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HINTERGRUND
UND ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG
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Zu
einigen der schwierigsten Aufgaben von gängigen Antriebsschlupfregelungen
zählen
Situationen, in denen ein Fahrzeug in (tiefem) Schnee oder Schlamm
oder auf einer möglicherweise
vereisten Straße
und/oder einer Straße
mit Steigung „stecken bleibt".
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Ein
Vorgehen bei der Antriebsschlupfregelung eines Fahrzeugs unter bewegungslosen
Bedingungen wird in U.S. 5,265,693 beschrieben. In diesem Beispiel
kann größerer Schlupf
verwendet werden, wenn das Steuergerät ein bewegungsloses (stecken
gebliebenes) Fahrzeug erfasst. Bei einem anderen Vorgehen (
US 5,735,362 ) nutzt das
Steuergerät
eine Kombination aus einer gesteuerten Anhebung des Zielradschlupfs
und Folgephasen, was die Antriebskraft und das Drehmoment auf die
Räder reduziert.
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Die
Erfinder dieser Anmeldung haben aber bei diesen Vorgehen mögliche Probleme
ausgemacht. Die Verwendung eines größeren Schlupfs allein kann
zum Beispiel konkret bewirken, dass sich das Fahrzeug stärker festfrisst,
und kann die Fähigkeit
des Bedieners mindern, das Fahrzeug zu bewegen. Bei fortbestehendem
Eingreifen der Antriebsschlupfregelung, die das Fahrzeug unter Umständen immer
noch nicht bewegt, kann der Fahrer eventuell so frustriert werden,
dass er die Antriebsschlupfregelung abschaltet und versucht, die
Situation ohne aktive Antriebsschlupfregelung zu bewältigen.
Diese Probleme können
zu geringerer Kundenzufriedenheit führen.
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Bei
einem Vorgehen wird ein Verfahren zum Regeln eines Antriebsstrangs
eines Fahrzeugs mit Rädern
beschrieben, wobei das Fahrzeug ein von einem Fahrer betätigtes Pedal
aufweist. Das Verfahren umfasst:
das Erzeugen eines auf die
Räder übertragenen
Antriebsstrang-Drehmoments in einer ersten Beziehung zur Betätigung des
Pedals durch den Fahrer während einer
ersten Bedingung, in der das übertragene
Drehmoment einen Schlupf der Räder
gegenüber
einer Oberfläche
bewirkt;
Außerkraftsetzen
des vom Fahrer aktivierten Antriebsstrang-Drehmoments zur Regelung
des Schlupfs; und
während
einer zweiten Bedingung nach der ersten Bedingung, bei der sich
das Fahrzeug unter einem Schwellwert bewegt, das Erzeugen eines
auf die Räder übertragenen
Antriebsstrang-Drehmoments in einer zweiten Beziehung zur Betätigung des
Pedals durch den Fahrer, wobei bei einer vorbestimmten Pedalstellung
bei der zweiten Beziehung weniger Antriebsstrang-Drehmoment übertragen
wird als bei der ersten Beziehung.
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Wenn
zum Beispiel das Außerkraftsetzen der
fahrerseitigen Betätigung
zur Ausführung
der Antriebsschlupfregelung immer noch zu einem bewegungslosen Zustand
des Fahrzeugs führt,
kann auf diese Weise die Antriebsschlupfregelung dem Fahrer wieder
die Kontrolle übergeben,
aber mit einer feineren Regulierung bei niedrigeren Drehmomenten,
um den Zustand besser zu bewältigen.
In einem Beispiel kann mit anderen Worten das Reaktionsverhalten des
Motors/Antriebsstrangs des Fahrzeugs auf einen eingegebenen Befehl
abgewandelt werden, wenn ein bewegungsloser Zustand erkannt wird,
um dem Fahrer eine feinere Regelung des Antriebsstrang-Drehmoments
zu bieten. Auf diese Weise lässt
sich eine verbesserte Fahrzeugleistung verwirklichen und größere Kundenzufriedenheit
gewinnen.
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Sobald
sich das Fahrzeug ausreichend bewegt, kann in einem Beispiel das
Reaktionsverhalten des Antriebsstrangs des Fahrzeugs wieder zu dem einem
sich bewegenden Fahrzeug entsprechenden Reaktionsverhalten überführt werden.
Dieser Übergang
kann in einem Beispiel allmählich
sein, so dass der Übergang
durch den Fahrer weniger stark wahrgenommen werden kann.
