CH693411A5 - Verfahren und Vorrichtung zur Antriebsschlupfregelung. - Google Patents
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Description
Stand der Technik Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Antriebsschlupfregelung. Antriebsschlupfregelungen sind aus dem Stand der Technik in vielfältiger Ausprägung bekannt. Beispielsweise zeigt die EP-B1 0 163 941 (US-Patent 4 625 824) ein Antriebsschlupfregelsystem, bei welchem bei erkannter Durchdrehneigung wenigstens eines Antriebsrades dieses Rad gebremst und/oder die Antriebseinheit des Fahrzeugs zur Reduzierung ihres Drehmoments veranlasst wird. Im Bereich kleiner Raddrehzahlen, d.h. im Anfahrbereich, wird nur das zuerst eine Durchdrehneigung zeigende Rad gebremst, während das andere Antriebsrad auch bei vorhandender Durchdrehneigung so lange unbeeinflusst bleibt, bis ein Schwellenwert für die Drehzahl der Antriebseinheit überschritten ist. Obwohl durch diese Lösung das Anfahrverhalten des Fahrzeugs erheblich verbessert wurde, ist es in einigen Anwendungsfällen noch nicht zufrieden stellend. Dies zeigt sich insbesondere darin, dass beispielsweise auf geneigter Fahrbahn ein seitliches Wegrutschen des Fahrzeugs erfolgen kann, wenn nämlich das zweite, nicht geregelte Rad instabil wird. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Antriebsschlupfregelung insbesondere im Anfahrbereich mit Blick auf den Fahrkomfort und/oder auf die Stabilität des Fahrzeugs zu verbessern. Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht. Aus der DE-A1 4 344 634 (US-Patent 5 696 683) ist ein Antriebsschlupfregler bekannt, bei welchem aus Fahrwiderstandsmomenten das Bedarfs- oder Reduziermoment des Antriebs ermittelt wird. Tritt eine Instabilität auf, wird über die Motorsteuerung das Antriebsmoment der Antriebseinheit des Fahrzeugs auf dieses Bedarfsmoment reduziert, um die Stabilität an den Antriebsrädern wieder herzustellen. Vorteile der Erfindung Durch die erfindungsgemässe Lösung wird eine Antriebsschlupfregelung insbesondere im Anfahrbereich bezüglich Fahrkomfort und/oder Stabilität des Fahrzeugs erheblich verbessert. Insbesondere führt die Vorgabe einer Sollmotordrehzahl anstelle des bei Instabilität eingestellten Bedarfsmoments zu einem harmonischeren Anfahren, da die Solldrehzahl als Funktion verschiedener Betriebsgrössen wie Fahrwiderstand, Mindestdrehzahl, Schlupfoptimum und Getriebeübersetzung in optimaler Weise speziell angepasst für den Anfahrvorgang vorgegeben werden kann. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, dass das Abwürgen der Antriebseinheit bei Fahrzeugen mit Schaltgetriebe wirksam vermieden wird. Durch die vorteilhafte Vorgehensweise beim Bremseneingriff, nach der Bremskraft an dem Rad, das zuerst einen unzulässigen Schlupf zeigt, aufgebaut wird und auf das Schlupfoptimum des anderen Rades geregelt wird, wird ein seitliches Wegrutschen, selbst auf geneigter Fahrbahn, wirksam vermieden. Dies deshalb, weil das andere Rad im Wesentlichen immer stabil läuft. Insbesondere ist von Vorteil, dass ein wechselseitiges Abreissen der Antriebsräder, d.h. eine wechselweise Instabilität der Antriebsräder vermieden wird, weil die Bremskraft an dem einen Rad bei Instabilität an dem anderen abgebaut wird, während dieses andere Rad nur so weit gebremst wird, dass ein Abreissen dieses Rades verhindert wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sowohl die Solldrehzahlregelung als auch der Bremseneingriff zusammenwirken. Zeichnung Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 eine Steuereinheit zur Steuerung des Antriebsschlupfes, während in Fig. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Motoreingriffs als Flussdiagramm dargestellt ist. Fig. 3 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für den Bremseneingriff als Flussdiagramm, während in Fig. 4 Zeitdiagramme dargestellt sind, die die Wirkung der beiden Lösungen verdeutlichen. Beschreibung von Ausführungsbeispielen Fig. 1 zeigt eine Steuereinheit 10, die im Wesentlichen aus wenigstens einem Mikrocomputer 12, einer Eingangsschaltung 14, einer Ausgangsschaltung 16 und einem Kommunikationssy stem 18 besteht, welches die vorstehend genannten Komponenten verbindet. Über Eingangsleitungen 20 bis 24 werden der Steuereinheit 10, dort der Eingangsschaltung 14 Signale von Messeinrichtungen 26 bis 30 zugeführt, welche die Geschwindigkeiten der Räder des Fahrzeugs repräsentieren. Ferner wird über eine Leitung 32 von einer entsprechenden Messeinrichtung 34 der Eingangsschaltung 14 eine die aktuelle Übersetzung im Triebsstrang repräsentierende Betriebsgrösse, beispielsweise die aktuell eingelegte Gangstellung, übermittelt. Daneben sind Eingangsleitungen 36 bis 40 vorgesehen, welche von Messeinrichtungen 42 bis 46 weitere Betriebsgrössen der Antriebseinheit und/oder des Fahrzeugs zuführen, die in Verbindung mit der Antriebsschlupfregelung benötigt werden. Beispiele für derartige Betriebsgrössen sind beispielsweise das von der Antriebseinheit abgegebene Drehmoment, im Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine der Drosselklappenwinkel, verschiedene Temperaturgrössen, die Motordrehzahl, etc. Die Messeinrichtungen stellen dabei Sensoren dar, die die bezeichneten Grössen ermitteln oder in anderen Ausführungen Einrichtung, die die Grössen aus einem oder mehreren Messsignalen bestimmen. Über Ausgangsleitungen 48 beeinflusst die Steuereinheit 10 die Antriebseinheit 50 des Fahrzeugs, während sie über Ausgangsleitungen 52 die Bremsanlage 54 des Fahrzeugs steuert. Je nach Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Antriebseinheit 50 um eine Brennkraftmaschine, einen Elektromotor, etc. Dies ist in Zusammenhang mit der erfindungsgemässen Lösung unwesentlich, da es lediglich um die Einstellung von Drehmomenten bzw. Drehzahlen der Antriebseinheit geht. Entsprechend handelt es sich bei der Bremsanlage 54 je nach Ausführungsbeispiel um eine hydraulische, eine pneumatische oder eine elektromotorische Bremsanlage (Radbremsen mit elektromotorischer Zuspannung) oder Kombinationen dieser Bremsanlagen. Daher wird im Folgenden von Bremskraft an den Rädern gesprochen, was je nach Ausführung den Bremsdruck, die Bremskraft zwischen Fahrbahn und Reifen, die Bremskraft im Bereich der Radbremse, ein dort ausgeübtes Bremsmoment, eine eine solche Grösse repräsentierende Stromgrösse, etc. bedeutet. Zur Verbesserung der Antriebsmomentenregelung wird im Anfahrbereich, d.h. im Bereich kleiner Radgeschwindigkeiten bzw. Fahrzeuggeschwindigkeiten und/bei vorliegendem Anfahrwunsch des Fahrers von der Schlupfregelung, in deren Abhängigkeit das Bedarfsmoment eingestellt wird, auf eine Motorsolldrehzahlregelung umgeschaltet. Die Solldrehzahl wird dabei gebildet als Funktion der Fahrwiderstände FWM, einer Mindestdrehzahl Nmin, einen