wirkungen in Signale an die Stellglieder eine Harmonisierung der Wirkungen vorgenommen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Automatikgetriebes für Kraftfahrzeuge.

In vielen Gebieten der Technik kommen Steuerungen zum Einsatz in denen eine komplexe Situationsbeurteilung vorgenommen wird. Unter einer Situation wird in diesem Kontext ein auf das System einwirkender Verlauf eines Eingangsgrößenvektors E(t) verstanden, der einem typischen Eingangsgrößenmuster zugeordnet werden kann. In diesem Fall ist eine spezifische Reaktion der Steuerung gewünscht und der weitere Verlauf der Eingangsgrößen kann in Grenzen prognostiziert werden.

Aufgabe der situationserkennenden Steuerung ist es,

  • – den Eingangsgrößenvektors E(t) kontinuierlich auf Ähnlichkeiten mit vorgegebenen Mustern zu untersuchen,
  • – ein Maß für die Übereinstimmung mit diesen Mustern zu bestimmen,
  • – die für diese Situation abgespeicherten Regeln anzuwenden, um die Reaktion der Steuerung auf diese Situation zu bestimmen,
  • – im Falle des gleichzeitigen Auftretens mehrerer Situationen die sich aus den Regeln ergebenden Reaktionen zu harmonisieren und
  • – eine eindeutige Reaktion der Steuerung zu ermitteln.

In der Regel sind nicht nur die momentan eingehenden Eingangsgrößen für die Situationserkennung entscheidend, sondern auch deren zeitliche Entwicklung in der Vergangenheit. Hinzu kommt, dass die Verläufe im allgemeinen nicht an konkreten Werten, sondern nur am charakteristischen Gesamterscheinungsbild einer oder mehrerer Eingangsgrößen erkannt werden können.

Ein Beispiel für eine situationserkennende Steuerung ist die Steuerung des Automatikgetriebes von Kraftfahrzeugen mit adaptiven Schaltprogrammen. Von diesen Schaltprogrammen wird erwartet, dass sie sich in ihren Reaktionen an Fahrer, Fahrweise und Fahrzeugzustand anpassen. Der Fahrer und die Fahrsituation können jedoch nur indirekt über eine begrenzte Anzahl von Eingangsgrößen erkannt werden. Zudem gibt es kaum zwei gleiche Fahrer bzw. Fahrsituationen. Es sind daher charakteristische Eingangsgrößenmuster zu erkennen und Fahrsituation, Fahrer und Fahrzeugzustand in grobem Raster zu klassifizieren. Für alle Kombinationen muss die Steuerung adäquate Verhaltensweisen finden, die unter Berücksichtigung einiger Besonderheiten auch der handschaltende Fahrer bei der Gangwahl in Betracht zieht.

In bisherigen Steuerungen von Automatikgetrieben ist ein Modul der Steuerung nicht nur für die Erkennung einer Situation zuständig, sondern errechnet gleichzeitig den zeitlichen Verlauf eines Signals oder eines Kennwertes, der der gewünschten Wirkung auf die Stellgrößen der Steuerung entspricht; d. h. die "Erkennung einer Situation" und die daraus resultierende "Reaktion" sind unmittelbar miteinander verknüpft. Diese Verknüpfung wird im Folgenden "Wirkungsbeziehung" genannt. Die von der Steuerung ausgegebenen Stellgrößen werden im wesentlichen aus einem aus dem Ergebnis aller Module gebildeten Gesamtkennwert errechnet. Die Erkennung einer Situation und deren Wirkung auf die Stellgröße der Steuerung sind somit in einem Steuerungsmodul zusammengefasst.

Sich überstimmende Wirkungsbeziehungen werden durch eine Serienschaltung von Erkennungsblöcken berücksichtigt. Die Serienschaltung hat zur Folge, dass bei Auftreten einer im Wirkungsstrang weiter hinten angeordneten Wirkung die weiter vorne stehenden Wirkungen modifiziert werden. Sich überlagernde Wirkungen werden durch eine Parallelschaltung abgebildet; d.h. die Wirkungen werden anteilig berücksichtigt. Aus dieser Vorgehensweise resultieren verschiedene Nachteile, die nachfolgend erläutert werden:

Die Wirkungsbeziehungen in der Struktur werden schnell intransparent; d. h. es ist nur noch mit erheblichem Aufwand nachvollziehbar, in welcher Weise die einzelnen Steuerungsmodule zum Gesamtergebnis beigetragen haben. Dies gilt verstärkt, wenn versucht wurde, unterschiedliche Wirkungen (mehrdimensionale Wirkungsstruktur) auf eine Kenngröße abzubilden.