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Zu
beachten ist, dass verschiedene Arten von Beziehungen verwendet
werden können,
z.B. linear oder nicht linear. Ferner können die Beziehungen eine Funktion
verschiedener anderer Parameter sein, beispielsweise von Getriebeschaltzustand, Temperatur
oder anderes.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1–2 sind
Blockdiagramme eines Fahrzeugantriebsstrangs und eines Motors;
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3 ist
ein detailliertes Flussdiagramm verschiedener Schritte;
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4 ist
ein detailliertes Übergangsflussdiagramm
verschiedener Schritte;
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5 ist
eine graphische Darstellung, die Beziehungen zwischen der Pedalbetätigung und dem
Drehmoment veranschaulicht; und
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6 zeigt eine beispielhafte vorausgesagte Reaktion
der Regelung.
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EINGEHENDE
BESCHREIBUNG
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Antriebsschlupfregelungen
können
zur Anpassung der Antriebsstrang-Leistung genutzt werden, um den
Fahrzeugbetrieb in Situationen zu verbessern, die zu einer verminderten
Traktion zwischen einem Fahrzeugrad und der Fahrbahn führen können. Wie
vorstehend erwähnt
kann eine Situation mit einem bewegungslosen Fahrzeug besonders
problematisch sein, wenn selbst das Begrenzen der Antriebsstrang-Leistung
und das Regeln des Radschlupfs unter Umständen nicht zu einer wesentlichen
Bewegung des Fahrzeugs führen.
Die folgende Offenbarung befasst sich mit einer solchen Situation sowie
mit anderen.
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Unter
Bezug auf 1 wird ein beispielhafter Antriebsstrang
eines Fahrzeugs gezeigt. Im Einzelnen wird eine Brennkraftmaschine 10,
die hier unter besonderem Bezug auf 2 näher beschrieben wird, über eine
Kurbelwelle 13 mit einem Drehmomentwandler 11 gekoppelt
gezeigt. Der Drehmomentwandler 11 kann auch über eine
Getriebeantriebswelle 17 mit einem Getriebe 15 gekoppelt
sein. Der Drehmomentwandler 11 kann eine (in den 20–23) beschriebene Bypass-Kupplung aufweisen, die eingerückt, ausgerückt oder
teilweise eingerückt
sein kann. Wenn die Kupplung entweder ausgerückt oder teilweise eingerückt ist,
sagt man, dass sich der Drehmomentwandler in einem nicht gesperrten
Zustand befindet. Dieses Beispiel zeigt zwar ein Automatikgetriebe
mit einem Drehmomentwandler, doch kann auch ein manuelles Getriebe
verwendet oder kein Drehmomentwandler verwendet werden.
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Das
Getriebe 15 kann ein elektronisch gesteuertes Getriebe
mit mehreren wählbaren
einzelnen Übersetzungen
umfassen. Das Getriebe 15 kann auch verschiedene andere
Fahrstufen wie z.B. eine (nicht dargestellte) Achsantriebsübersetzung
umfassen. Das Getriebe 15 ist ferner über eine Achse 21 mit
einem Reifen 19 gekoppelt. Der Reifen 19 bringt das
(nicht dargestellte) Fahrzeug mit der Fahrbahn 23 in Kontakt.
In einer Ausführung
hat das Getriebe 15 die folgenden vom Fahrer wählbaren
Optionen: Parken (P), Rückwärts (R),
Neutral (N), Fahren (D) und Langsam (L). Der Fahrer wählt diese
Stellungen über
einen Getriebehebel.
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Die
Brennkraftmaschine 10 umfasst mehrere Zylinder, wovon in 2 ein
Zylinder gezeigt wird. Das Steuergerät 12 kann zum Steuern
des Motors 10 und bei Bedarf optional des Getriebes 15 verwendet werden.
Alternativ kann ein separates Getriebesteuergerät verwendet werden. Der Motor 10 weist
einen Brennraum 30 sowie Zylinderwände 32 mit einem darin
positionierten und mit der Kurbelwelle 13 verbundenen Kolben 36 auf.
Der Brennraum 30 steht mit dem Ansaugkrümmer 44 und dem Abgaskrümmer 48 jeweils über ein
Einlassventil 52 und ein Auslassventil 54 in Verbindung.
Ein Abgassauerstoffsensor 16 ist mit dem Abgaskrümmer 48 des
Motors 10 stromaufwärts
eines Katalysators 20 gekoppelt.
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Der
Ansaugkrümmer 44 steht
mit einem Drosselklappengehäuse 64 über eine
Drosselklappe 66 in Verbindung. Die Drosselklappe 66 wird
durch einen Elektromotor 67 gesteuert, der ein Signal von einem
Antriebsschlupfregelungstreiber 69 erhält. Der Antriebsschlupfregelungssensor 69 erhält ein Steuersignal
(DC) vom Steuergerät 12.