Schlupf Optimum lambda opt und der Getriebeübersetzung Iges. Die Fahrwiderstände werden dabei wie im eingangs genannten Stand der Technik beschrieben berechnet. Die Mindestdrehzahl Nmin ist abhängig von der Getriebeübersetzung vorgegeben (Kennlinie) und bezeichnet die Drehzahl, unterhalb derer die Gefahr des Abwürgens der Antriebseinheit besteht. Das Schlupfoptimum ist ebenfalls über eine Kennlinie bzw. Tabelle, z.B. abhängig von der Fahrgeschwindigkeit, vorgegeben. Abhängig von den Fahrwiderständen ist die Solldrehzahl in einem applizierten Kennfeld, einer Kennlinie oder einer Tabelle aufgetragen. Grundsätzlich ist die Motordrehzahl mit steigenden Fahrwiderständen grösser. Unterschreitet die Solldrehzahl die übersetzungsabhängige Mindestdrehzahl, wird sie auf diese Drehzahl gesetzt. Ferner wird das Schlupfoptimum berücksichtigt, wobei eine gewünschte Abhängigkeit zwischen Solldrehzahl und Schlupfoptimum vorgegeben ist. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird diese Lösung als Rechnerprogramm des Mikrocomputers 12 realisiert. Ein Beispiel hierfür ist als Flussdiagramm in Fig. 2 dargestellt. Das in Fig. 2 skizzierte Programm wird in vergebenen Zeitintervallen eingeleitet. Im ersten Schritt 100 wird z.B. auf der Basis wenigstens einer Radgeschwindigkeitsgrösse überprüft, ob sich das System im Anfahrbereich befindet, d.h. ob ein vorgegebener Radgeschwindigkeitsschwellenwert über- oder unterschritten ist. Ergänzend oder alternativ wird ein den Fahrerwunsch repräsentierendes Signal, z.B. die Fahrpedalstellung, herangezogen, wobei der Anfahrbereich vorliegt, wenn eine Leistungsanforderung des Fahrers (betätigtes Fahrpedal) erkannt wird. Befindet sich das Fahrzeug im Anfahrbereich, so wird gemäss Schritt 102 die Solldrehzahl Nsoll wie oben angegeben bestimmt und im Schritt 104 an die Motorsteuereinheit ausgegeben. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Drehzahlregelung in der Bremsen-Steuereinheit berechnet und als Ansteuersignal oder als Sollmomentenwert an die Motorsteuereinheit abgegeben. In diesem Fall ist der Drehzahlregler als unterlagerter Regler im Motormomentenregler oder im Drosselklappenregler des ABS/ASR-Steuergeräts realisiert. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel findet eine Drehzahlregelung im Rahmen der Steuereinheit 10 statt, wobei die Differenz der eingelesenen Ist-Motordrehzahl von der Sollmotordrehzahl gebildet und z.B. über einen Proportionalregler in einen Drehmomentenänderungswert der Antriebseinheit umgesetzt wird. Dieser wird dann an die Motorsteuereinheit übertragen. Nach Schritt 104 wird das Programm beendet. Befindet sich das Fahrzeug nicht im Anfahrbereich, so wird eine Antriebsmomentenregelung entsprechend dem eingangs genannten Stand der Technik durchgeführt. Dies bedeutet, dass zunächst im Schritt 106 für jedes Antriebsrad der aktuelle Schlupfwert lambda i abhängig von den Radgeschwindigkeiten in Bezug auf wenigstens eine Referenzgrösse bestimmt wird. Darauf hin wird im Schritt 108 das Reduzier- oder Bedarfsmoment gemäss den im Stand der Technik angegebenen Formeln ermittelt. Im Schritt 110 wird dann überprüft, ob an wenigstens einem Antriebsrad ein unzulässiger Schlupf, d.h. ein Schlupf, der über dem vorgegebenen Schlupfoptimum liegt, vorliegt. Ist dies der Fall, wird gemäss Schritt 112 das Reduzier- oder Bedarfsmoment zur Einstellung an die Steuereinheit der