Bei der Einführung einer neuen Funktion zur Situationserkennung muss diese an "geeigneter" Stelle der Struktur eingebracht werden, um nicht die Funktion der gesamten Steuerung zu gefährden. Im Allgemeinen wird die Funktion mit zunehmender Priorität weiter hinten im Wirkungsstrang angeordnet. Mit steigender Komplexität wird es zunehmend schwieriger, diese Stelle zu bestimmen. Bei vielen Wirkungsdimensionen gibt es meist jedoch nicht nur eine, sondern für jede Dimension eine am besten geeignete Stelle.

Bei mehrdimensionalen Wirkungsbeziehungen kann es durchaus vorkommen, dass die Prioritäten der Module für jede Dimension anders sind. In diesem Fall sieht die Struktur in jeder Wirkungsbeziehung anders aus, was die Übersichtlichkeit weiter erschwert. In der Praxis wird häufig eine für alle Wirkungsdimensionen einheitliche Struktur gewählt, jedoch die Ausgangsgröße eines anderen Moduls zusätzlich als Eingangsgröße eingebracht, um für einzelne Wirkungsdimensionen eine Kompensation durchzuführen.

Bei einer aus der DE-OS 43 12 717 A1 bekannten Steuerung eines Automatikgetriebes wurde versucht, die Auswahl eines Schaltprogramms mit Hilfe einer Bewertungstabelle, in die die Fahrzustände Stadtverkehr, Bergfahrt und Hängerbetrieb eingehen, zu systematisieren. Die Auswertung der Bewertungstabelle ermöglicht die Festlegung einer zweiten Kenngröße für die Wahl des Schaltprogramms. Gleichzeitig wird eine Priorität der Fahrzustände untereinander festgelegt, so dass beim Auftreten zweier Fahrzustände eindeutig feststeht, welcher Fahrzustand bei der Wahl des Schaltprogramms den Ausschlag gibt.

Nachteilig an dieser Steuerung ist, dass immer nur genau ein Erkennungsblock die Wirkung bestimmt, und zwar derjenige, der nach den Einträgen in einer Bewertungstabelle und einer Verfahrensanweisung zu einem Zeitpunkt zugeteilt ist. Dies führt auch bei allmählichen Veränderungen der Situation zu einer sprunghaften Verhaltensänderung der Steuerung. Darüber hinaus findet keine situationsadäquate anteilige Berücksichtigung mehrerer Einflüsse zu einem Zeitpunkt statt, da immer nur die beherrschende Situation ausgewertet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung bereitzustellen, die sich stetig an Veränderungen der Situationen adaptiert, die mehrere Einflüsse gleichzeitig berücksichtigt und deren Aufbau bei der Erkennung von komplexen Mustern und Situationen im Eingangsgrößenvektor und bei mehrdimensionalen Wirkungsbeziehungen, wie sie bei der Erkennung und Verarbeitung komplexer Situationen auftreten, transparent bleibt, leicht zu warten und zu erweitern ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung eines Automatikgetriebes von Kraftfahrzeugen gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass mehrere Wirkungen gleichzeitig berücksichtigt werden und die Verhaltensänderungen der Steuerung stetig sind. Außerdem sind bei diesem Verfahren in jeder Situation alle Wirkungsbeziehungen, die das Verhalten der Steuerung beeinflußen, transparent. Sich überlagernde und sich überstimmende Wirkungsäste sind auf einen Blick ersichtlich. Hierdurch läßt sich eine Fehlerdiagnose in einfacher Weise durchführen und die Steuerung einfacher parametrisieren.

Außerdem können neue Erkennungsblöcke in einem eindeutigen hierarchischen Erkennungsschema übersichtlich verwaltet werden. Ihre Position in der Struktur wird nicht mehr durch die Priorität der Wirkung dieser Funktion bestimmt. Die Wirkungen können in einem vergleichbaren Schema verwaltet werden. Die Mehrfachverwendung der oft umfangreichen Wirkungen wird hierdurch strukturell unterstützt.

Weiterhin wird für die Wirkungsbeziehungen steuerungsspezifisch ein Katalog möglicher Eigenschaften erstellt, aus denen der Benutzer eine neu einzubringende konfiguriert. Hierdurch lassen sich auch die Beziehungen zwischen Erkennung und Wirkung in Form standardisierter Regeln speicherplatz- und rechenzeitoptimal gestalten.

Schließlich ergibt sich für alle Wirkungsdimensionen selbst bei individueller Priorisierung für jede Dimension eine eindeutige Anordnung der Erkennungs- und Wirkungselemente. In der Struktur kann man sich somit einfach zurechtfinden und die Erweiterung der Struktur mit zusätzlichen Erkennungs- und Wirkungsfunktionen fällt leicht.

Dieeingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung eines Automatikgetriebes von Kraftfahrzeugen, bei welchem

  • – die Fahrsituationen des Kraftfahrzeugs erkannt werden,
  • – der oder die Kennwerte der Wirkungen der Fahrsituation nach einer oder mehreren vorgegebenen Regeln bestimmt werden,
  • – die Wirkungen harmonisiert werden, sowie
  • – die Wirkungen umgesetzt und eine Schaltstufe gewählt wird.

Die sich aus diesem Verfahren ergebenden Vorteile entsprechen den o. g. Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bei einer Ausführung der Erfindung erfolgt die Erkennung von Fahrsituationen durch den kontinuierlichen Vergleich eines Eingangsgrößenvektors E(t) mit Mustern von verschiedenen Fahrsituationen, und werden, abhängig von dem Grad der Übereinstimmung zwischen den relevanten Größen eu des Eingangsgrößenvektors E und den Mustern von Fahrsituationen, Kennwerte der Fahrsituationen fl, mit l = 1 ... Zahl der Muster, gebildet, so dass eine Quantifizierung erfolgt.

Eine Variante sieht vor, dass aus den Fahrsituationskennwerten fl einer oder mehrere Regelausgangswerte ri, mit i = 1 ... Zahl der möglichen Wirkungen, nach vorgegebenen Regeln Rk, mit k = 1 ... Zahl der Regeln, gebildet werden, so dass auch die Regelausgangswerte in quantifizierter Form vorhanden sind.

In Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine oder mehrere Regeln R den oder die Fahrsituationskennwerte fl mittels einer linearen oder nichtlinearen Kennlinie auf einen Regelausgangswert ri abbilden, und dass jede Regel R einen Parameter q enthält, der festlegt, ob die Regel überstimmend oder überlagernd wirkt und einen Parameter p, der bei überlagernden Regeln als Gewichtungsfaktor a und der bei überstimmenden Regeln als Prioritätsfaktor s wirkt, so dass die Umsetzung der Situationskennwerte in Wirkungskennwerte einheitlich erfolgt und die Weiterverarbeitung, insbesondere die Harmonisierung der Wirkungen, erleichtert wird.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass alle auf eine Wirkung einwirkenden Regelausgangswerte rs(R), mit s ∊ i, durch Überstimmung oder Überlagerung auf einen Wirkungskennwert wi, mit i = 1 ... Zahl der Wirkungen, abgebildet werden, so dass für jede Wirkung ein Wirkungskennwert ermittelt wird.

Bei einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abbildung die Parameter q und p besitzt, wobei q Überstimmung oder Überlagerung signalisiert und hierdurch der Wert des Parameters p als Gewichtungsfaktor a oder Prioritätsfaktor s interpretiert wird, so dass die Harmonisierung der Wirkungen erleichtert wird.

Eine andere Variante des Verfahrens sieht vor, dass alle Wirkungskennwerte wi derart transformiert werden, dass sie als Linearkombination linear unabhängiger Wirkungen wj,h ausgedrückt werden können, so dass die Wirkungen vollständig und widerspruchsfrei beschrieben sind. Im folgenden werden diese Wirkungen als "harmonisiert" bezeichnet.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Umsetzung des harmonisierten Wirkungskennwerts wj,h durch Interpolation zwischen einem oberen und einem unteren Grenzwert Go und Gu der Wirkung s entsprechend den Wirkungskennwerten ws erfolgt, so dass die Steuerung kontinuierlich an geänderte Fahrsituationen adaptiert wird.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

1: der schematische Aufbau einer erfindungsgemäßen Steuerung;

2: eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerung;

3: ein Detail einer Steuerung nach dem Stand der Technik und

4: ein Beispiel für die Struktur einer Steuerung nach dem Stand der Technik

In 1 ist der schematische Aufbau einer erfindungsgemäßen Steuerung dargestellt. Bei dieser Steuerung sind Erkennung und Wirkung sind getrennt angeordnet und mit Regeln verbunden. In diesen sind auch die Regeln für die Priorisierung enthalten, so daß Erkennungs- und Wirkungsmodule thematisch angeordnet werden können. Die Steuerung setzt sich aus den folgenden Bestandteilen zusammen:

  • 1. (Situations- und Muster-) Erkennung
  • 2. Wirkung
  • 3. Regeln zur Verbindung von "Erkennung" und "Wirkung"
  • 4. Umsetzung