Der Ansaugkrümmer 44 wird
ferner mit einem damit gekoppelten Kraftstoffeinspritzventil 68 für das Zuführen von
Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des Signals (fwp) des Steuergeräts 12 gekoppelt
gezeigt. Der Kraftstoff wird dem Kraftstoffeinspritzventil 68 durch
eine (nicht dargestellte) herkömmliche
Kraftstoffanlage mit einem Kraftstofftank, einer Kraftstoffpumpe
und einem (nicht dargestellten) Verteilerrohr zugeführt.
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Der
Motor 10 weist weiterhin eine verteilerlose Zündanlage 88 auf,
um dem Brennraum 30 über eine
Zündkerze 92 als
Reaktion auf das Steuergerät 12 einen
Zündfunken
zu liefern. In der hier beschriebenen Ausführung ist das Steuergerät 12 ein
herkömmlicher
Mikrocomputer mit: einer Mikroprozessoreinrichtung 102,
Eingangs-/Ausgangs-Ports 104, einem elektronischen Speicherchip 106,
der in diesem speziellen Beispiel ein elektronisch programmierbarer
Speicher ist, einem Arbeitsspeicher 108 und einem herkömmlichen
Datenbus.
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Der
obige Motor und Antriebsstrang sind ein Beispiel, das eingesetzt
werden kann, es können aber
verschiedene andere Antriebsstränge
verwendet werden. Insbesondere können
die hier beschriebenen Regelungen und Verfahren bei beliebigen mit Rädern ausgestatteten
Fahrzeugen mit einem Drehmoment erzeugenden Antriebsstrang verwendet werden,
bei denen die Traktion ein Problem darstellen kann.
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Das
Steuergerät 12 empfängt neben
den zuvor beschriebenen Signalen von mit dem Motor 10 gekoppelten
Sensoren verschiedene Signale, darunter: Messungen der angesaugten
Luftmasse (MAF) von einem mit dem Drosselklappengehäuse 64 gekoppelten
Luftmassensensors 100; Kühlmitteltemperatur (ECT) von
einem mit einem Kühlmantel 114 gekoppelten
Temperatursensor 112; eine Messung der Drosselklappenstellung
(TP) von einem mit der Drosselklappe 66 gekoppelten Drosselklappenschalter 117;
eine Messung der Turbinendrehzahl (Wt) von einem Turbinendrehzahlsensor 119,
wobei die Turbinendrehzahl die Drehzahl der Welle 17 misst,
und ein Zündungsimpulsgebersignal
(PIP) von einem mit der Kurbelwelle 13 gekoppelten Hallgeber 118,
welches eine Motordrehzahl (N) angibt.
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Weiter
mit 2 wird ein Gaspedal 130 gezeigt, welches
mit dem Fuß 132 des
Fahrers in Verbindung steht. Die Gaspedalstellung (PP) wird durch einen
Pedalstellungssensor 134 gemessen und an das Steuergerät 12 geleitet.
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In
einer alternativen Ausführung,
in welcher keine elektronisch gesteuerte Drosselklappe verwendet
wird, kann ein (nicht dargestelltes) Umleitventil eingebaut werden,
um eine gesteuerte Luftmenge an der Drosselklappe 62 vorbei
zu leiten. In dieser alternativen Ausführung empfängt das (nicht dargestellte) Umleitventil
ein (nicht dargestelltes) Steuersignal von dem Steuergerät 12.
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2 zeigt
zwar einen fremdgezündeten Motor,
es kann aber auch ein Selbstzündungsmotor verwendet
werden. Weiterhin werden die Ventile 52 und 54 zwar
in einem Bespiel nockengetrieben, sie können aber auch elektrisch betätigte Ventile
oder hydraulisch deaktivierbare Ventile sein. Während 2 ferner
einen über
einen Kanal eingespritzten Motor mit Einspritzventil 68 in
einem Ansaugkanal zeigt, können
alternative Motoren verwendet werden, beispielsweise ein direkt
eingespritzter Motor, bei dem das Einspritzventil 68 so
angeschlossen ist, dass es Kraftstoff direkt in den Brennraum 30 spritzt. Weiterhin
können
andere Antriebsstrangsysteme verwendet werden, beispielsweise Hybrid-Elektro, Diesel,
Brennstoffzelle oder andere.
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Unter
Bezug nun auf die 3–4 werden
beispielhafte Routinen für
das Ausführen
der Antriebsschlupfregelung mit verschiedenen Modi abhängig zum
Beispiel von einem Zustand des Fahrzeugs beschrieben. In 3 wird
im Einzelnen eine Routine für
das Erfassen eines bewegungslosen Zustands des Fahrzeugs während des
Antriebsschlupfregelungsbetriebs und dann das Zurückgeben
der Regelung an den Fahrer mit beschränktem Antriebsstrangdrehmoment
(und feinerer Regulierung) durch Abwandeln einer Beziehung zwischen
der Pedalstellung und der geforderten Leistung, beispielsweise einem
Motordrehmoment, beschrieben.