Antriebseinheit abgegeben, während andernfalls das Programm wie nach Schritt 112 beendet wird und zu gegebener Zeit wiederholt wird. Im Anfahrbereich wird also von einer Schlupfregelung (Schritte 106 bis 112) auf eine Drehzahlregelung (Schritte 102 bis 104) umgeschaltet. Bei einem Bremseneingriff, der je nach Ausführungsbeispiel alternativ oder anstelle der Antriebsmomentenregelung stattfinden kann, wird folgende Lösung durchgeführt. Es wird die Bremskraft an dem Rad, welches zuerst Schlupf hat (low-Rad), auf das Schlupfoptimum des anderen Rades (high-Rad) geregelt. Dies erfolgt wie folgt. Zunächst wird am low-Rad bei Auftreten der Instabilität Bremskraft aufgebaut, bis eine erste Instabilitätsgrenze am high-Rad überschritten ist. Wird eine zweite Grenze am high-Rad überschritten, erfolgt ein Bremskraftabbau am low-Rad, solange, bis das high-Rad sich wieder im stabilen Bereich befindet. Es erfolgt kein Bremskraftaufbau am high-Rad. In einem Ausführungsbeispiel wird lediglich ab einer bestimmten Bremskraft am low-Rad das high-Rad leicht vorgespannt, d.h. dort eine geringe Bremskraft aufgebaut, um ein Abreissen (sehr grosser unzulässiger Schlupf) dieses Rades zu verhindern. Auf diese Weise wird ein einmal zu Beginn des Bremseneingriffs ausgewähltes high-Rad immer stabil gehalten, bis der Bremseneingriff beendet ist, z.B. weil ein Wechsel der Bedingungen (z.B. des Reibkoeffizienten) an den Antriebsrädern erfolgt. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Bremseneingriffs ist in Fig. 3 anhand eines Flussdiagramms dargestellt. Auch das dort beschriebene Programm wird zu vorgegebenen Zeitpunkten durchlaufen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Programm nur im Anfahrbereich durchgeführt, kann jedoch in anderen Anwendungen in der gesamten Betriebsphase der Antriebsschlupfregelung eingesetzt werden. Im ersten Schritt 199 wird wenigstens auf der Basis der Radgeschwindigkeiten, z.B. gemäss den anhand Fig. 2 dargestellten Methoden, festgestellt, ob an einem der Antriebsräder ein unzulässiger Schlupf aufgetreten ist. Ist dies nicht der Fall, wird das Programm beendet. Andernfalls wird im Schritt 200 überprüft, ob der unzulässige Schlupf am ersten Rad aufgetreten ist. Ist dies der Fall, wird gemäss Schritt 102 das Rad 1 als low-Rad, das Rad 2 als high-Rad definiert. Andernfalls, wenn der unzulässige Schlupf am 2. Rad aufgetreten ist, wird gemäss Schritt 204 das 2. Rad als low-Rad und das 1. Rad als high-Rad definiert. Daraufhin erfolgt im Schritt 206 ein Bremskraftaufbau am low-Rad. Im Schritt 208 wird abhängig von der Radgeschwindigkeit VRadI für jedes Rad dessen aktueller Schlupf lambda i bestimmt. Dann wird im Schritt 210 überprüft, ob am high-Rad ein über dem Optimum liegender Schlupf aufgetreten ist. Ist dies der Fall, wird im Schritt 212 abgefragt, ob der Schlupf grösser als eine zweite Schwelle ist. Ist dies der Fall wird gemäss Schritt 214 am low-Rad Bremskraft abgebaut. Hat der Schlupf am high-Rad die zweite Schwelle noch nicht überschritten, so wird im Schritt 216 überprüft, ob der Schlupf eine erste Schwelle, die kleiner als die zweite Schwelle ist, überschritten hat. Ist dies der Fall, wird gemäss Schritt 218 die Bremskraft am low-Rad gehalten. Ist der Schlupf am high-Rad kleiner als die erste Schwelle bzw. tritt kein Schlupf auf, wird gemäss Schritt 220 überprüft, ob unzulässiger Schlupf am low-Rad vorhanden ist. Ist dies der Fall, wird gemäss Schritt 222 Bremskraft aufgebaut, andernfalls gemäss Schritt 224 abgebaut. Nach den Schritten 214, 218, 222 oder 224 wird im Abfrageschritt 226 geprüft, ob die aufgebaute Bremskraft P am low-Rad gross ist, d.h. ob diese einen vorgegebenen Schwellenwert überschritten hat. Ist dies der Fall, wird gemäss Schritt 228 am high-Rad etwas Bremskraft aufgebaut, um dieses Rad vorzuspannen. Hat die Bremskraft einen Schwellenwert unterschritten, der nicht mit dem Schwellenwert für den Bremskraftaufbau identisch sein muss, wird gemäss Schritt 229 gegebenenfalls Bremskraft abgebaut. Danach wird wie nach Schritt 228 im Schritt 230 überprüft, ob die Bremsregelung beendet ist. Dies ist dann der Fall, wenn kein Schlupf mehr auftritt und die Bremskraft am low-Rad auf Null abgebaut ist. Ist dies der Fall, wird das Programm beendet und zum nächsten Zeitpunkt wieder eingeleitet, andernfalls wird das Programm mit Schritt 208 wiederholt. Je nach Ausführungsbeispiel wird nur der Antriebsmomentenregler oder der Bremsregler oder beide Lösungen eingesetzt. Letzteres ist am Beispiel einer typischen Fahrsituation in den Zeitdiagrammen der Fig. 4 dargestellt. In Fig. 4a ist dabei die Motordrehzahl Nmot über der Zeit T, in Fig. 4b die Geschwindigkeit Vlow des low-Rades, in Fig. 4c die des high-Rades (Vhigh), in Fig. 4d die Bremskraft (Plow) am low-Rad und in Fig. 4e die am high-Rad (Phigh) aufgetragen. Dargestellt ist ein Anfahrvorgang, bei dem ein Rad Durchdrehneigung zeigt. Zum Zeitpunkt T0 überschreitet die Geschwindigkeit des low-Rads gemäss Fig. 4b das gestrichelt dargestellte Schlupfoptimum. Dies bedeutet, dass zum Zeitpunkt T0 die Bremskraft im low-Rad zunimmt entsprechend dem Abstand der Geschwindigkeit des low-Rades vom Schlupfoptimum (vgl. Fig. 4d). Die geregelte Motordrehzahl zeigt einen ansteigenden Verlauf (vgl. Fig. 4a). Zu einem Zeitpunkt T2 überschreitet auch die Geschwindigkeit des high-Rades gemäss Fig. 4c das Schlupfoptimum. Dies führt zu einem Halten der Bremskraft am low-Rad (vgl. Fig. 4b). Da bereits zum Zeitpunkt T2 die Bremskraft am low-Rad einen Schwellenwert überschritten hat, wird zu diesem Zeitpunkt am high-Rad gemäss Fig. 4e Bremskraft aufgebaut, um dieses vorzuspannen. Zum Zeitpunkt T4 ist der Schlupf am high-Rad so gross (vgl. Fig. 4c), dass ein Bremskraftabbau am low-Rad stattfindet (Fig. 4d). Zum Zeitpunkt T5 unterschreitet die Geschwindigkeit des high-Rades das Schlupfoptimum (Fig. 4c), sodass der Bremskraftabbau zum Zeitpunkt T5 angehalten wird (Fig. 4d). Infolge des weiterhin bestehenden unzulässigen Schlupfes am low-Rad wird die Bremskraft dann wieder aufgebaut (Fig. 4d), bis zum Zeitpunkt T6 das high-Rad das Schlupfoptimum wieder überschreitet (Fig. 4c). Die Bremskraft am low-Rad wird gehalten (Fig. 4d). Dieser Vorgang wiederholt sich bis zum Zeitpunkt T7, zu dem sowohl das low- als auch das high-Rad nicht mehr instabil sind (Fig. 4b, 4c). Infolgedessen wird zum Zeitpunkt T7 die Bremskraft am high- und am low-Rad auf Null abgebaut (Fig. 4d und 4e). Danach wird der Anfahrbereich verlassen. Entsprechend zeigt Fig. 4a einen Drehzahlverlauf, der gemäss der obigen Darstellung vorgegeben ist. Zusammenfassend ist festzustellen, dass das Antriebsrad, an dem zuerst Schlupf aufgetreten ist, durch Bremskraftaufbau, -abbau oder -halten so geregelt wird, dass das andere Antriebsrad im Schlupfoptimum läuft.