Zu 1.: Jede Funktion im Block "Erkennung" ist für die Erkennung einer bestimmten Situation oder eines Musters zuständig. Sie durchsucht kontinuierlich den Eingangsgrößenvektor E(t) nach den für sie charakteristischen Mustern und Situationen. Sie hat prinzipiell Zugriff auf alle Eingangsgrößen. Sinnvollerweise wird der Zugriff auf die für diese Situation relevanten Eingangsgrößen beschränkt. Wenn ein Muster bzw. eine Situation erkannt wurde, so ändert sich die Ausgangsgröße dieser Funktion. Eine Erkennung kann je nach Charakter und gewünschter Auswirkung ihre Ausgangsgröße in binären Größen (z.B. erkannt/nicht erkannt), in quantisierten Größen (z.B. nicht erkannt, schwach ausgeprägt, erkannt) oder kontinuierlich (z.B. auf einer Prozentskala) ausgeben.

Die Erkennungsfunktionen können in verschiedenen Ebenen hierarchisch geschachtelt werden. Naheliegendes Ordnungskriterium sind inhaltliche Zusammengehörigkeit einer Situation. Die Funktionen können innerhalb einer Ebene und ebenenübergreifend beliebig verknüpft sein. Beispielsweise kann eine Spezialfunktion erst aktiviert werden, wenn die übergeordnete Ebene eine allgemeinere Situation erkannt hat. Eine Verknüpfung ist beispielsweise auch sinnvoll, wenn sich zwei Situationen ausschließen. Zusätzlich können die Erkennungen mit einer Priorisierung versehen sein: Die Erkennung sicherheitsrelevanter Zustände kann dann häufiger aktiviert werden als die übrigen Erkennungsfunktionen.

Zu 2.: Im Block "Wirkung" werden die aus Regeln und Erkennung resultierenden Auswirkungen auf das Steuerungsverhalten gesammelt und so zusammengefaßt, daß sie widerspruchsfrei umgesetzt werden können.

Dieser Block ist in seinem Aufbau (Ausgangsgrößen, Ebenen, Verknüpfungen) dem Block "Erkennung" vergleichbar, nur sind hier mögliche Auswirkungen auf das Steuerungsverhalten hierarchisch angeordnet. Eingangsgrößen sind hier die Ergebnisse der auf den Block "Erkennung" angewandten Regeln: In der Regel kontinuierliche Größen, die von der Ausgangsgröße der Erkennung und der Art der Regel abhängen.

Die aufgeführten Wirkungen betreffen das Steuerungsverhalten insgesamt und können dieses grob oder mit Schlagworten beschreiben (z.B. Verhalten soll "träge" werden), soweit es für jede Wirkung mathematisch/physikalisch eindeutig formuliert werden kann. Der Wirkungskatalog wird am besten so gestaltet, daß dem Benutzer die Regelformulierung erleichtert wird. Es sollen ihm – ähnlich der in der Fuzzy-Logik verfolgten Strategie – seiner Denkweise entnommene Begriffe angeboten werden. Die angebotenen Wirkungen dürfen einander ergänzen, überlappen, sich widersprechen.

Aufgabe des Wirkungsblockes ist es, die Wirkungen widerspruchsfrei und unter Beachtung der Randbedingungen zusammenzufassen. Sie sind dann vom Block "Umsetzung" direkt in Steuersignale umzusetzen. Dies kann mathematisch so verstanden werden, daß die n hierarchisch angeordneten Wirkungsdimensionen im Grunde nur einen m-dimensionalen Wirkungsraum beschreiben, wobei m < n ist. Der Block Wirkung transformiert daher den n-dimensionalen Wirkungsraum in einen m-dimensionalen: Jeder Punkt in diesem Raum kann eindeutig mit einem Koordinatensystem aus m linear unabhängigen Vektoren bezeichnet werden. Die Transformation muß nicht linear und nicht eineindeutig sein.

Anschaulich ausgedrückt müssen die an die Denkweise des Anwenders angepaßten Wirkungsbegriffe in eindeutige Steuerungsanweisungen umgesetzt werden und mit den anderen auftretenden und aktivierten Wirkungen in Einklang gebracht werden. Wird beispielsweise ein etwas trägeres Steuerungsverhalten gefordert, so muß eventuell eine Reaktionszeit erhöht werden. Gleichzeitig ist jedoch ein kritischer Betriebszustand erkannt worden, auf den bei bestimmter Entwicklung der Eingangsgrößen schnell reagiert werden muß. Die Reaktionszeit wird also zwar allgemein verlängert, jedoch für Wirkungen verkürzt, die den kritischen Betriebszustand betreffen.