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Unter
Bezug nun auf 3 initialisiert die Routine
bei Schritt 310 verschiedene Flaggen und Zähler, darunter
das Initialisieren der Flagge (SC) und des Zählers (COUNT) auf Null. Dann
geht die Routine weiter zu Schritt 312. Bei Schritt 312 ermittelt die
Routine, ob die Antriebsschlupfregelung aktiviert ist. Wenn die
Antwort auf Schritt 312 Nein lautet, endet die Routine.
Wenn die Antwort auf Schritt 312 Ja lautet, fährt die
Routine mit Schritt 314 fort. Zu beachten ist, dass verschiedene
Parameter verwendet werden können,
um eine Antriebsschlupfregelung zu aktivieren, darunter zum Beispiel:
eine vom Fahrer betätigte
Taste auf einem Instrumententräger,
gemessener Fahrzeugradschlupf der Antriebsräder über einem Schwellwert, Kombinationen
davon oder verschiedene andere.
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Bei
Schritt 314 überwacht
die Routine den Radschlupf der Antriebsräder. Dies kann durch Vergleichen
der gemessenen Drehzahl der Antriebsräder verglichen mit den nicht
angetriebenen Rädern ermittelt
werden. Dann passt die Routine bei Schritt 316 das Antriebsstrangdrehmoment
an, um die Schlupfdrehzahl zu regeln. Das vom Fahrer (über das
Pedal) geforderte Motordrehmoment kann zum Beispiel durch Verstellen
des Zündzeitpunkts
in Richtung spät,
Schließen
einer elektronisch gesteuerten Drosselklappe, Anpassen einer variablen
Ventil- und/oder Nockensteuerung, Anpassen einer elektrisch betätigten Ventilsteuerung
und/oder eines Ventilhubs, Anpassen einer Getriebeübersetzung,
Anpassen einer Getriebekupplung, Anpassen einer Drehmomentwandlerkupplung,
Kombinationen derselben oder verschiedenes andere angepasst oder gesenkt
werden. Auf diese Weise setzt die Antriebsschlupfregelung eine Drehmomentforderung
des Fahrers außer
Kraft, um Radschlupf zu reduzieren und/oder zu regeln und die Traktion
zu verbessern. Wie aber hier beschrieben wird, sind solche Vorgehen
für das
Bewegen des Fahrzeugs unter Umständen
nicht immer ganz erfolgreich. Zu beachten ist, dass es sich hierbei
zwar um beispielhafte Antriebsschlupfregelungen handelt, andere
Arten von Antriebsschlupfregelungen aber verwendet werden können.
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Als
Nächstes
schätzt
die Routine bei Schritt 318 den Reibungskoeffizient der
Oberfläche/des Rads
(μ). In
einem Beispiel kann dies auf der Grundlage eines geschätzten Antriebsstrangdrehmoments, das
von den Rädern übertragen
wird, und der gemessen Schlupfdrehzahl geschätzt werden. Im Einzelnen kann
ein geschätztes
Drehmoment (Trq_est), das als Motordrehmoment berechnet werden kann,
auf der Grundlage einer Schätzung
des Raddrehmoments berechnet werden, das stromaufwärts durch
den Antriebsstrang, das Getriebe und den Drehmomentwandler wiedergegeben
wird, wobei die Dynamikwirkungen verschiedener Trägheiten
und anderer Elemente entsprechend berücksichtigt werden.
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Zu
beachten ist auch, dass ebenfalls adaptive Routinen verwendet werden
können,
die den geschätzten
Reibungskoeffizienten von Oberfläche/Rad
adaptiv lernen. Des Weiteren können
auch andere Parameter verwendet werden, um die Schätzung des
Reibungskoeffizienten anzupassen, beispielsweise Temperatur, Fahrzeuggewicht
und verschiedenes andere.
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Als
Nächstes
ermittelt die Routine bei Schritt 320, ob die Flagge (SF)
derzeit auf 1 gesetzt ist. Wenn die Flagge SF auf 1 gesetzt ist,
zeigt dies an, dass ein im Wesentlichen bewegungsloser Zustand erfasst
wurde. Wenn die Antwort auf Schritt 320 Ja lautet, fährt die
Routine mit Schritt 332 fort. Alternativ fährt die
Routine mit Schritt 322 fort, wenn die Antwort auf Schritt 320 Nein
lautet.
