DE102004021374A1

DE102004021374A1 - Traktionsregler mit Vorsteuereinrichtung

Info

Publication number: DE102004021374A1
Application number: DE102004021374A
Authority: DE
Inventors: Andreas Erban
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2024-05-01
Also published as: DE102004021374B4; US20050242663A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Traktionsregelung der angetriebenen Räder (7) eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Integrationsregler (2), der in Abhängigkeit von einer Regelabweichung (DELTAv) eine Stellgröße (M¶I¶) für ein Stellglied (6) erzeugt. die Traktion des Fahrzeugs kann insbesondere bei Geländefahrten wesentlich verbessert werden, wenn die Traktionsregelung eine Vorsteuereinrichtung (4) umfasst, die in Abhängigkeit von einer Fahrbahnuntergrund-Information (Fw) einen Vorsteuerwert (M¶vor¶) erzeugt, der dem Integrationsregler (2) als Startwert der Regelung zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Traktionsregelung der angetriebenen Räder eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein entsprechendes Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.

Traktionsregelsysteme dienen dazu, den Vortrieb eines Fahrzeugs, insbesondere auf glatten oder rauhen Fahrbahnuntergründen zu verbessern. Derartige Systeme umfassen üblicherweise ein Steuergerät mit einem Traktions-Regelalgorithmus, eine Sensorik zur Aufnahme verschiedener Fahrzustandsgrößen, wie z.B. der Raddrehzahlen, und ein elektromechanisches Bremssystem zur Durchführung eines Regeleingriffs. Die Regelgröße ist üblicherweise eine Radgeschwindigkeit oder ein Radschlupf.

Bei Fahrten auf einer glatten Fahrbahn oder im Gelände kommt es häufig vor, dass einzelne Räder des Fahrzeugs zu stark durchdrehen. Tritt an einem angetriebenen Rad ein zu hoher Antriebsschlupf auf, greift das Traktionsregelsystem durch entsprechende Betätigung der zugehörigen Radbremse in den Fahrbetrieb ein, um die Traktion zu erhalten. Das Antriebsmoment des Fahrzeugmotors wird dadurch auf ein anderes Rad mit höherem Antriebspotential umgeleitet. Somit kann der Vortrieb des Fahrzeugs verbessert werden.

Der Regelalgorithmus des Traktionsreglers ist üblicherweise als Kompromiss zwischen möglichst maximalem Vortrieb (schnelles Ausregeln des Radschlupfes) und maximalem Komfort (langsames Ausregeln des Radschlupfes) ausgelegt. Ein maximaler Vortrieb wird durch möglichst schnelles Ausregeln der Regelabweichung erreicht. Dies geht jedoch zu Lasten des Fahrkomforts, da ein schneller und starker Regeleingriff ein ruckartiges Fahrverhalten zur Folge hat. Der Gradient des Bremsmomentenaufbaus wird daher aus Komfortgründen üblicherweise begrenzt, jedoch wiederum zu Lasten der Traktion.

Gerade bei Fahrten im Gelände (Offroad) ist eine komfortlastige Einstellung des Traktionsreglers besonders nachteilig, da das Fahrzeug z.B. im steilen oder rauhen Gelände eine maximale Traktion benötigt, um nicht stehen zu bleiben.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Traktionsregelsystem in Abhängigkeit vom Fahrbahnuntergrund in Bezug auf Fahrkomfort und Traktion hin zu optimieren.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 sowie im Patentanspruch 7 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, das Regelverhalten eines Integrationsreglers des Traktionsregelsystems an den Fahrbahnuntergrund anzupassen. Zu diesem Zweck umfasst das System eine Vorsteuereinrichtung, die in Abhängigkeit von einer Information über den Fahrbahnuntergrund einen Vorsteuerwert erzeugt, der dem Integrationsregler als Startwert der Regelung zugeführt wird. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass der Integrationsregler nicht, wie in herkömmlicher Weise, von einem Startwert "Null" aufintegrieren muss, sondern bei einem höheren Startwert beginnen kann und somit der Arbeitspunkt (an dem die Regelabweichung zu Null wird) wesentlich schneller erreicht wird.

Unter der Bezeichnung "Integrationsregler" wird dabei nicht nur ein Regelalgorithmus verstanden, der eine mathematische Integration durchführt, sondern auch derartige Regelalgorithmen, die eine stetig oder stufenartig steigende Reglerausgangsgröße erzeugen, wie z.B. Regler mit einer Zähler-, Stufen- oder Rampenfunktion.

Neben der Anpassung des Startwertes der Regelung kann z.B. auch eine andere Reglergröße, wie z.B. die Regelverstärkung, ein Reglerparameter oder eine Sollgröße an den Fahrbahnuntergrund angepasst werden. Dies gilt sowohl für den Integrationsregler als auch für einen anderen Regleranteil des Traktionsreglers, wie z.B. einen P-Regler. So kann z.B. auch die Reglerverstärkung des P-Reglers in Abhängigkeit von der Fahrbahnuntergrund-Information eingestellt werden. Bei Fahrten im Gelände ist es dadurch z.B. möglich, ein stark schlupfendes (z.B. vom Boden abgehobenes) Rad sehr schnell wieder einzufangen und das Antriebsmoment zu Gunsten der Traktion auf ein anderes angetriebenes Rad umzuleiten.

Als „Fahrbahnuntergrund-Information" ist hier jede Information zu verstehen, die einen Hinweis auf den aktuellen Fahrbahnuntergrund gibt. Der aktuelle Fahrbahnuntergrund kann beispielsweise mittels einer Sensorik gemessen oder aus verschiedenen Fahrzustandsgrößen geschätzt werden. Einen Hinweis auf den Fahrbahnuntergrund gibt beispielsweise der sogenannte Fahrwiderstand des Fahrzeugs, der z.B. aus dem Verhältnis zwischen dem Antriebsmoment des Fahrzeugmotors und der tatsächlich umgesetzten Beschleunigung gebildet ist. Dieser Wert wird vorzugsweise der Vorsteuereinrichtung zugeführt, die dann einen zugehörigen Vorsteuerwert (Startwert) berechnet und somit das Regelverhalten des Traktionsreglers an den Fahrbahnuntergrund anpasst.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist der Vorsteuerwert eine Funktion des Antriebsmoments am Antriebsstrang bzw. einer hierzu proportionalen Größe. Dadurch kann bei hohen Antriebsmomenten, die auf ein besonders schwieriges Gelände hinweisen, der Vorsteuerwert entsprechend erhöht werden. Ein stark schlupfendes (vom Boden abgehobenes) Rad wird somit schnell wieder eingefangen.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Vorsteuerwert vorzugsweise eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit oder einer hierzu proportionalen Größe, wie z.B. einer Radgeschwindigkeit. Die Anpassung des Regelverhaltens kann somit auf bestimmte Geschwindigkeitsbereiche beschränkt werden und z.B. nur in einem unteren Geschwindigkeitsbereich, z.B. zwischen 0m/s und 3m/s durchgeführt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Vorsteuerwert auch eine Funktion der Motordrehzahl oder einer hierzu proportionalen Größe. Bei einer Fahrt mit niedrigen Motordrehzahlen ist zu berücksichtigen, dass ein automatischer Bremseneingriff nicht zu stark durchgeführt wird, da der Fahrzeugmotor sonst abgewürgt werden kann. Der Vorsteuerwert bei niedrigen Motordrehzahlen ist daher vorzugsweise kleiner als bei hohen Motordrehzahlen.

Eine weitere Verbesserung der Traktion bei Fahrten im Gelände oder auf einseitig glatten Untergründen (μ-Split) lässt sich erzielen, wenn das Verhalten eines Rades, insbesondere der Verlauf der Raddrehzahl, während einer Traktionsregelung analysiert und in Abhängigkeit davon der Vorsteuerwert für den Regeleingriff an einem anderen Rad ermittelt wird. Die Traktionsregelung lernt aus dem Schlupfverhalten des einen Rades die Hafteigenschaften des Untergrunds und kann somit das zukünftige Schlupfverhalten eines andern Rades zumindest qualitativ vorhersehen. Je nachdem, wie stark der Antriebsschlupf des ersten Rades ist, kann ein anderes Rad, auf das das Antriebsmoment (Sperrmoment) durch den Bremseneingriff übertragen wird, stärker oder schwächer geregelt werden, d.h. ein höherer oder niedrigerer Vorsteuerwert eingestellt werden. Dies soll an folgendem Beispiel verdeutlicht werden:
Beim Anfahren auf einem einseitig glatten Untergrund (μ-Split) mit einem allradangetriebenen Fahrzeug geht z.B. zunächst das eine Hinterrad in hohen Antriebsschlupf. Sobald das Hinterrad aktiv gebremst wird, erhöht sich das Antriebsmoment am entsprechenden Vorderrad, dass daraufhin ebenfalls in Antriebsschlupf gerät. Der Vorsteuerwert für den Integrationsregler des Vorderrades kann nun basierend auf dem Schlupfverhalten des Hinterrades eingestellt werden und z.B. ein höherer Vorsteuerwert eingestellt werden, wenn das Hinterrad sehr starken Antriebsschlupf gezeigt hatte.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Blockdarstellung eines Traktionsreglers mit einer Vorsteuereinrichtung; und
2a den Verlauf einer Regelabweichung mit und ohne Vorsteuerung; und
2b den Verlauf einer Stellgröße mit und ohne Vorsteuerung.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Traktionsregelsystems mit einem Traktionsregler 1, der z.B. als Software in einem Steuergerät hinterlegt ist, einer Sensorik 5 zur Erfassung verschiedener Fahr-Zustandsgrößen, und einem aktiven Bremssystem 6 als Stellglied der Regelung. Der Regler 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel als PI-Regler realisiert und umfasst einen I-Regler 2 (Integrationsregler) und einen P-Regler 3 (Proportionalregler). Der Regelalgorithmus 2,3 ist üblicherweise für jedes angetriebene Rad 7 vorgesehen.
Gerät ein Rad 7 in Antriebsschlupf und überschreitet die Regelabweichung Δv einen vorgegebenen Schwellenwert, erzeugt der Regler 1 eine Stellgröße M, wie z.B. ein Bremsmoment, das in einen entsprechenden Bremsdruck umgerechnet wird, der vom Bremssystem 6 ausgeübt wird, um das schlupfende Rad 7 wieder einzufangen.
Gerade bei Fahrten im Gelände ist es wichtig, dass das Antriebsmoment möglichst schnell auf andere Räder mit mehr Vortriebspotential umgeleitet wird, d.h. möglichst schnell ein möglichst hohes Sperrmoment aufgebaut wird. Die Integrationsverstärkung des Integrationsreglers 2 und die Verstärkung des Proportionalreglers 3 können aus Stabilitätsgründen des geschlossenen Regelkreises nicht beliebig stark erhöht werden. Somit vergeht immer einige Zeit, bis am schlupfenden Rad ein ausreichend Bremsmoment aufgebaut ist. Während dieser Zeit kommt es jedoch zu einem Traktionseinbruch und im schlimmsten Fall zum Stehenbleiben des Fahrzeugs, was insbesondere bei Fahrten im Gelände von Nachteil ist.
Um dies zu vermeiden, umfasst das Traktionsregelsystem eine Vorsteuereinrichtung 4, die einen „Vorsteuerwert" M_vor erzeugt, der dem Integrationsregler 2 als Startwert zugeführt wird. Der Integrationsregler 2 integriert somit nicht mehr von einem Startwert gleich "Null", sondern, je nach Fahrbahnuntergrund, von einem höheren Wert, so dass der Arbeitspunkt wesentlich schneller erreicht werden kann und somit das erforderliche Bremsmoment wesentlich schneller aufgebaut wird.
Der eingestellte Vorsteuerwert M_vor ist abhängig vom Fahrbahnuntergrund, der hier über den sogenannten Fahrwiderstand Fw in die Berechnung des Vorsteuerwerts eingeht. Der Fahrwiderstand Fw ergibt sich aus dem Verhältnis zwischen dem ausgeübten Antriebsmoment (oder einer proportionalen Größe) und der damit umgesetzten Beschleunigung des Fahrzeugs, und ist somit ein Maß für den Fahrbahnuntergrund. Bei einer Fahrt im Sand wird die Fahrzeugbeschleunigung beispielsweise wesentlich geringer sein als bei einer Fahrt auf Asphalt.
Die Vorsteuereinrichtung 4 erhält neben dem Fahrwiderstand Fw auch das Antriebsmoment M_A als Eingangsgröße. Dadurch kann der Vorsteuerwert M_vor auch an unterschiedliche Antriebsmomente M_A angepasst und z.B. bei einem hohen Antriebsmoment M_A ein höherer Vorsteuerwert M_vor erzeugt werden als bei einem niedrigeren Antriebsmoment M_A.
Der Vorsteuerwert M_vor ist darüber hinaus eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit vFz. Dadurch kann die Anpassung des Integrationsreglers 2 auf vorgegebene Geschwindigkeitsbereiche, wie z.B. die Anfahrphase des Fahrzeugs, beschränkt werden.
Die Motordrehzahl n_Mot bildet eine weitere optionale Eingangsgröße der Vorsteuereinrichtung 4. Die Berechnung des Vorsteuerwerts M_vor kann dadurch in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n_Mot erfolgen. Bei Fahrzeugen ohne Getriebeautomat kann somit z.B. eine Mindest-Motordrehzahl vorgesehen sein, die der Motor überschreiten muß, damit überhaupt ein Vorsteuerwert M_vor ausgegeben wird. Bei sehr niedrigen Drehzahlen erfolgt vorzugsweise keine Anpassung des I-Reglers 2, um den Verbrennungsmotor nicht ungewollt abzuwürgen.
Die Eingangsgrößen der Vorsteuereinrichtung 4 sind bis auf den Fahrwiderstand Fw alle optional.
2a zeigt den Verlauf der Regelgröße dv (Differenz-Radgeschwindigkeit) während einer Regelung mit und ohne Vorsteuerung. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 10 den Verlauf ohne Vorsteuerung und das Bezugszeichen 11 den Verlauf mit Vorsteuerung. Die beiden Kurven 10, 11 zeigen, dass das betrachtete Rad 7 zunächst Schlupf aufbaut, bis zum Zeitpunkt t0 eine Anregelschwelle überschritten wird, was einen Regeleingriff durch das Bremssystem 6 auslöst. Der Schlupf erreicht anschließend einen Maximalwert und wird danach wieder abgebaut. Wie zu erkennen ist, ist der maximale Schlupf ohne Vorsteuerung (10) wesentlich höher als mit Vorsteuerung (11). Das Rad 7 wird außerdem wesentlich schneller wieder eingefangen als ohne Schlupf (Kurve 10).
2b zeigt die Reglerausgangsgröße M_I des I-Reglers 2. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 12 den Verlauf der Reglerausgangsgröße M_I ohne und das Bezugszeichen 13 den Verlauf der Reglerausgangsgröße mit Vorsteuerung. Bei der Regelung ohne Vorsteuerung (Kurve 12) integriert der I-Regler 2 ausgehend vom Startwert "Null". Die Ausgangsgröße M_I steigt dabei rampenartig mit einem vorgegebenen Gradienten an, bis der Arbeitspunkt erreicht ist.
Bei einer Regelung mit Vorsteuerung wird dagegen zu Beginn der Regelung ein Vorsteuerwert M_vor erzeugt, der dem I-Regler 2 als Startwert zugeführt wird. Der I-Regler 2 benötigt daher wesentlich weniger Zeit bis zum Erreichen des Arbeitspunktes. Dadurch wird das schlupfende Rad 7 wesentlich schneller wieder eingefangen.
Neben der Anpassung des Startwertes des I-Reglers 2 können auch andere Reglerparameter in Abhängigkeit vom Fahrbahnuntergrund variiert werden. So kann z.B. eine Reglerverstärkung, d.h. der Gradient des Bremsmomentenaufbaus, ein Parameter des Regelalgorithmus oder eine beliebige andere Reglergröße in Abhängigkeit vom Fahrbahnuntergrund variiert werden. Dies gilt sowohl für den I- als auch für den P-Regler. Die Traktionsregelung kann somit je nach Wunsch an den Fahrbahnuntergrund angepasst werden.

Claims

Vorrichtung zur Traktionsregelung der angetriebenen Räder (7) eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Regler (2), der in Abhängigkeit von einer Regelabweichung (Δv) eine Stellgröße (M_I) für ein Stellglied (6) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorsteuereinrichtung (4) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von einer Fahrbahnuntergrund-Information einen Vorsteuerwert (M_vor) erzeugt, der dem Regler (2) als Startwert der Regelung zugeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler ein Integrationsregler (2) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsteuerwert (M_vor) eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit (V_Fz) oder einer proportionalen Größe ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsteuerwert (M_vor) eine Funktion der Motordrehzahl (n_Mot) oder einer proportionalen Größe ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler ein PI-Regler ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, die eine Information über die Raddrehzahl eines Rades (7) während einer Traktionsregelung ermittelt und an die Vorsteuereinheit (4) weitergibt, die einen Vorsteuerwert (M_vor) für ein anderes Rad (7) in Abhängigkeit von dieser Information erzeugt.
Verfahren zur Traktionsregelung der angetriebenen Räder eines Kraftfahrzeugs, bei dem mittels eines Reglers (2) in Abhängigkeit von einer Regelabweichung (Δv) einer radspezifischen Kenngröße (n,λ) eine Stellgröße (M_I) für ein Stellglied (6) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fahrbahnuntergrund-Information (Fw) erzeugt und an eine Vorsteuereinrichtung (4) übertragen wird, die in Abhängigkeit von der zugeführten Information einen Vorsteuerwert (M_vor) ermittelt, der dem Regler (2) als Startwert der Regelung zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsteuerwert (M_vor) eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit (vFz) oder einer proportionalen Größe ist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsteuerwert (M_vor) eine Funktion der Motordrehzahl (n_Mot) oder einer proportionalen Größe ist.