Wirkungen können auch generell mit Prioritäten versehen werden, um beispielsweise darzustellen daß eine Wirkung immer Vorrang vor einer anderen hat.

Zu 3.: Regeln zur Verknüpfung von Erkennung und Wirkung. Die Muster und Situationen sind in der Vorstellung des Anwenders mit Schlußfolgerungen für das Steuerungsverhalten verbunden. Für jede Situation sind alle notwendigen Schlüsse in Regeln zu fassen und in das System einzugeben. Die Formulierung ist steuerungsspezifisch zu wählen: Es könnten beispielsweise Gewichtungsfaktoren wählbar sein, um Haupt- und Nebenwirkungen zu quantisieren. Weiterhin ist denkbar eine Option "überlagernd"/"überstimmend" einzuführen, um bei Wirksamkeit einer Regel die anderen in den Hintergrund treten zu lassen. Für sicherheitsrelevante Funktionen sind Prioritätsfaktoren sinnvoll. Hierzu sollten der Charakter der Wirkungsbeziehungen analysiert und daraufhin die Wirkungsbeziehungen kategorisiert und katalogisiert werden. Auf dieser Basis kann dann jede Regel unter Bezugnahme auf diesen Katalog mit Parametern konfiguriert werden.

Jede Erkennungsfunktion kann mit jeder Wirkungsfunktion – auch ebenenübergreifend – mit einer Regel verknüpft werden. Für eine Erkennungsfunktion kann es mehrere von ihr ausgehende Regeln geben. Für einen Wirkungsblock kann es mehrere auf ihn wirkende Regeln geben.

Zu 4.: In der Umsetzung werden die widerspruchsfreien und genau spezifizierten Informationen aus dem Block "Wirkung" in Stellgrößenverläufe umgesetzt und ausgegeben. Bei o.g Beispiel einer Reaktionszeit heißt dies: Je nach Verlauf der Eingangsgrößen wird auf diese unterschiedlich schnell reagiert.

Bei der Umstellung einer Steuerung nach dem Stand der Technik zu einer erfindungsgemäßen Steuerung werden Module, die die Erkennung einer Situation und deren Auswirkung auf die Steuerung in sich vereinigen, in Erkennungs- und Wirkungsbestandteile aufgeteilt. Diese werden dann getrennt nach Funktionen hierarchisch bzw. objektorientiert angeordnet. Für die Verbindung des Erkennungs- und Wirkungsblockes werden Wirkungsbeziehungen festgelegt, die den Wirkungsbeziehungen in der bisherigen Struktur entsprechen. Es empfiehlt sich aus Gründen des Speicherplatz- und Rechenzeitbedarfs diese zu katalogisieren und jede Regel mit Parametern zu konfigurieren.

Anhand zweier Ausführungsbeispiele soll das zuvor Gesagte veranschaulicht werden.

Ausführungsbeispiel 1:

Eine adaptive Getriebesteuerung paßt ihr Verhalten an Fahrer, Fahrsituation und Fahrzeugzustand an. Es wird jedoch auf bestimmte Fahrsituationen und Fahrer beispielsweise in gleicher oder ähnlicher Weise reagiert. Sicherheitsfunktionen im Getriebe kommen vor allen anderen. Eingangsgrößen im Ausführungsbeispiel sind die Größen "Gaspedalstellung", "Geschwindigkeit" und "Querbeschleunigung".

Im Block "Erkennung" werden zunächst aus den Eingangsdaten alle im Augenblick auftretenden Situationen erkannt. Aus einem gleitenden Mittelwert der Gaspedalgeschwindigkeit und einer mittleren Aufenthaltsdauer des Gaspedals in einem Bereich starker Betätigung errechnet die Fahrer-Sportlichkeitserkennung eine Sportlichkeit von 90%. Hierdurch werden – da sonst nichts erkannt wurde – die Schaltpunkte zu größeren Geschwindigkeiten hin verschoben: Das Fahrzeug schaltet erst bei höheren Motordrehzahlen.

Nun wird das Fahrzeug rasant in eine Kurve gefahren (hohe Querbeschleunigung, hohe Geschwindigkeit): Die Kurvenerkennung hat eine kritische Situation erkannt. Dies wirkt sich einerseits in der Bestätigung bzw. Erhöhung der Sportlichkeit aus, andererseits soll nun ein Schaltvorgang möglichst vermieden werden, um Drehmomentschwankungen zu vermeiden. Es gibt daher die erkennungsinterne Verknüpfung "Wenn Kurvenfahrt stark aktiv, dann liegt hohe Sportlichkeit vor" und die zur Wirkung führende Regel "Wenn Kurvenerkennung sehr stark aktiv, dann aktiviere Wirkung ,Schaltung möglichst vermeiden'". Letztere wirkt überstimmend, da sie sicherheitsrelevant ist. Verlangsamt sich nun das Fahrzeug, sollte aufgrund der hohen Sportlichkeit schon bei hohen Motordrehzahlen geschaltet werden. Die Überstimmung der anderen Regel führt jedoch dazu, daß nur die Wirkung "möglichst keine Schaltung" im Wirkungsblock aktiviert und die Schaltung nicht ausgeführt wird.