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Bei
Schritt 322 ermittelt die Routine, ob die Geschwindigkeit
des nicht angetriebenen Fahrzeugs (VND)
unter einem ersten Schwellwert (T1) liegt. Wenn ja, zeigt dies an,
dass sich das Fahrzeug immer noch in einem im Wesentlichen bewegungslosen Modus
befindet, und die Routine fährt
mit Schritt 324 weiter, um den Zähler (COUNT) anzuheben. Bei
einem Vorgehen kann ein im Wesentlichen bewegungsloser Zustand eines
Fahrzeugs über
Raddrehzahlsensoren an angetriebenen und/oder nicht angetriebenen
Rädern
detektiert werden. In einer alternativen Ausführung können Richtungsraddrehzahlsensoren
verwendet werden, die ermitteln könnten, ob das Fahrzeug zum
Beispiel rückwärts rollt.
In einem noch weiteren Beispiel kann ein beliebiges anderes Verfahren
für das
Ermitteln, ob das Fahrzeug feststeckt, verwendet werden, beispielsweise
ein GPS-System, ein Beschleunigungsmesser oder Kombinationen derselben.
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Zurück zu den
Schritten 324 wird bei einem Vorgehen der Zähler um
eine Zeit delta (z.B. Δt)
angehoben, so dass die Zählervariable
eine Zeitdauer wiedergibt, in der sich das Fahrzeug in einem bewegungslosen
Zustand befindet. Zu beachten ist, dass beim Einstellen des Schwellwerts
für einen
solchen Timer die Routine den Schwellwert abhängig von der anfänglichen
Bedingung unterscheiden kann (z.B. abhängig davon, ob das Fahrzeug
langsamer wurde, ursprünglich
anhielt, etc.).
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Alternativ
kann der Zähler
um 1 angehoben werden, wie bei Schritt 324 von 3 gezeigt
wird, und kann die Motorumdrehungen, Probeereignisse oder anderes
wiedergeben. Wenn die Antwort bei Schritt 322 Nein lautet,
fährt die
Routine alternativ mit Schritt 326 fort, um die Flagge
(SF) auf Null zurückzusetzen,
was anzeigt, dass sich das Fahrzeug nicht mehr in einem bewegungslosen
Zustand befindet.
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Die
Routine fährt
von Schritt 324 oder 326 mit Schritt 328 fort,
um den Zählerwert
(COUNT) mit einem zweiten Schwellwert (T2) zu vergleichen. Wenn
die Antwort auf Schritt 328 Ja lautet, was anzeigt, dass
der Zähler über dem
Schwellwert liegt, fährt
die Routine mit Schritt 330 fort, um die Flagge (SF) auf
Eins zu setzen. Von Schritt 330 oder bei Nein von Schritt 328 kehrt
die Routine wieder zu Schritt 312 zurück. Auf diese Weise versucht
die Routine zuerst, einen Antriebsschlupfregelungsbetrieb vorzusehen,
bei dem der Radschlupf geregelt wird, und überwacht, ob dieser Zustand
länger
als ein vorbestimmter Betrag, beispielsweise eine vorbestimmte Zeitlänge, dauert.
Wenn dieser Betrieb keinen Erfolg bezüglich des Bewegens des Fahrzeugs zeigt,
dann wird die primäre
Regelung wieder der Fahrerpedalbetätigung übergeben, jedoch mit einer abgewandelten
Beziehung, wie nachstehend gezeigt wird.
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Zurück bei Schritt 332 ermittelt
die Routine ein maximales Reifen/Fahrbahn-Grenzflächendrehmoment auf der Grundlage
des geschätzten
Reibungskoeffizienten. Als Nächstes
passt die Routine bei Schritt 334 die Pedalstellungstransferfunktion
auf der Grundlage des ermittelten Reifen/Fahrbahn-Grenzflächendrehmoments
mit Hilfe eines Faktors k an. In einem Beispiel kann der Skalierungswert k
nahe Eins gewählt
werden (z.B. 1 oder 1,1) und kann kalibriert werden, um dem erwünschten
Fahrzeugverhalten zu entsprechen.
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Von
Schritt 334 fährt
die Routine mit Schritt 336 weiter, um zu ermitteln, ob
die nicht angetriebene Geschwindigkeit unter dem ersten Schwellwert
(T1) liegt. Wenn nicht, fährt
die Routine mit Schritt 338 fort, um die Flagge (SF) auf
Null zu setzen. Wenn die Antwort auf Schritt 336 alternativ
Ja ist, fährt
die Routine fort und kehrt zu Schritt 312 zurück.
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Zurück zu Schritt 334 werden
mehrere weitere Einzelheiten beschrieben. Wie vorstehend erwähnt wird
während
des Nicht-Antriebsschlupfregelungsbetriebs eine Beziehung benutzt,
um den vom Fahrer aktivierten Pedalbetrieb mit einer erwünschten
Fahrzeug- oder Antriebsstrangreaktion (z.B. Drehmoment) in Beziehung
zu setzen. Wenn während
des Antriebsschlupfregelungsbetriebs ein bewegungsloser Zustand
ermittelt wird, kann diese Beziehung auf der Grundlage des Antriebsschlupfregelungsbetriebs
angepasst werden, wie vorstehend erwähnt wurde.
