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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Antriebseinheit eines Fahrzeugs.
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Aus der
DE 197 34 112 A1 ist ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung bekannt. Bei dieser bekannten Lösung wird fortlaufend ein maximal unter den gegebenen Umständen auf die Fahrbahn übertragbares Antriebsmoment nach Maßgabe von Widerstandsmomenten berechnet. Tritt eine Durchdrehneigung an wenigstens einem Antriebsrad des Fahrzeugs auf, wird die Antriebseinheit des Fahrzeugs derart beeinflusst, insbesondere eine Steuergröße wie das Drehmoment der Antriebseinheit reduziert, dass sich das maximal übertragbare Moment einstellt. Danach wird die Antriebseinheit im Rahmen einer Antriebsschlupfregelung gesteuert und auf diese Weise die Durchdrehneigung des wenigstens einen Antriebsrades reduziert.
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Diese Vorgehensweise hat in einer Vielzahl von Fällen zu zufriedenstellenden Lösungen geführt. Insbesondere bei sehr leistungsstarken Motoren hat es sich jedoch gezeigt, dass diese Vorgehensweise nicht optimal ist. Durch die Leistungsfähigkeit der Antriebseinheit wird bei Vorliegen eines Fahrerwunsches für eine hohe Leistung sehr schnell ein Antriebsschlupfregeleingriff herbeigeführt. Durch das Abreissen der Antriebsräder und den frühen Antriebsschlupfregeleingriff ergibt sich wegen der Beeinträchtigung der Beschleunigung des Fahrzeugs ein nicht zufriedenstellendes Fahrverhalten.
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Aus der gattungsbildenden
DE 195 12 441 A1 wird in einer Traktionsregeleinrichtung ein Soll-Antriebsmoment auf Grundlage eines Werts erhalten, der dadurch bestimmt wird, dass ein einem Schlupfwert entsprechendes korrigierendes Rückkopplungsdrehmoment von einem der Fahrgeschwindigkeit entsprechenden korrigierenden Bezugsdrehmoment abgezogen wird. Schlupf wird durch eine Drosselklappenregelung unterdrückt, durch die das Abtriebsdrehmoment des Motors auf das Soll-Antriebsmoment verringert wird. Ein Verzögerungsbefehl wird ausgegeben, wenn der Schlupfwert und eine Schlupfrate größer als vorgegebene Werte sind, um den Zündzeitpunkt für den Motor zu verzögern, um dadurch plötzlichen Schlupf zu unterdrücken.
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In der
DE 39 40 751 A1 wird ein System zur elektronischen Steuerung und/oder Regelung der Leistung einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, wobei die Steuerung bzw. Regelung der Leistung abhängig von einem den Fahrerwunsch repräsentierenden Parameter erfolgt, in vorgegebenen Betriebszuständen die Steuerung bzw. Regelung unabhängig von diesem Parameter durchgeführt wird und in diesen Betriebszuständen, die durch eine Reduzierung oder Erhöhung der Betriebsmittelzufuhr infolge einer aktiven Antriebsschlupfregelung bzw. Motorschleppmomentregelung gekennzeichnet sind, erfolgt. Die die Reduzierungs- bzw. Erhöhungsanforderung tragenden Vorgabewerte werden dabei zur schnelleren Reaktion des Regelsystems in ihrer Wirkung dynamisch verstärkt.
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Vorteile der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung der Beschleunigungsfähigkeit eines Antriebsschlupfregelungssystems bei gleichzeitiger Erhöhung der Stabilität.
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Dies wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht.
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Die Anstiegsbegrenzung wenigstens einer Steuergröße der Antriebseinheit, vorzugsweise einer Steuergröße wie deren Drehmoment, wenn der Fahrer einen Steuerwert vorgibt, bei dem Instabilitäten der Antriebsräder zu befürchten sind, führt zu einer feineren Dosierung der Steuerung der Antriebseinheit sowie zu einer bedarfsgerechten Steuerung der Antriebseinheit. Der auftretende Antriebsradschlupf wird verringert, in Idealfällen sogar vermieden, und ist, wenn er auftritt, zeitlich kürzer. Dadurch wird die Beschleunigungsfähigkeit des Fahrzeugs verbessert bei gleichzeitiger Erhöhung der Stabilität, da das Auftreten von Antriebsradschlupf eingeschränkt ist.
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Dabei erfolgt die Anstiegsbegrenzung dann, wenn die Fahrervorgabe größer als ein aus dem maximal übertragbaren Wert abgeleiteter Schwellenwert ist. Im stabilen Bereich wird somit dem Fahrer die volle Dynamik zur Verfügung gestellt, während eine mit Blick auf Beschleunigung und Stabilität optimierte Anstiegsbegrenzung erst bei Vorgaben oberhalb des maximal übertragbaren Wertes erfolgt.
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Vorteilhaft ist auch, bei der Bestimmung des Schwellenwertes, oberhalb dessen eine Anstiegsbegrenzung erfolgt, einen gespeicherten Wert mit zu berücksichtigen, der der Vorgabe für die Steuerung der Antriebseinheit entspricht, bei der eine vorherige Durchdrehneigung der Antriebsräder und somit der vorherige Schlupfregeleingriff aufgetreten ist. Dadurch wird eine weitere Verbesserung des Fahrverhaltens erreicht.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Zeichnung
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. 1 zeigt ein Übersichtsblockschaltbild einer Steuereinrichtung, welche das Drehmoment einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs beeinflusst. In 2 ist eine bevorzugte Ausführung der Begrenzung des Anstiegs der Steuergröße als Flussdiagramm dargestellt, welches eine Realisierung als Rechnerprogramm skizziert. In den 3 bis 5 sind Zeitdiagramme dargestellt, die den zeitlichen Verlauf typischer Signale bei Anwendung der beschriebenen Vorgehensweise darstellen.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt eine Steuereinheit 10, welche wenigstens eine Eingangsschaltung 12, wenigstens einen Mikrocomputer 14 und wenigstens eine Ausgangsschaltung 16 umfasst. Diese Elemente werden durch ein Kommunikationssystem 18 zum gegenseitigen Datenaustausch miteinander verbunden. Der Eingangsschaltung 12 werden Eingangsleitungen zugeführt, über die Signale zugeführt werden, die Betriebsgrößen repräsentieren oder aus denen Betriebsgrößen ableitbar sind. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel stellt die Steuereinheit 10 eine Steuereinheit zur Regelung des Antriebsschlupfes dar, in anderen Ausführungsbeispielen handelt es sich um eine Motorsteuereinheit oder um eine Kombination der beiden.
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Aus Übersichtlichkeitsgründen sind lediglich Eingangsleitungen 20 bis 24 dargestellt, über welche der Steuereinheit 10 von Messeinrichtungen 26 bis 30 Betriebsgrößensignale zugeführt werden. Derartige Betriebsgrößensignale sind beispielsweise Signale, die den Fahrerwunsch repräsentieren, Motordrehzahl- und/oder Abtriebsdrehzahl- oder Radgeschwindigkeitssignale, wenigstens eine Größe zur Ermittlung einer Istgröße der Steuergröße der Antriebseinheit, z. B. des Drehmoments bzw. der Leistung, sowie Größen, aus denen beispielsweise nach dem eingangs genannten Stand der Technik das maximal übertragbare Abtriebsmoment berechnet wird. Die Fahrerwunschgröße ist dabei je nach Ausführungsbeispiel die Stellung eines vom Fahrer betätigbaren Bedienelements, aus der ein Vorgabewert (z. B. Solldrehmoment) zur Steuerung der Antriebsleistung abgeleitet wird, oder eine diesen Vorgabewert selbst repräsentierende Größe.
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Über die Ausgangsschaltung 16 und die daran angebundenen Ausgangsleitungen gibt die Steuereinheit 10 Stellgrößen im Rahmen der von der Steuereinheit 10 durchgeführten Regelungen ab. Im bevorzugtem Ausführungsbeispiel führt wenigstens eine Ausgangsleitung 32 zu wenigstens einem Stellelement 34 zur Beeinflussung der Leistung bzw. des Drehmoments der Antriebseinheit des Fahrzeugs. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Stellelement 34 um eine elektrisch betätigbare Drosselklappe einer Brennkraftmaschine, welche durch eine entsprechende Stellgröße über die Leitung 32 betätigt wird. In anderen vorteilhaften Ausführungsbeispielen werden ferner über die wenigstens eine Ausgangsleitung 36 ergänzend die Bremsanlage 38 des Fahrzeugs und/oder andere Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine (Zündwinkel, Kraftstoffzufuhr, Turbolader) und/oder Eingriffe in eine automatische Getriebeeinheit vorgenommen.
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Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist im Rahmen der Steuereinheit 10 ein Antriebsschlupfregelsystem realisiert. Dieses berechnet beispielsweise auf die im eingangs genannten Stand der Technik beschriebene Art situationsgerecht und fortlaufend die Fahrwiderstände des Fahrzeugs. Die Summe der Fahrwiderstände ergibt ein maximales, auf die Straße absetzbares Moment (Abtriebs- oder Motormoment). Im Falle der Durchdrehneigung wenigstens eines Antriebsrades wird das im wesentlichen vom Fahrer in Abhängigkeit des vom Fahrer gewünschten Moments vorgegebene Motormoment derart reduziert, dass sich dieses maximal absetzbare Moment einstellt. Mit anderen Worten gibt der Antriebsschlupfregler einen Vorgabewert für das Motor- oder Abtriebsmoment vor, welcher außerhalb der Antriebsschlupfregelung einen Maximalwert einnimmt, innerhalb der Antriebsschlupfregelung bei Auftreten auf das maximal absetzbare Moment reduziert, dann schlupfabhängig verändert wird und bei Verschwinden der Durchdrehneigung mittels einer Zugabefunktion wieder erhöht wird. Im Rahmen der Steuerung der Antriebseinheit wird dieser Vorgabewert des Antriebsschlupfreglers mit dem vom Fahrer vorgegebenen Vorgabewert verglichen und jeweils der kleinere der beiden Werte zur Steuerung der Antriebseinheit herangezogen.
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Um einem zu häufigen Auftreten von Radschlupf beim Beschleunigen, einem zu großen oder zu lang andauernden Radschlupf und somit einer Einbuße an Beschleunigung und Stabilität entgegenzuwirken, wird der Fahrervorgabewert (Fahrerwunschmoment) mit einem aus dem maximal übertragbaren Moment abgeleiteten Schwellenwert verglichen. Überschreitet der Fahrervorgabewert diesen Schwellenwert, so wird eine zeitliche oder geschwindigkeitsabhängige Begrenzung des Momentenanstieges durchgeführt. Dies erfolgt dadurch, dass der außerhalb eines Antriebsschlupfregeleingriffes und außerhalb eines Begrenzungseingriffes auf einen Maximalwert gesetzte Vorgabewert des Antriebsschlupfreglers zur Begrenzung auf einen Startwert gesetzt wird. Dieser Startwert ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Minimalwert aus maximal absetzbarem Momentenwert und der letzten Sollwertvorgabe des Antriebsschlupfreglers bei einem Antriebsschlupfregeleingriff. Von diesem Startwert aus wird der Vorgabewert in bestimmten Zeitintervallen oder geschwindigkeitsabhängig um bestimmte Größen erhöht, bis ein Maximum erreicht wird (beispielsweise der Fahrervorgabewert) oder ein Antriebsschlupfregeleingriff aktiv wird. Durch diese Begrenzung wird die Häufigkeit des Auftretens von Antriebsradschlupf verringert, dessen Größe und/oder zeitliche Dauer verringert und somit die Beschleunigung des Fahrzeugs und Stabilität des Fahrzeugs verbessert.
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In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird die Begrenzung abhängig vom Radschlupf, dem Reibbeiwert und/oder der Fahrzeugbeschleunigung beeinflusst, wobei die Steigung der Begrenzung bei hohem Schlupf, niedrigem Reibwert oder hoher Beschleunigung kleiner als bei kleinen Schlupfwerten, hohen Reibwerten oder kleinen Beschleunigungswerten ist.
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Die Anstiegsbegrenzung wird immer dann zugelassen, wenn die Fahrervorgabe den den Begrenzungseingriff auslösenden Schwellenwert wieder unterschreitet.
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Wird das Antriebsschlupfregelsystem durch einen entsprechenden, vom Fahrer betätigbaren Schalter passiv geschaltet, wird die Begrenzung ebenfalls ausgeschaltet.
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In 2 ist ein Flussdiagramm skizziert, welches eine bevorzugte Realisierung der oben dargestellten Vorgehensweise als Rechnerprogramm darstellt. Das skizzierte Programm wird bei aktivem Antriebsschlupfregler in vorbestimmten Zeitabständen durchlaufen, wobei das Programm während eines tatsächlich durchgeführten Antriebsschlupfregeleingriffs nicht durchlaufen wird. In diesem Fall ist der Antriebsschlupfregler aktiv, der allein die Sollwertvorgabe zur Steuerung der Antriebseinheit bestimmt.
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Im ersten Schritt 100 des skizzierten Programms werden das beispielsweise mit der eingangs genannten Methode berechnete maximale übertragbare Moment M_AB, das Fahrerwunschvorgabemoment M_FV sowie in einem Ausführungsbeispiel das gespeicherte Moment M_MEM, welches die Sollwertvorgabe des Antriebsschlupfreglers beim letzten Schlupfregeleingriff, vorzugsweise an dessen Ende (vor Einleiten der Zugabefunktion) darstellt übergeben. Im darauffolgenden Schritt 102 wird überprüft, ob das Fahrerwunschmoment M_FV größer als ein aus dem maximal absetzbaren Moment abgeleiteter Wert M_AB ± Δ ist. Ist dies nicht der Fall wird im Schritt 104 das Sollmoment M_SOLL auf seinen Maximalwert (100%) gesetzt und im darauffolgenden Schritt 106 eine Marke FLAG auf den Wert 0 gesetzt. Danach wird im Schritt 108 überprüft, ob ein Antriebsschlupfregeleingriff aktiv ist, um eine erkannte Durchdrehneigung wenigstens eines Antriebsrades zu reduzieren. Ist dies der Fall, wird das Programm beendet und erst wieder dann durchlaufen, wenn der Antriebsschlupfeingriff beendet ist, während im Falle einer Nein-Antwort das Programm mit Schritt 100 wiederholt wird.
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Hat Schritt 102 ergeben, dass das Fahrerwunschmoment größer als der Schwellenwert ist, wird im Schritt 110 überprüft, ob die Marke den Wert 0 aufweist. Ist dies der Fall, so ist im Schritt 102 erstmalig das Überschreiten erkannt worden. In diesem Fall wird in Schritt 112 die Marke auf den Wert 1 gesetzt und im Schritt 114 als Startwert für die Begrenzung der Minimalwert aus einem aus dem maximal absetzbaren Drehmoment abgeleiteten Wert M_AB ± Δ und dem gespeicherten Wert M_MEM gebildet. Der aus dem Minimum dieser Werte gebildete Sollwert M_SOLL wird dann zur Steuerung der Antriebseinheit ausgegeben. In einem anderen Ausführungsbeispiel, in welchem der gespeicherte Momentenwert nicht vorhanden ist, wird in diesem Fall der Startwert der Begrenzung auf den aus dem maximal absetzbaren Moment abgeleiteten Wert gesetzt. Nach Schritt 114 folgt Schritt 108.
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Hat Schritt 110 ergeben, dass die Marke nicht den Wert 0 aufweist, d. h. bereits wenigstens einmal ein Überschreiten des Schwellenwertes durch den Fahrerwunschwert erkannt wurde, wird im Schritt 116 der Momentensollwert M_SOLL inkrementiert. Die Größe des Inkrementwerts ΔM kann dabei wie oben erwähnt, schlupf-, reibwert-, geschwindigkeits- und/oder fahrzeugbeschleunigungsabhängig sein. Durch die zeitliche Abfolge des Programmdurchlaufs und der Größe des Inkrementwertes erfolgt eine treppenartige Zugabefunktion für das Sollmoment, welche im Mittel eine vorgegebene Steigung des Sollmomentenwertes darstellt. Im darauffolgenden Schritt 118 wird überprüft, ob der in Schritt 116 gebildete Sollmomentenwert größer als ein vorgegebener Maximalwert ist. Dieser ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Maximalwert aus Schritt 104 bzw. der aktuelle Fahrerwunschwert M_FV, wenn dieser kleiner als der absolute Maximalwert ist. Ist die Antwort in Schritt 118 nein, so wird der in Schritt 116 gebildete Sollwert zur Steuerung der Antriebseinheit ausgegeben, während im Falle einer Ja-Antwort im Schritt 120 der Sollwert auf den Maximalwert begrenzt wird. Nach Schritt 120 bzw. bei einer Nein-Antwort im Schritt 118 folgt Schritt 108.
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In 3 ist ein Zeitdiagramm dargestellt, welches den zeitlichen Verlauf von Fahrerwunschmoment M_FV, maximal absetzbaren Moment M_AB sowie dem Sollmoment M_Soll in einem ersten Ausführungsbeispiel darstellt. Bis zum Zeitpunkt T0 ist das Fahrerwunschmoment M_FV kleiner als das maximal absetzbare Drehmoment. Die Antriebseinheit wird daher im wesentlichen durch das Fahrerwunschmoment gesteuert, während das Sollmoment M_Soll des Antriebsschlupfreglers seinen Maximalwert (hier 100%) einnimmt. Zum Zeitpunkt T0 überschreitet das Fahrerwunschmoment das maximal absetzbare. Dies führt dazu, dass als Startwert für das Sollmoment M_Soll das maximal absetzbare Moment M_AB ausgegeben wird. Durch eine Minimalwertauswahl im Rahmen der Antriebssteuerung wird dann anstelle des Fahrerwunschwertes der Sollmomentenwert M_Soll als Vorgabewert für die Steuerung der Antriebseinheit vorgegeben. Im Zeitraum zwischen T0 und T1 wird das Sollmoment gemäß einem vorgegebenen zeitlichem Verhalten, welches nicht nur linear, sondern auch nichtlinear sein kann, erhöht, wobei die Steigung betriebsgrößenabhängig sein kann. Zum Zeitpunkt T1 erreicht der Sollmomentenwert den Maximalwert, so dass die Anstiegsbegrenzung abgeschlossen ist.
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4 zeigt die zeitlichen Verläufe der entsprechenden Signale in einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel wird aus dem letzten Antriebsschlupfregeleingriff ein gespeicherter Wert M_MEM berücksichtigt, welcher die letzte Sollwertvorgabe des Antriebsschlupfreglers am Ende des letzten momentenreduzierenden Antriebsschlupfregeleingriff darstellt. Bis zum Zeitpunkt T0 entspricht die Betriebssituation der in 3 skizzierten. Zum Zeitpunkt T0 überschreitet der Fahrervorgabewert M_FV das Moment M_MEM. Dies führt zu einem Rücksprung des Sollmomentenwertes von seinem Maximalwert auf den gespeicherten Wert M_MEM, da dieser kleiner als der maximal absetzbare Wert M_AB ist. Von dort aus wird die oben beschriebene Anstiegsbegrenzung der Momentenänderung gestartet. Ferner ist der Verlauf des Istmoments M-Ist dargestellt.
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5 zeigt die in 3 dargestellten zeitlichen Signalverläufe, wobei ergänzend der Signalzustand einer Marke eingetragen ist, die einen aktiven Antriebsschlupfregeleingriff infolge von Durchdrehneigung wenigstens eines Antriebsrades repräsentiert (ASR-aktiv). Bis zu einem Zeitpunkt T1 entspricht die in 5 dargestellte Betriebssituation der in 3 dargestellten. Es wird also bei Überschreiten des maximal absetzbaren Wertes durch den Fahrerwunschwert eine Begrenzung vorgenommen. Zum Zeitpunkt T1 wird die Durchdrehneigung wenigstens eines Antriebsrades erkannt und der Antriebsschlupfregler aktiv geschaltet. In diesem Fall wird, wie im eingangs genannten Stand der Technik beschrieben, das Sollmomenten M_Soll auf das maximal absetzbare reduziert, dann zur weiteren Verringerung der Durchdrehneigung solange reduziert, bis die Durchdrehneigung beseitigt ist, und danach wieder erhöht (nicht dargestellt), bis gegebenenfalls wieder eine Durchdrehneigung auftritt. Während der aktiven Phase des Antriebsschlupfreglers ist die Begrenzung aufgehoben.
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Das Drehmoment der Antriebseinheit wird entsprechend dem ermittelten Sollwert M_Soll gesteuert, zumindest solange dieser kleiner als der Fahrerwunschwert ist. Neben der Vorgabe von Drehmomentwerten werden in einem anderen Ausführungsbeispiel Motorleistungswerte vorgegeben. Motormomentenwerte (Verbrennungsmoment, Kupplungsmoment, etc.) bzw. Abtriebsmomentenwerte oder Leistungswerte werden unter dem Begriff Steuergröße der Antriebseinheit zusammengefasst. Ferner kann als Vorgabewert auch die Stellung der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine oder deren zuzumessende Kraftstoffmenge vorgegeben werden. Auch diese sollen unter den Begriff Steuergröße fallen.
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Die Antriebseinheit ist je nach Ausführungsbeispiel eine Brennkraftmaschine oder ein Elektromotor.
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Unter Drehmoment oder Moment wird vorstehend je nach Ausführungsbeispiel das indizierte Moment einer Brennkraftmaschine, das Ausgangsmoment des Motors, das Abtriebsmoment des Triebstrangs (Getriebeausgangsmoment) oder das Radmoment verstanden. Diese Größen sind mittels weiterer Betriebsgrößen auf bekannte Weise (Berücksichtigung von Verlusten und Verbrauchern des Motors, der Getriebeübersetzung, der Differentialübersetzung, etc.) ineinander umrechenbar.