Das Fahrzeug verläßt nun die Kurve und befährt ein Gefälle. In der Erkennung wird "Gefälle" erkannt. Es sollen nur die Schaltpunkte für die Rückschaltung zu höheren Geschwindigkeiten hin verschoben werden, die Hochschaltpunkte bleiben unberührt. Durch die Überlagerung mit der erkannten hohen Sportlichkeit muß nun der Block "Wirkung" beide Wirkungen in Einklang bringen. Dies wird erreicht, indem alle Schaltpunkte in Richtung höherer Geschwindigkeit verschoben werden, die für die Rückschaltung jedoch noch etwas stärker. Es wird gleichzeitig abgeprüft, ob die Hochschaltpunkte nicht unter den Rückschaltpunkten liegen. Hierdurch käme es zu einer Fehlfunktion.

Ausführungsbeispiel 2:

zu 1. Erkennung: Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht der Eingangsdatenverktors E(t) aus den zeitlichen Verläufe der Messgrößen "Gaspedalstellung", "Geschwindigkeit" und "Querbeschleunigung" und es gibt die Erkennungsfunktionen:

Fahrer-Sportlichkeits-Erkennung,

Kurven-Erkennung und

Gefälle-Erkennung.

Aufgrund der strukturellen Freiheit, die sich durch die im Patent vorgeschlagene Anordnung ergibt, findet man die Fahrer-Sportlichkeitserkennung in der Obergruppe "Fahrer-Erkennung", die Kurven-Erkennung ist in der Fahrsituationserkennung angeordnet, die "Gefälle-Erkennung" in der "Bergerkennung" und die wiederum in der "Fahrsituationserkennung".

Alle Erkennungsblöcke sind immer aktiv und durchsuchen den Eingangsdatenvektor auf die entsprechenden Muster, die zur Erkennung führen.

Ausgabe ist beispielsweise ein Kennwert zwischen 0 und 100%, je nach Intensität der eingetretenen Situation, Zustand, Fahrweise.

zu 2. Regeln: Im vorliegenden Beispiel besteht die Regel aus einer Verknüpfung eines Ausgangswertes der Erkennung e mit einer nichtlinearen Kennlinie f. Ein weiterer Parameter der Regel ist die Wirkung "überstimmend s"/"überlagernd a". Die Regel ri ist also ein Element (fr, pr) mit fr ∊ {Menge aller möglichen Kennlinien und pr ∊ {s, a}. Die Auswertung der Regeln erfolgt zu jedem Zeitpunkt kontinuierlich zu einem Wert r.

Damit ergibt sich für das Beispiel für jede Regel k: ri = fk(el)

Mit i ∊ {1, ..., Anzahl der Wirkungen}

k ∊ {1, ..., Anzahl der Regeln}

l ∊ {1, ..., Anzahl der Erkennungsfunktionen}

Regeln können zwischen jeden Erkennungs- und Wirkungsblöcken formuliert werden, und zwar auch auf jeder Ebene beider Blöcke. In eine Wirkung können beliebig viele Regeln münden, von einer Erkennung beliebig viele Regeln ausgehen.

zu 3. Wirkung: Eingangsgrößen in diesem Fall sind die ausgewerteten Regelwerte. In diesem Beispiel sind relevant: "Schaltung möglichst vermeiden", "Verschiebung der Hochschaltpunkte" und "Verschiebung aller Schaltpunkte". Entsprechend dem Block "Erkennung" ist die Wirkung "Verschiebung der Hochschaltpunkte" dem nachfolgenden untergeordnet. Alle Blöcke sind immer aktiv. Die Ausgangsgröße ist in einer Standardposition, im Allgemeinen 0, und wird nur verändert, wenn eine Situation erkannt wurde, die mit einer Regel auf die vorliegende Wirkung verknüpft ist.

Auch die Wirkungen können je nach Ausmaß der Wirksamkeit unterschiedliche Kennwerte annehmen, z.B. auf einer Prozentskala.

Wenn nun entsprechend des Ausführungsbeispiel die Regeln gelten:

  • Wenn "Sportlichkeits-Erkennung", dann (f1, a) "Verschiebung aller Schaltpunkte".
  • Wenn "sehr scharfe Kurvenfahrt-Erkennung", dann (f2, s) "Möglichst keine Schaltung"
  • Wenn "Bergab-Erkennung", dann (f3, a) "Verschiebung aller Schaltpunkte",
  • Wenn "Bergab-Erkennung", dann (f4, a) "Möglichst keine Schaltung", so errechnet sich die die Wirkung wie folgt:

    Haben nur "Sportlichkeits-Erkennung" (Ausgabe es) und "Bergab-Erkennung" (Ausgabe eB) die entsprechende Situation erkannt, so ist die Wirkung "Verschiebung aller Schaltpunkte" wV: WV = r1 + r3 = f1(eS) + f2(eB) (Überlagerung der Regeln) Hat zusätzlich die "scharfe Kurvenfahrt-Erkennung" (Ausgabe eK) angesprochen, so gilt für die Wirkung "Möglichst keine Schaltung": WK = f2(eK)

Regel 4 kommt nicht zum Zug, da sie von Regel 2 überstimmt wurde.

Die Ausgangsgrößen des Wirkungsblockes sind im Wirkungsraum linear unabhängig, d.h. sie können widerspruchsfrei umgesetzt werden und eine Ausgangsgröße der Wirkung y läßt sich nicht durch eine Kombination von anderen ausdrücken. Daraus folgen für die Schaltpunktsteuerung die Ausgangsgrößen:

Verschiebung der Hochschaltpunkte yVH

Verschiebung der Rückschaltpunkte yVR

Möglichst keine Schaltung yK

In diesem Fall kann also der ganze Wirkungskatalog auf drei Wirkungen abgebildet werden, die ohnehin schon als Wirkung im Wirkungsblock enthalten sind. Dies muß jedoch nicht so sein.

Im Ausführungsbeispiel gibt es eine der 1. und der 2. Wirkung übergeordnete Wirkung "Verschiebung aller Schaltpunkte" wV.

Die widerspruchsfreie Umsetzung auf die genannten Größen 1. und 2. geschieht in diesem Fall über den arithmetischen Mittelwert: yVH= S(wV + wVH) und yVR = S(wV + wVR) mit wVH ... Wert der Wirkung "Verschiebung der Hochschaltpunkte" und wVR ... Wert der Wirkung "Verschiebung der Rückschaltpunkte"

zu 4. Umsetzung: Der Block Umsetzung bezieht sich im Folgenden auf den Stand der Technik, d.h. die Umsetzung mit Schaltkennfeldern S. Hierbei gibt es zwei Schaltkennfelder für die Rückschaltung SRU und SRO, die die untere und obere Grenze der erlaubten Variation bilden. Entsprechendes gilt für die Hochschaltung mit den Schaltkennfeldern SHU und SHO. Im Rahmen der Steuerung wird eine Interpolation zwischen diesen Feldern durchgeführt. Zu ermitteln sind nun die augenblicklich gültigen Felder.

Würde nun beispielsweise aufgrund der bisherigen Verarbeitung yVH = 60%, yVR = 50% und yK = 70%, so würden folgende Felder angewandt:

  • Für die Hochschaltung: Ein zwischen SHU und SHO in der Gewichtung 2:3 interpoliertes Feld SHres
  • Für die Rückschaltung: Ein zwischen SRU und SRO in der Gewichtung 1:1 interpoliertes Feld SRres

Sollte aufgrund der so ermittelten Felder ein Schaltung stattfinden, so würde z.B. bei einer durchzuführenden Hochschaltung das ermittelte Hochschaltfeld SHres Snochmals mit SHO mit der Gewichtung 3:7 interpoliert. Hierdurch würde eine Schaltung unter Umständen vermieden.

Nach diesen drei Schritten kann somit ein eindeutiges Schaltkennfeld ermittelt werden. Angewandt auf die augenblickliche Gaspedalstellung, die Geschwindigkeit und die augenblicklich anliegende Gangstufe, kann aus diesen abgelesen werden, ob eine Schaltung durchgeführt wird. Die gewählte Gangstufe ist die Ausgangsgröße des Blockes "Umsetzung".

In 2 ist eine weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Steuerung dargestellt. Hierbei bilden die zeitveränderlichen Größen DKl, A_IST, .. den Eingangsgrößenvektor, anhand dessen die Situation erkannt wird. Dabei bedeuten

DKl:
Stellung der Drosselklappe;
A_IST:
Ist-Beschleunigung;
DK_HS:
Dynamikkennzahl für die Hochschaltpunkte;
DK_RS:
Dynamikkennzahl für die Rückschaltpunkte;
A_QUER:
Querbeschleunigung und
N_MOT:
Motordrehzahl.