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Bei
einem Vorgehen wird die Pedalstellung genutzt, um zum Beispiel ein
erwünschtes
Raddrehmoment, eine erwünschte
Fahrzeugbeschleunigung, ein erwünschtes
Motordrehmoment, ein erwünschtes Getriebedrehmoment,
Kombinationen derselben oder anderes zu ermitteln. Eine beispielhafte
Beziehung zwischen der Pedalstellung und der Fahrzeugreaktion kann
wie in 5 gezeigt festgelegt werden. Im Einzelnen zeigt 5 eine
beispielhafte Beziehung zwischen Pedalstellung einem geforderten Drehmoment.
Weiterhin zeigt 5, wie diese Beziehung auf der
Grundlage der geschätzten
Reibung, die während
eines vorherigen Zustands, bei dem Radschlupf eintrat, ermittelt
wurde, angepasst oder skaliert werden kann. 5 zeigt
zwar eine beispielhafte lineare Beziehung zwischen der Pedalstellung
und der geforderten Leistung, doch können verschiedene andere verwendet
und auch auf der Grundlage zahlreicher anderer Bedingungen angepasst
werden.
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Auf
diese Weise betreibt der Fahrer vor Aktivierung der Antriebsschlupfregelung
das Fahrzeug mit einer ersten Beziehung zwischen der Pedalstellung
und der Fahrzeugreaktion, beispielsweise dem Drehmoment. Wenn dann
Schlupf detektiert wird, versucht die Antriebsschlupfregelung, den
Schlupf durch Reduzieren des Motor- und/oder Antriebsstrangdrehmoments
zu regeln und die Bewegungsfähigkeit
des Fahrzeugs zu verbessern. Unter gewissen Bedingungen kann das
Fahrzeug aber im Wesentlichen bewegungslos bleiben oder feststecken. In
diesem Fall kann die Fahrzeugregelung (z.B. das Antriebsstrangdrehmoment)
an die Fahrerpedalstellung zurückgegeben
werden, aber mit einer abgewandelten oder skalierten Beziehung,
so dass eine feinere Regulierung bei niedrigen Leistungswerten erhalten
werden kann. Auf diese Weise kann der Bediener den feststeckenden
Zustand mit schwächerem
Eingreifen der Antriebsschlupfregelung besser bewältigen (wenn
auch diese Intervention bei Wunsch immer noch eintreten kann).
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Elemente
der Routine können
auch durch das Zustandsübergangsdiagramm
von 4 veranschaulicht werden, das die drei Zustände (410, 412 und 414)
zeigt. Im Einzelnen stellt der Zustand 410 einen aktiven
Zustand einer Antriebsschlupfregelung dar, bei dem die Antriebsstrangleistung
aktiv angepasst oder beschränkt
wird, um den Schlupf auf oder unter einen Schwellwert zu regeln,
was mit der Pedalbetätigung
durch den Fahrer nicht wirklich im Zusammenhang steht. Wenn dieser
Betrieb aber länger als
eine Schwellwertdauer anhält
(d.h. länger
als ein Zeitbetrag) und das Fahrzeug sich im Wesentlichen nicht
bewegt, geht der Zustand zu Zustand 412 über (einem
bewegungslosen Fahrzeugzustand). Zu beachten ist auch, dass andere
Bedingungen verwendet werden können,
um von Zustand 410 zu 412 zu wechseln, beispielsweise
ob der Fahrer das Gaspedal freigibt.
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Im
Zustand 412 wird die Antriebsstrangleistung wieder auf
einen Wert proportional zur Pedalbetätigung durch einen Fahrer zurückgeführt, sie
kann aber auf der Grundlage eines geschätzten Reibungskoeffizienten,
wie er hier beschrieben wird, skaliert werden. Im Zustand 412 kehrt
bei einem Schlupf der Antriebsräder über einem
Schwellwert der Zustand zu Zustand 410 zurück, in dem
die Antriebsschlupfregelung wieder versucht, das ausgegebene Antriebsstrangdrehmoment
zur Regelung des Schlupfs zu reduzieren. Wenn das Fahrzeug beginnt,
sich zu bewegen, und der Schlupf der Antriebsräder unter einen Schwellwert
(z.B. T1) fällt,
dann wechselt alternativ der Zustand zu Zustand 414. Zustand 414 schaltet die
Antriebsschlupfregelung aus und führt die Pedalstellung zurück zur Drehmomentforderungsbeziehung,
um das voll verfügbare
Antriebsstrangdrehmoment zu bieten. In einem Beispiel kann das Ausschalten
und Rückführen zum
voll verfügbaren
Drehmoment allmählich
ausgeführt
werden.
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Auf
diese Weise kann es möglich
sein, die Wirksamkeit der Antriebsschlupfregelung zum Beispiel bei
Situationen mit bewegungslosem Fahrzeug zu verbessern.
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Dadurch
kann bei einem Vorgehen die Steigerung zwischen Gaspedalstellung
und Nettoantriebsstrangdrehmoment (z.B. Motor) während eines bewegungslosen
Zustands des Fahrzeugs effektiv geändert (z.B. gesenkt) werden.
Dies kann ferner als Funktion von Fahrbahnreibungsbedingungen, wiedergegeben
durch den Koeffizienten μ,
erfolgen, wie eingehender unter Bezug auf 5 gezeigt
wird. Wie vorstehend erwähnt
kann das Anpassen der Beziehung zwischen der Pedalstellung und dem
Antriebsstrangdrehmoment in bestimmten Situationen ausgelöst werden,
indem in einer vorbestimmten kalibrierbaren Zeit zuerst festgestellt
wird, dass sich das Fahrzeug (im Wesentlichen) nicht bewegt. Im
Fall eines gültigen
Auslösers
kann dann das höchstmögliche Reifen/Fahrbahn-Grenzflächendrehmoment (Trq_est)
aus dem ersten (oder einem vorherigen) Radschlupf geschätzt werden.
Dann kann eine skalierte Version des Drehmoments (Trq_est) als maximal
zulässige
(Motor)-Drehmomentforderung (Trq_max)
verwendet werden, die der vollen 100%igen Gaspedalstellung entspricht,
d.h. Trq_max kann auf k·Trq_est
gesetzt werden.
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Ein
weiteres Ergebnis des vorstehend vorgeschlagenen Vorgehens ist,
dass man eine feinere Gaspedalregulierung und ein gutes „Gefühl" für die rutschige
Fahrbahn erhalten kann, wobei der Gaspedalhub effektiv übernommen
werden kann, um den vorliegenden rutschigen Straßenbedingungen am besten gerecht
zu werden. In einem Beispiel ist das Nettoergebnis, dass der Fahrer
ein verbessertes Fahrgefühl
haben kann, während
gleichzeitig maximale praktische Traktionskräfte erzeugt werden, die mit
der vorgegebenen Reifen/Fahrbahn-Grenzfläche erzielbar sind (und wodurch
die Notwendigkeit eines Eingreifens durch die Antriebsschlupfregelung
geringer wird).
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Beispielhafte
erwartete Ergebnisse bei Verwendung eines solchen Vorgehens bei
einem Fahrzeug im Winter werden in 6 gezeigt.
Dieses Schaubild zeigt prognostizierte Daten für ein Fahrzeug, das an einem
schnee-/eisbedeckten Hügel
mit 6–10%
Steigung „hängen geblieben" ist. Wie durch die
Daten in 6 gezeigt wird, konnte sich
das Fahrzeug in verschiedenen Situationen nach Aktivieren zumindest
von Teilen der obigen Routinen bewegen.
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Im
Einzelnen zeigen 6A–C Raddrehzahlen, erwünschtes
Drehmoment bzw. Pedalstellung im zeitlichen Verlauf. Vor der Zeit
t1 betätigt
der Fahrer das Pedal 134, was eine entsprechende Zunahme des
erwünschten
Drehmoments bewirkt. Der Antriebsstrang reagiert und erzeugt zunächst dieses Drehmoment,
was das Eintreten von Radschlupf verursacht. Wie durch die durchgehende
Linie von 6A gezeigt wird, nimmt die Antriebsraddrehzahl zu,
aber die Drehzahl des nicht angetriebenen Rads (gestrichelte Linie)
bleibt im Wesentlichen bei Null. Bei Zeitpunkt t1 greift die Antriebsschlupfregelung ein,
um das erwünschte
Drehmoment zu senken (auch wenn der Fahrer immer noch das Pedal 134 betätigt), um
den Schlupf auf einen Zielwert zu regeln. Auch bei dieser Schlupfregelung
bleibt aber die Fahrzeuggeschwindigkeit (mittels der nicht angetriebenen
Räder)
im Wesentlichen bei Null. Nach einer Zeitdauer und nach Freigabe
des Pedals 134 durch den Bediener betreibt das Steuergerät zum Zeitpunkt t2
das Fahrzeug in einem anderen Modus, in dem dem Fahrer wieder eine
direkte Steuerung ermöglicht wird,
aber mit einem kleineren Einflussbereich. Zu diesem Zeitpunkt betätigt der
Fahrer das Pedal ohne aktive Schlupfregelung, aber mit einer reduzierten Anhebung;
um eine Fahrzeugbewegung zu erreichen. Da diese beschränkte Anhebungsregelung
bei manchen Bedingungen außerhalb
des vorliegenden bewegungslosen Schlupfzustands aber nicht brauchbar
ist, wechselt das Steuergerät
bei Zeitpunkt t3 wieder zum Betrieb in der Schlupfregelung. Auf
diese Weise lässt
sich ein verbesserter Fahrzeugbetrieb erhalten.