Claims (12)
1. Verfahren zur Antriebsschlupfregelung, wobei bei Durchdrehneigung wenigstens eines Antriebsrades wenigstens das Drehmoment der Antriebseinheit reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Anfahrbereich eine Motordrehzahlregelung stattfindet, deren Sollwert abhängig von Betriebsgrössen des Fahrzeugs und der Antriebseinheit vorgegeben ist, der an der Antriebseinheit des Fahrzeugs eingeregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Solldrehzahl abhängig ist vom Fahrwiderstand, einer Mindestdrehzahl, dem Schlupfoptimum und der Getriebeübersetzung.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ausserhalb des Anfahrbereichs eine Schlupfregelung durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlregelung im Momentenregler des ABS/ASR-Steuergeräts realisiert wird.
5.
Verfahren zur Antriebsschlupfregelung, wobei bei Durchdrehneigung an wenigstens einem Antriebsrad die Bremse an diesem Antriebsrad betätigt wird, um den Schlupf zu reduzieren, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Schlupf reduzierender Eingriff an dem Rad stattfindet, an dem zuerst Durchdrehneigung erkannt wurde und die Bremskraft an diesem Rad derart gesteuert wird, dass das andere Rad im Wesentlichen stabil läuft.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad so abgebremst wird, dass das andere Antriebsrad im Schlupfoptimum läuft.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Instabilität am anderen Rad die am ersten Rad aufgebaute Bremskraft abgebaut wird.
8.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Instabilität am anderen Rad der Bremskraftabbau solange erfolgt, bis sich das andere Rad wieder im stabilen Bereich befindet.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ab einer bestimmten Bremskraft am ersten Rad ein Bremskraftaufbau am anderen Rad stattfindet, um dieses vorzuspannen, der jedoch nicht zu einer wesentlichen Schlupfreduzierung beiträgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten einer ersten Schlupfgrenze am anderen Rad der Bremskraftaufbau am ersten Rad gestoppt wird.
11.
Vorrichtung zur Antriebsschlupfregelung, mit einer Steuereinheit, welche die Durchdrehneigung wenigstens eines Antriebsrades erkennt und bei erkannter Durchdrehneigung wenigstens das Drehmoment der Antriebseinheit des Fahr zeugs reduziert, dadurch gekennzeichnet, dass im Anfahrbereich die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass sie einen Solldrehzahlwert abhängig von Betriebsgrössen des Fahrzeugs und/oder seiner Antriebseinheit ermittelt, der an der Antriebseinheit des Fahrzeugs eingeregelt wird.
12.
Vorrichtung zur Antriebsschlupfregelung, mit einer Steuereinheit, welche die Durchdrehneigung wenigstens eines Antriebsrades erkennt und welche bei erkannter Durchdrehneigung zur Reduzierung der Durchdrehneigung Bremskraft aufbaut, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass der Bremskraftaufbau nur an dem Rad erfolgt, an dem zuerst Durchdrehneigung aufgetreten ist, und die Bremskraft an diesem Rad derart gesteuert wird, dass das andere Rad im Wesentlichen stabil läuft.
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