Die Wirkungsbeziehungen werden in diesem Fall durch Fuzzy-Regeln gebildet. Die Ausgangsgrößen DK_HS (Verlegung der Hochschaltungen) und DK_RS (Verlegung der Rückschaltungen) können in jeder Kombination widerspruchsfrei ausgeführt werden und zwar auch in Kombination mit der noch nicht benannten Schaltungsverhinderung.

In der Steuerung nach 2 gibt es neben anderen den Kennwert "DK_HS" für die Schaltpunkte der Hochschaltungen und "DK_RS" für die der Rückschaltungen. Hohe Sportlichkeit führt zur Erhöhung beider, das Gefälle nur zur Erhöhung der Rückschaltpunkte. Der bislang übliche gemeinsame Kennwert DK für Hoch- und Rückschaltungen ist entfallen. Dessen Beibehaltung könnte zu widersprüchlichen und mehrdeutigen Informationen führen – hoher DK, niedriger DK_RS und DK_HS –, die an dieser Stelle nach der Beschreibung nicht mehr auftreten dürfen.

In 3 ist ein Detail einer Steuerung nach dem Stand der Technik dargestellt. Das Modul n hat höhere Priorität gegenüber den übrigen und ist diesen daher nachgeschaltet. "Modul n + 1" arbeitet in mindestens einer Wirkungsdimension nicht parallel zu Modul 2. Daher findet eine Teilkompensation mit dessen Ausgangsgröße statt.

In 4 ist eine Steuerung nach dem Stand der Technik, in der Erkennung und Wirkung jeweils kombiniert sind, dargestellt.

Das Konzept, welches der erfindungsgemäßen Steuerung zugrunde liegt, kann auch auch andere situationserkennende Steuerungen übertragen werden. Beispiele für solche Steuerungen sind die Steuerung des Brauvorgangs beim Bierbrauen und Gegen- bzw. Antischallanlagen, die auf bestimmte Geräuschphänomene in der Art reagieren, daß sie ein entgegengesetztes Schallmuster erzeugen, welches durch Interferenz die Lärmbelastung der eigentlichen Geräuschquelle minimiert.


Anspruch[de]
Verfahren zur Steuerung eines Automatikgetriebes für Kraftfahrzeuge, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

– Erkennen der Fahrsituationen des Kraftfahrzeugs durch den kontinuierlichen Vergleich eines Eingangsgrößenvektors E(t) mit Mustern von verschiedenen Fahrsituationen,

– Bilden von Fahrsituationskennwerten fl, mit l = 1 ... Zahl der Muster, in Abhängigkeit von dem Grad der Übereinstimmung zwischen den relevanten Größen eu des Eingangsgrößenvektors E und den Mustern von Fahrsituationen,

– Bestimmung einer oder mehrere Regelausgangswerte ri, mit i = 1 ... Zahl der möglichen Wirkungen, nach vorgegebenen Regeln Rk, mit k = 1 ... Zahl der Regeln, aus den Fahrsituationskennwerten fl,

– Abbilden aller auf eine Wirkung einwirkenden Regelausgangswerte rs(R), mit s &egr; i, durch Überstimmung oder Überlagerung auf einen Wirkungskennwert wi, mit i = 1 ... Zahl der Wirkungen,

– Wahl einer Schaltstufe in Abhängigkeit der Wirkungskennwerte wi.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Regeln R den oder die Fahrsituationskennwerte fl mittels einer linearen oder nichtlinearen Kennlinie auf einen Regelausgangswert ri abbilden, und dass jede Regel R einen Parameter q enthält, der festlegt, ob die Regel überstimmend oder überlagernd wirkt, dass jede Regel R einen Parameter p enthält, der bei überlagernden Regeln als Gewichtungsfaktor a und der bei überstimmenden Regeln als Prioritätsfaktor s wirkt. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildung aller auf eine Wirkung einwirkenden Regelausgangswerte rs die Parameter q und p besitzt, wobei q Überstimmung oder Überlagerung signalisiert und hierdurch der Wert des Parameters p als Gewichtungsfaktor a oder Prioritätsfaktor s interpretiert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Wirkungskennwerte wi derart transformiert werden, dass sie als Linearkombination linear unabhängiger Wirkungen wj,h ausgedrückt werden können. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung des harmonisierten Wirkungskennwerts wj,h durch Interpolation zwischen einem oberen und einem unteren Grenzwert Go und Gu der Wirkung s erfolgt.






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