DE10133023B4

DE10133023B4 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges in Ausnahmesituationen

Info

Publication number: DE10133023B4
Application number: DE10133023A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dipl.-Ing. Dr. Hasewend
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2021-07-12
Also published as: AT4537U1; DE10133023A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges in Ausnahmesituationen, insbesondere während der Anfahrphase bei ungenügender Bodenhaftung der Räder, wobei die Fahrzeugmasse in einen Resonanzschwingungszustand mit zur Bewältigung der Ausnahmesituation ausreichenden Schwingungsamplituden versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
– Rad-Drehzahl-Sensoren und eine elektronische Steuereinheit bereitgestellt werden,
– bei Vorliegen eines Ausnahmezustandes über die elektronische Steuereinheit ein vordefinierter Ausnahmebetriebsmodus gestartet wird, welcher vorsieht, dass die Fahrzeugmasse selbsttätig in einen zur Bewältigung der Ausnahmesituation geeigneten Resonanzschwingungszustand versetzt wird,
– der Ausnahmebetriebsmodus über die Sensoren überwacht wird und
– bei Überwindung der Ausnahmesituation der Ausnahmebetriebsmodus beendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges in Ausnahmesituationen, insbesondere während der Anfahrphase bei ungenügender Bodenhaftung der Räder, wobei die Fahrzeugmasse in einen Resonanzschwingungszustand mit zur Bewältigung der Ausnahmesituation ausreichenden Schwingungsamplituden versetzt wird.
Bekannterweise kann es bei Kraftfahrzeugen infolge ungünstiger Straßen- bzw. Untergrundverhältnissen zu Situationen kommen, in welchen ein Anfahren nur mit technischen Hilfsmitteln oder mit außergewöhnlichen Fahrmanövern möglich ist. Beispielsweise gelingt es kundigen Fahrern sehr oft, ihr steckengebliebenes Fahrzeug durch ein sogenanntes "Freiwippen" wieder flott zu machen. Die Ausgangssituation dabei ist die, dass ein oder mehrere Räder so tief in einen weichen Untergrund eingegraben sind, dass weitere Versuche sich zu befreien nur zu einem noch tieferen Eingraben führen. Kennzeichnend für die Situation ist meist, dass die Fahrbahnneigung nicht das Problem für das Vorwärtskommen darstellt. Somit wäre bereits wenige Meter weiter die Möglichkeit für problemloses Fortkommen gegeben.
Der geübte Fahrer versteht es nun, das Fahrzeug durch ein sehr geringes und schwellend aufgebrachtes Anfahrmoment in eine Längsschwingung zu versetzen. Der für eine Schwingung kennzeichnende fortwährende Austausch von kinetischer und potentieller Energie geschieht durch die Mulde, die sich unter den Rädern gebildet hat. Dabei wird das Fahrzeug ganz geringfügig angehoben (potentielle Energie) bis die Antriebskraft der Antriebsräder erschöpft ist, um dann wieder in die Mulde zurückzurollen (kinetische Energie). Dies führt durch die Erhöhung der Schwingungsamplitude durch die aus dem Antriebsmoment zugeführte Energie letztlich zum Überklettern der Hürde. Verantwortlich ist dabei nicht mehr die sehr geringe Längskraft an den Antriebsrädern, sondern nur die hohe Massenkraft der translatorisch bewegten Fahrzeugmasse. Der Fahrer hat hier bewusst eine Resonanzerscheinung des Antriebssystems ausgenützt, um sein Ziel zu erreichen. Allerdings wird dieses Manöver nur von geübten Fahrern beherrscht und ist bei Fahrzeugen mit automatischen Getrieben schwierig anzuwenden.
Aus der DE 100 60 346 A1 ist es bekannt, das Antischlupfsystem während des manuellen „Freiwippens" durch den Fahrer abzuschalten bzw. die Schlupfschwellen des Antischlupfsystems anzuheben, um einen erhöhten Vortrieb zu erhalten.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit welchem Ausnahmesituationen insbesondere während der Anfahrphase unabhängig vom Geschick des Fahrers bewältigt werden können.
Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, dass

– Rad-Drehzahl-Sensoren und eine elektronische Steuereinheit bereitgestellt werden,
– bei Vorliegen eines Ausnahmezustandes über die elektronische Steuereinheit ein vordefinierter Ausnahmebetriebsmodus gestartet wird, welcher vorsieht, dass die Fahrzeugmasse selbsttätig in einen zur Bewältigung der Ausnahmesituation geeigneten Resonanzschwingungszustand versetzt wird,
– der Ausnahmebetriebsmodus über die Sensoren überwacht wird und
– bei Überwindung der Ausnahmesituation der Ausnahmebetriebsmodus beendet wird.

In höher dynamischen mechanischen Systemen stellen die Massenkräfte üblicherweise die betragsmäßig bei weitem größten Kräfte dar. In Fahrzeugantriebssträngen macht sich diese Tatsache durch verschiedene Erscheinungen, wie etwa Antriebsstrangschwingungen, Anfahr- und Schaltrucken, aber auch durch unerwünschte Aufschaukelbewegungen in Fahrzeughochrichtung bemerkbar. Diese Effekte sind für den Fahrer bzw. Mitfahrende meist unangenehm und auch für die betroffenen Bauteile mit hohen Belastungen verbunden. Daher wird in der Abstimmung der Aggregatlager und der Steifigkeiten bzw. Dämpfungen der Bauteile, sowie durch die Möglichkeiten in der Steuergeräteapplikation versucht, diese Effekte weitestgehend zu unterdrücken. Der erfindungsgemäße Vorschlag befasst sich nun aber genau damit, dass die Effekte, die ein "schlecht" abgestimmtes Fahrzeug aufweist, an anderer Stelle bewusst nutzbar sind. Mittels der in moderneren Fahrzeugen großteils vorhandenen Sensorik bzw. Aktuatorik für die automatische Schlupfregelung und für die Regelung bei Antiblockiersystemen kann ein selbstständiges Freiwippen des Fahrzeuges etwa dadurch erreicht werden, dass im Falle, dass der Ausnahmezustand als ein Festsitzen zumindest eines Rades in einer muldenartigen Bodenvertiefung definiert wird, ein erster Ausnahmebetriebsmodus gestartet wird, welcher durch wiederholtes kurzzeitiges Aufbringen eines Antriebsmomentes durch das Antriebsaggregat oder ein Zusatzantriebsaggregat des Kraftfahrzeuges die Fahrzeugmasse in einen Resonanzschwingungszustand in Längsrichtung versetzt. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Größe dieses Antriebsmomentes so geregelt wird, dass ein Durchrutschen des festsitzenden Rades vermieden wird und das Antriebsmoment solange aufgebracht wird, bis über die Sensoren keine relative Längsbewegung des Fahrzeuges festgestellt wird, so dass durch Wegschalten des Antriebsmomentes eine Fahrzeuglängsbewegung in Gegenrichtung initiiert wird. In weiterer Folge ist zur Überwindung der Ausnahmesituation vorgesehen, dass bei Beendigung und Stillstand der in Gegenrichtung erfolgenden Fahrzeuglängsbewegung wieder das Antriebsmoment zugeschaltet wird.
Denkbar ist auch, dass sowohl bei der Vorwärtsbewegung, als auch bei der Rückwärtsbewegung des Rades Antriebsenergie in der entsprechenden Richtung aufgebracht wird, also dass nach Abschalten des Antriebsmomentes bei Stillstand der Längsbewegung ein in Gegenrichtung wirkendes Gegenmoment aufgebracht wird.
Die Erkennung und Definition des Ausnahmezustandes kann dabei entweder manuell durch den Fahrer oder automatisch durch eine Auswerteeinheit erfolgen.
Bei Fahrzeugen mit automatischem Getriebe wählt der Fahrzeuglenker beispielsweise den Fahrmodus "Freiwippen" aus und steuert dann durch das Fahrpedal lediglich die maximale Antriebskraft bzw. durch Einlegen des Wählhebels deren Richtung (vorwärts/rückwärts). Wenn sich das Fahrzeug dann geringfügig in Bewegung setzt, überwacht eine Regelung, dass das Antriebsmoment nur solange wirkt, bis die Sensoren ein drohendes Durchrutschen der Räder melden, bzw. die nichtangetriebenen Räder zum Stillstand gekommen sind. Dann wird, obwohl der Fahrer seinen Fahrwunsch unverändert beibehält, die Motormomentwirkung unterbrochen und das Fahrzeug rollt zurück. Dabei wird das Fahrzeug durch die Massenkraftwirkung auf der Gegenseite der Mulde ein Stück hochklettern und dann dort zum Stillstand kommen. Dies melden die Drehzahlsensoren und geben das Signal für das Wiedereinsetzen des Motormomentes an die elektronische Steuereinheit weiter. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis das Fahrzeug aus der Mulde freigekommen ist.
Trotz des dort höheren technischen Aufwandes ist das Verfahren prinzipiell auch für Fahrzeuge mit vom Fahrer zu bedienender Anfahrkupplung geeignet.
Das Antriebsmoment kann durch die Brennkraftmaschine, aber auch durch elektrische Zusatzantriebsaggregate, beispielsweise Hybrid- bzw. Starter-Generatorsysteme, die für die Erzeugung der geringen Anregungsmomente verwendet werden können, aufgebracht werden.
Durch Erzeugen eines Resonanzschwingungszustandes der Fahrzeugmasse kann aber auch die Traktion des Fahrzeuges auf rutschigem Untergrund gesteigert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht dabei vor, dass im Falle, dass die Ausnahmesituation als ein Durchrutschen zumindest eines Rades auf glattem Untergrund definiert wird, ein zweiter Ausnahmebetriebsmodus gestartet wird, welcher durch wiederholtes Aufbringen von in Hochrichtung wirkenden Kräften die Fahrzeugmasse in einen Resonanzschwingungszustand in Hochrichtung ver setzt. Besonders in Situationen, bei denen das Fahrzeug dem Zurückrutschen viel höhere Kräfte entgegensetzt, als es zur Vorwärtsbewegung auf den Boden bringen kann, ist das erfindungsgemäße Verfahren geeignet. Für derartige Situationen sind geringere Antriebskräfte als Bremskräfte durch unvollkommene Antriebsmomentverteilung sowie plastisch verformbare Fahrbahnen (Schnee, Schotter, Lehm, etc.), verantwortlich. Wenn diese Voraussetzungen gegeben sind, dann lässt sich durch ein gezieltes Aufschaukeln des Fahrzeugaufbaues über der Antriebsachse in Hochrichtung erreichen, dass die Aufstandskraft abwechselnd erhöht bzw. vermindert wird. Für das Aufschaukeln können zum Beispiel auch pneumatische oder hydropneumatische Fahrwerkskomponenten verwendet werden. Durch den geringen Energiebedarf sind auch elektrische Zusatzkomponenten denkbar, wobei allerdings Dämpfer abgeschaltet werden sollten.
Ziel schwellender Aufstandskräfte an den Antriebsrädern ist es, immer dann wenn die Kräfte hoch sind, auch die Antriebskraft einsetzen zu lassen. Da die übertragbare Längskraft der Aufstandskraft näherungsweise proportional ist, steigert man damit die Traktionsfähigkeit erheblich. Sobald die Aufstandskraft wieder absinkt, wird das Moment zurückgenommen und das Fahrzeug wird wieder langsamer bzw. kommt zum Stillstand und wird festgebremst. Durch die unterschiedliche Situation für Vorwärtsbewegung und Zurückrutschen wird aber verhindert, dass das Fahrzeug wieder in die Ausgangslage zurückfällt. Zur Überwindung von traktionsbedingten Ausnahmesituationen ist somit im Rahmen dieser Erfindung vorgesehen, dass auf das durchrutschende Antriebsrad ein Antriebsmoment als Funktion der Zu- und Abnahme der Aufstandskräfte aufgrund der Massenschwingung in Hochrichtung aufgebracht bzw. vermindert wird.
Durch die Verwendung der Sensorik und Aktuatorik aus der Technik der Antiblockiersysteme und der Antischlupfregelung sind in Fahrzeugen, in denen diese Systeme bereits vorhanden sind, keine zusätzlichen Komponenten erforderlich. Die Sensorik aus ABS/ASR wird nur für diese Ausnahmesituation einer Zusatzverwendung zugeführt, wodurch sich für bestehende Hardware eine kostengünstige weitere Funktion ergibt.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges in Ausnahmesituationen, insbesondere während der Anfahrphase bei ungenügender Bodenhaftung der Räder, wobei die Fahrzeugmasse in einen Resonanzschwingungszustand mit zur Bewältigung der Ausnahmesituation ausreichenden Schwingungsamplituden versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – Rad-Drehzahl-Sensoren und eine elektronische Steuereinheit bereitgestellt werden, – bei Vorliegen eines Ausnahmezustandes über die elektronische Steuereinheit ein vordefinierter Ausnahmebetriebsmodus gestartet wird, welcher vorsieht, dass die Fahrzeugmasse selbsttätig in einen zur Bewältigung der Ausnahmesituation geeigneten Resonanzschwingungszustand versetzt wird, – der Ausnahmebetriebsmodus über die Sensoren überwacht wird und – bei Überwindung der Ausnahmesituation der Ausnahmebetriebsmodus beendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle, dass der Ausnahmezustand als ein Festsitzen zumindest eines Rades in einer muldenartigen Bodenvertiefung definiert wird, ein erster Ausnahmebetriebsmodus gestartet wird, welcher durch wiederholtes kurzzeitiges Aufbringen eines Antriebsmomentes durch das Antriebsaggregat oder ein Hilfsantriebsaggregat des Kraftfahrzeuges die Fahrzeugmasse in einen Resonanzschwingungszustand in Längsrichtung versetzt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe dieses Antriebsmomentes so geregelt wird, dass ein Durchrutschen des festsitzenden Rades vermieden wird und das Antriebsmoment solange aufgebracht wird, bis über die Sensoren keine relative Längsbewegung des Fahrzeuges festgestellt wird, so dass durch Wegschalten des Antriebsmomentes eine Fahrzeuglängsbewegung in Gegenrichtung initiiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach Abschalten des Antriebsmomentes bei Stillstand der Längsbewegung ein in Gegenrichtung wirkendes Gegenmoment aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Beendigung und Stillstand der in Gegenrichtung erfolgten Fahrzeuglängsbewegung wieder das Antriebsmoment zugeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle, dass die Ausnahmesituation als ein Durchrutschen zumindest eines Rades auf glattem Untergrund definiert wird, ein zweiter Ausnahmebetriebsmodus gestartet wird, welcher durch wiederholtes Aufbringen von in Hochrichtung wirkenden Kräften die Fahrzeugmasse in einen Resonanzschwingungszustand in Hochrichtung versetzt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingung in Hochrichtung durch abwechselndes Aktivieren und Deaktivieren von pneumatischen oder hydropneumatischen Fahrwerkskomponenten, oder durch elektrische Zusatzschwingungskomponenten initiiert wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf das durchrutschende Antriebsrad ein Antriebsmoment als Funktion der Zu- und Abnahme der Aufstandskraft aufgrund der Massenschwingung in Hochrichtung aufgebracht bzw. vermindert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Definition des Ausnahmezustandes manuell durch den Fahrzeuglenker durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit zur Erkennung des Ausnahmezustandes bereitgestellt wird und die Definition des Ausnahmezustandes automatisch durch die Auswerteeinheit aufgrund der Sensormeldungen der Rad-Drehzahl-Sensoren durchgeführt wird.