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Zu
beachten ist, dass die obige Offenbarung zwar verschiedene beispielhafte
verwendbare Vorgehen bietet, dass aber verschiedene andere Abwandlungen,
Ergänzungen
oder Auslassungen vorgenommen werden können. Zum Beispiel ist es möglich, die Anwendung
der obigen Regelungen weiter einzuschränken, indem gefordert wird,
dass der Modus des bewegungslosen Zustands nur ermittelt wird, wenn
zusätzlich
zu den obigen zeitlichen Forderungen für den Zustand eines immobilen Fahrzeugs auch
die Bremse eingesetzt wird (z.B. wird ein Ein/Aus-Signal der Bremse
aktiviert). Dies kann sicherstellen, dass der nächste Gaspedaleinsatz aus einer
stehenden Radposition (Null Schlupf) startet, was häufig zu
größeren Drehmoment
führen
kann, bevor die Räder
eigentlich gedreht werden. In vielen Fällen gibt es mit anderen Worten
eine Drehmomentspitze kurz vor dem „Losfahren" – ähnlich dem
Kräftesammeln
kurz vor dem Überwinden
eines Anhaftens in Ruckgleitsituationen.
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Als
weiteres Beispiel kann das offenbarte Vorgehen sowohl mit einer
elektronischen Drosselklappensteuerung als auch mit einer nicht
elektronischen Drosselklappensteuerung eingesetzt werden (z.B. durch
Senken des Motordrehmoments mittels Zündfunke und Kraftstoff). Weiterhin
können
andere Vorgehen zur Drehmomentsenkung verwendet werden, beispielsweise
ein Kabelspanner, die Steuerung des Kraftstoff-/Luftverhältnisses
und andere Verfahren für
andere Arten von Antriebssträngen
oder Kombinationen derselben.
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Als
noch weiteres Beispiel könnte
die Fahrerpedalbeziehung weiter verfeinert und erweitert werden,
indem das obige Vorgehen mit dem Automatikgetriebe-Hochschalten
kombiniert wird, das häufig zur
weiteren Reduzierung des Raddrehmoments verwendet wird.
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Als
noch weiteres Beispiel kann die obige Anpassung der Pedalansprechempfindlichkeit
mit einem Schalter/Knopf mit mehreren Stellungen kombiniert werden
(z.B. 4 Stellungen, die „trockene
Straße", „nasse
Straße", „Schnee" und „Eis" anzeigen). Der Fahrer
könnte
abhängig
von den vorliegenden Straßenbedingungen – z.B. verschneite
Fahrbahn – dann
eine geeignete Stellung wählen,
und dies würde die
Empfindlichkeit des Gaspedals auf eine vorbestimmte Einstellung,
die für
die vorliegende Knopfeinstellung typisch ist, ändern. Zwar kann ein Knopf
oder Schalter im Cockpitbereich des Fahrers ein Beispiel sein, doch
können
verschiedene andere Arten von Eingabevorrichtungen verwendet werden,
beispielsweise Spracherkennung, Satellitenwetter- und/oder Straßeninformationen,
Wettersensoren (z.B. ein Regensensor), Kombinationen derselben oder
anderes.
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Der
Betrieb könnte
durch Ermitteln des richtigen maximalen Fahrbahndrehmoments für die vorliegenden
Bedingungen weiter verfeinert werden, nachdem der Fahrer die erste
Drehung verursacht (wobei ein Bedienerhandbuch dem Fahrer erläutern kann,
dass er zum vollen Ausnutzen dieser Funktion zuerst das „probeweise" Drehen mit einem
geeigneten Antippen auslösen
sollte, bevor er zu einer reibungsarmen Einstellung wechselt). Dieses
Merkmal kann besonders brauchbar sein, wenn der Fahrer erkennt,
dass er sich auf einer kontinuierlichen Fläche (z.B. Eis) befindet, beispielsweise
einer vereisten Steigung. Die entsprechend reduzierte Transferfunktion
von Pedal zu Drehmoment kann dann eine verbesserte Regelung und
eine verbesserte Chance, die Steigung zu bewältigen, geben.
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Zu
beachten ist, dass die hierin enthaltenen Steuerroutinen mit verschiedenen
Motorkonfigurationen, wie sie zum Beispiel vorstehend beschrieben wurden,
verwendet werden können.
Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer
Reihe von Verarbeitungsstrategien wie z.B. ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking,
Multithreading und dergleichen darstellen. