DE10065527A1 - Verfahren und System zum Begrenzen des Motordrehmoments von Fahrzeugen - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren und ein System zum Begrenzen eines Motordrehmoments von Fahrzeugen auf einen maximalen Wert beschrieben. Bei dem Verfahren werden Raddrehmomente darstellende Signale von Radsensoren am Antriebsstrang erfaßt, welche Raddrehmomente dann differenziert nach Fahrsituationen, die einen schädlichen Einfluß auf Getriebe, Differential oder Drehmomentenwandler haben können, auf eine zu hohen Wert von Raddrehmomenten untersucht werden. Wird ein zu hoher Wert gefunden, erfolgt eine Begrenzung bzw. Reduzierung des Motordrehmoments.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Begrenzen des Motordrehmoments von Fahrzeugen gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.

Bei Fahrzeugen mit starker Motorisierung kann insbesondere beim Rückwärtsfahren unter Vollast das Getriebe, d. h. der Rückwärtsgang, geschädigt werden.

Weiterhin wird das Differential bei ASR-Bremseingriffen (d. h. Antriebsschlupfregel-Bremseingriffen) an Steigungen mit unterschiedlichen Reibwerten zwischen linker und rechter Fahrzeugseite einer extremen Beanspruchung unterzogen, die bis zur Zerstörung des Getriebes und/oder des Differentials führen kann.

Bei Fahrzeugen im Anhängerbetrieb kann es an Steigungen bei auftretendem Schlupf an Rädern, wie bei sogenanntem µ-Split, Situationen geben, in welchen das Fahrzeug trotz Vollast keine Fahrt aufnimmt. Über den ASR-Bremseingriff wird das schlupfende Rad abgebremst. Das eingesteuerte Bremsmoment, die Kraft des Anhängers selbst und der auf das Fahrzeug und den Anhänger wirkende Hangabtrieb können größer als das bei einer bestimmten Motordrehzahl vom Motor abgegebene Motormoment sein. Bei Fahrzeugen mit Automatgetriebe führt dies dazu, daß das angegebene Motormoment abzüglich dem in der Bremse umgesetzten Moment im Wandler des Automatgetriebes in thermische Energie umgesetzt wird, wodurch dieser schon nach relativ kurzer Zeit zerstört werden kann.

Die angegebenen Beispiele zeigen, daß es nötig ist, Getriebe, Wandler und Differential eines Fahrzeugs vor Zerstörung zu schützen, indem ein Motordrehmoment reduziert bzw. begrenzt wird. In der DE 196 11 839 A1 ist unter anderem ein Beispiel für die Begrenzung des von einer Brennkraftmaschine abgegebenen Drehmoments zum Getriebeschutz gezeigt. Dabei wird ein maximales Kupplungsmoment abhängig von Drehzahl und/oder Geschwindigkeit des Fahrzeugs bei eingelegter Fahrstufe vorgegeben. Aus diesem Moment wird unter Berücksichtigung der Verlustmomente der Antriebseinheit und Momentenanteile der Verbraucher ein maximales Verbrennungsmoment gebildet, das nicht überschritten werden soll.

Die in der DE 196 11 839 A1 gezeigte Begrenzung auf ein maximales Verbrennungsmoment erfolgt auf komplizierte Weise und dauert eine gewisse Zeit. Zudem erfolgt die Ermittlung, ob ein zu hohes (Rad-)Drehmoment im Antriebsstrang auftritt, indirekt und kann somit fehlerhaft sein. Zu Fehlern kann auch eine fehlende Unterscheidung von Fahrsituationen bei der Begrenzung von Motordrehmomenten führen.

Vorzugsweise sollen bei der vorliegenden Erfindung Radsensoren eingesetzt werden. Im Stand der Technik sind Radkraftsensoren bekannt, von welchen einige im folgenden beispielhaft beschrieben werden.

Aus Stöcker, Jörg u. a.: Der "Intelligente Reifen" - Zwischenergebnisse einer interdisziplinären Forschungskooperation. In: ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 97, 1995, 12, S. 824-832 ist es beispielsweise bekannt, einen Reifen mit einen integrierten Kraftsensor auszustatten, durch welchen es möglich ist, am Reifen angreifende Kräfte in drei Richtungen, nämlich der Längs- oder X-Richtung, der Quer- oder Y-Richtung und der vertikalen oder Z-Richtung, zu erfassen. Die aus diesen erfaßten Kräften abgeleiteten Signale können einer Auswerteeinheit zugeführt werden, in welcher eine erwünschte Auswertung der Signale erfolgt.

Eine weitere Vorrichtung zur Ermittlung des Drehverhaltens eines Fahrzeugrads ist beispielsweise aus der DE 196 20 581 A1 bekannt, die eine Vorrichtung zur Ermittlung des Drehverhaltens eines Fahrzeugrads zeigt, wobei in Umfangsrichtung des Rads gleichmäßig angeordnete magnetisierende Flächen mit abwechselnder Polarität vorgesehen sind. Die Flächen sind in die Reifenwand eingearbeitet oder auf der Reifenwand aufgebracht. Ein Meßwertaufnehmer weist zwei oder mehrere in unterschiedlichem radialen Abstand von der Drehachse angeordnete Meßelemente auf, so daß bei einer Verformung des Reifens infolge der an einem Reifen angreifenden Kräfte bzw. infolge der übertragenen Antriebs- oder Bremsdrehmomente eine Änderung der Phasenlage zwischen den von den Meßelementen abgegebenen Meßsignalen auftritt. Die Änderung der Phasenlage ist dann als Maß für die von dem Rad bzw. dem Reifen auf die Fahrbahn übertragenen Momente und/oder des momentanen Reibbeiwertes auswertbar.

In der DE 196 12 825 A1 ist ein Wälzlager bzw. ein Radlager beschrieben, welches dargestellt ausgebildet ist, daß mit ihm unter anderem Antriebs- und/oder Bremskräfte erfaßt werden können.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Systems ist sowohl der Einsatz eines Sensors, der nach dem ATZ-Artikel oder dem in der DE 196 20 581 A1 beschriebenen Prinzip aufgebaut ist, als auch der Einsatz eines Sensors, der nach dem in der DE 196 12 825 A1 beschriebenen Prinzip aufgebaut ist, möglich.

Obwohl Reifensensoren im Stand der Technik schon häufiger als nützlich zur Steuerung oder Regelung des Fahrverhaltens von Fahrzeugen beschrieben wurden, ist es bislang noch nicht bekannt, ein Motordrehmoment eines Fahrzeugs unter Zuhilfenahme von Signalen aus solchen Sensoren zu begrenzen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System anzugeben, wodurch bei Bedarf ein Motordrehmoment eines Fahrzeugs auf einfache Weise begrenzt werden kann, wobei insbesondere das Auftreten zu hoher Drehmomente im Antriebsstrang einfacher, genauer und differenzierter ermittelt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Insbesondere wird durch das erfindungsgemäße Verfahren und das zugehörige System auf einfache Weise ein Drehmoment am Rad mittel eines Radkraftsensors bestimmt und dann wird nach Maßgabe bestimmter Kriterien untersucht, ob dieses Drehmoment zu hoch ist. Sollte dies der Fall sein, wird das Motordrehmoment reduziert bzw. begrenzt.

Kriterien für das Auftreten eines zu hohen Drehmoments am Rad sind bei gegebener Information über die eingelegte Gangstufe beispielsweise eine zu starke Abweichung der jeweiligen Drehmomente an der linken und der rechten Fahrzeugseite voneinander, eine zu hohe Beschleunigung im Antriebsstrang und, insbesondere bei Automatgetrieben, ein Überschreiten eines kritischen Werts und gleichzeitiges Ausbleiben einer Beschleunigung.

Bei einer zu starken Abweichung der jeweiligen Drehmomente an der linken und der rechten Fahrzeugseite voneinander, wie es an Steigungen mit unterschiedlichen Reibwerten zwischen linker und rechter Fahrzeugseite, bei µ-Split, auftreten kann, wird das Differential bei ASR-Bremseingriffen extrem beansprucht. Neben einer quasi-statischen Belastung tritt bei Fahrzeugen, deren Fahrwerk zu Schwingungen neigt, eine zusätzliche dynamische Belastung auf. Mit Hilfe von Radkraftsensoren kann sowohl die statische Kraft als auch die dynamische Kraft ermittelt werden; bei Überschreiten eines kritischen Werts kann das Motordrehmoment begrenzt bzw. auf ein erträgliches Maß reduziert werden, so daß das Differential geschützt wird.

Bei einer zu hohen Beschleunigung im Antriebsstrang, wie sie beispielsweise aufgrund einer beschleunigten Fahrt über eine hohe Bordsteinkante bedingt sein kann, wobei der Antriebsstrang dann am stärksten belastet ist, wenn ein Rad kurzzeitig keine Verbindung mit dem Boden hat und die gesamte Energie des Antriebsstrangs dieses eine Rad beschleunigt, kann über einen schnellen Motoreingriff das Motordrehmoment so reduziert werden, daß der Antriebsstrangs nicht geschädigt wird. Insbesondere kann eine Motormomentenreduzierung über eine Motorschnittstelle durch Einspritzausblendung oder Zündwinkelverstellung erfolgen, so daß das Getriebe nicht geschädigt wird.

Bei Erkennen eines zu hohen Antriebsmoment bei einer Rückwärtsfahrt unter Vollast kann über eine geeignete Motorschnittstelle das Motordrehmoment durch E-Gas, Einspritzausblendung oder Zündwinkelverstellung reduziert werden, so daß das Getriebe nicht geschädigt wird.

Sollte beim Fahren im Anhängerbetrieb an Steigungen, insbesondere bei Fahrzeugen mit Automatgetriebe und bei µ- Split, bei einem erfaßten Drehmoment am Rad ein Überschreiten eines kritischen Werts und eine gleichzeitig ausbleibende Fahrzeugbeschleunigung erkannt werden, wird das Drehmoment begrenzt, um einer Zerstörung des Wandlers durch thermische Energie vorzubeugen.

Vorteile der Erfindung

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden mit Radsensoren Signale erfaßt, die eine Radkraft und/oder ein Raddrehmoment darstellen. Werden im Antriebsstrang zu hohe Raddrehmomente erkannt, erfolgt über eine Motorschnittstelle eine Reduzierung bzw. Begrenzung des Motordrehmoments.

Da zusätzlich durch die Signale von den Radsensoren auch die Radgeschwindigkeiten bzw. Radbeschleunigungen, insbesondere die Differenzgeschwindigkeiten zwischen den Antriebsrädern einer Achse, ermittelt werden können, kann das Antriebsmoment bei ausgewählten Fahrsituationen gezielt reduziert werden.

Die Radkraft und/oder das Raddrehmoment und die Radgeschwindigkeiten bzw. Radbeschleunigungen werden aus den Signalen von den Radsensoren vorzugsweise über Kennlinien ermittelt.

Die ausgewählten Fahrsituationen entsprechen den oben genannten Kriterien.

Das erfindungsgemäße System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist insbesondere eine Erkennungseinheit zum Erkennen eines zu hohen Raddrehmoments für eine bestimmte Fahrsituation auf, um dann einer Begrenzungseinheit zu signalisieren, daß eine Begrenzung des Motordrehmoments erfolgen soll.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems zum Begrenzen von Motordrehmomenten von Fahrzeugen gemäß der Erfindung; und

Fig. 2 stellt einen Verfahrensablauf zum Begrenzen von Motordrehmomenten von Fahrzeugen gemäß der Erfindung dar.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems zum Bestimmen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei zur Darstellung der Einfachheit halber ein Zweiradantrieb gewählt ist.

Das System besteht aus Sensoren 10, 12 für jeweilige Fahrzeugräder, einer Auswerteeinheit 20, einer Erkennungseinheit 30 und einer Begrenzungseinheit 40. Die Sensoren 10, 12 geben Signale S1, S2 aus, die der Auswerteeinheit 20 zugeführt werden, die die jeweiligen Signale S1, S2 so auswertet, daß die Umfangskräfte bzw. Drehmomente MR1, MR2 an jedem Fahrzeugrad als Signale dargestellt sind. Zusätzlich erfolgt eine Auswertung derart, das auch eine Beschleunigung AR an den Rädern als Signal dargestellt ist. Die Drehmomente MR1, MR2 und die Beschleunigung AR werden der Erkennungseinheit 30 zugeführt und dort einer Untersuchung auf eine jeweilige Fahrsituation unterzogen, was in Zusammenhang mit Fig. 2 detailliert beschrieben wird. Nachdem eine bestimmte Fahrsituation erkannt ist und festgestellt ist, daß eine Begrenzung des Motordrehmoments nötig ist, wird das Motordrehmoment über die Begrenzungseinheit 40, die eine Motorschnittstelle aufweist, begrenzt bzw. reduziert. Die Reduzierung kann beispielsweise durch E-Gas, Einspritzausblendung oder Zündwinkelverstellung am Motor erfolgen.

Fig. 2 stellt einen Verfahrensablauf dar, bei welchem zuerst untersucht wird, ob ein Begrenzen oder Reduzieren des Motordrehmoments nötig ist. Wenn dies bejaht wird, erfolgt eine Einflußnahme auf den Motor zur Begrenzung oder Reduzierung eines Drehmoments. Der Verfahrensablauf wird nach einem Programmstart, wie beispielsweise beim Betätigen des Zündschlüssels, wiederholt durchlaufen.

In einem ersten Schritt 100 wird Information über eine eingelegte Gangstufe erhalten. Im folgenden Schritt 110 erfolgt eine Vorinitialisierung der in ihm enthaltenen Größen MR_MAX, M_MAX1 und M_MAX2. Die Größe DIFF_MAX stellt einen maximalen Wert für eine Differenz zwischen ermittelten Raddrehmomenten auf der linken und der rechten Fahrzeugseite dar, die Größe M_MAX1 stellt ein maximales Raddrehmoment für allgemeine Fälle dar, das als kritischer Wert nicht überschritten werden darf und somit ein Maß zur Durchführung einer Begrenzung des Motordrehmoments ist, und die Größe M_MAX2 stellt ein maximales Raddrehmoment für den Fall dar, daß zusätzlich die Fahrzeugbeschleunigung ausbleibt.

Nach der Vorinitialisierung wird in einem Schritt 120 Werte für die ermittelten Raddrehmomente MR1 und MR2 und die Radbeschleunigung AR eingelesen. In einem Schritt 130 werden die Raddrehmomente MR1 und MR2 miteinander verglichen und wenn das Vergleichsergebnis größer als die Größe DIFF_MAX ist, zeigt dieses Ergebnis, daß der Unterschied zwischen den beiden Werten zu groß ist und daß eine Begrenzung des Motordrehmoments durchzuführen ist, wie es in einem Schritt 200 gezeigt ist. Ist das Vergleichsergebnis jedoch kleiner als die Größe DIFF_MAX, erfolgt in einem Schritt 140 ein Einstellen eines einzigen Werts für die Raddrehmomente MR1 und MR2 auf ein Raddrehmoment MR, was gerechtfertigt ist, da sich die Raddrehmomente MR1 und MR2 nur unwesentlich unterscheiden. Dann wird das Raddrehmoment MR in einem Schritt 150 mit der Größe M_MAX1 verglichen, und wenn das Raddrehmoment MR nicht kleiner als die Größe M_MAX1 ist, zeigt dieses Ergebnis, daß Begrenzung des Motordrehmoments durchzuführen ist, wie es in einem Schritt 200 gezeigt ist. Wenn das Raddrehmoment MR kleiner als die Größe M_MAX1 ist, wird das Raddrehmoment MR in einem Schritt 160 mit er Größe M_MAX2 verglichen. Ist das Raddrehmoment MR kleiner als M_MAX2, wird das Durchlaufen des Verfahrens beendet. Andererseits wird in einem folgenden Schritt 170 geprüft, ob die Radbeschleunigung AR Null ist. Ist dies der Fall, zeigt dies ein Auftreten thermischer Energie im Wandler an und eine Begrenzung des Motordrehmoments im Schritt 200 erfolgt. Sonst wird das Durchlaufen des Verfahrens beendet.

Wie es oben angegeben ist, kann die Begrenzung des Motordrehmomentes im Schritt 200 durch E-Gas, Einspritzausblendung oder Zündwinkelverstellung am Motor erfolgen.

Es ist ein Verfähren und ein System zum Begrenzen des Motordrehmoments von Fahrzeugen beschrieben, wobei durch die erfindungsgemäße Erkennung eines zu hohen Drehmoments am Rad und eine darauffolgende Begrenzung des Motordrehmoments eine Beschädigung von Getriebe, Differential oder Drehmomentwandler verhindert werden kann. Zusätzlich kann insbesondere durch die Möglichkeit einer einfachen Beschleunigungsermittlung erfindungsgemäß eine differenzierte Erkennung von Fahrsituationen und ein entsprechendes Reagieren erfolgen.

Claims (9)

1. Verfahren zum Begrenzen eines Motordrehmoments (MM) von Fahrzeugen, welches Verfahren vor dem Begrenzen durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:
Erfassen von dem aktuellen Radmoment (MR1, MR2) darstellenden Signalen (S1, S2) mittels Radsensoren (10, 12) im Antriebsstrang; und
differenziertes Erkennen von zu hohen aktuellen Radmomenten (MR1, MR2) für verschiedene Fahrsituationen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zu hohe Differenz von Raddrehmomenten (MR1, MR2) am Antriebsstrang erkannt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu hohes Raddrehmoment (MR) durch einen Vergleich mit einem maximalen Wert (M_MAX1) erkannt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu hohes Raddrehmoment (MR) durch einen Vergleich mit einem maximalen Wert (M_MAX2) und eine fehlende Beschleunigung (AR) erkannt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigung (AR) aus den Signalen (S1, S2) vom jeweiligen Radsensor (10, 12) im Antriebsstrang ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die maximalen Werte (M_MAX1, M_MAX2) für Raddrehmomente (MR1, MR2, MR) und der maximale Wert (DIFF_MAX) für die Differenz von Raddrehmomenten (MR1, MR2) am Antriebsstrang nach Maßgabe einer Information über eine eingelegte Gangstufe eingestellt werden.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung des Motordrehmoments (MM) über eine Motorschnittstelle beispielsweise durch E-Gas, Einspritzausblendung oder Zündwinkelverstellung am Motor erfolgen.

8. System zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Radsensoren (10, 12) für jeweilige Fahrzeugräder Signale (S1, S2) einer Auswerteeinheit (20) zuführen, die aus den Signalen (S1, S2) Raddrehmomente (MR1, MR2) ermittelt und diese einer Erkennungseinheit (30) zuführt, die eine Untersuchung auf eine jeweilige Fahrsituation durchführt und eine Begrenzungseinheit (40) aktiviert, wenn in der Erkennungseinheit (30) festgestellt worden ist, daß eine Begrenzung nötig ist.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungseinheit (40) eine Motorschnittstelle aufweist.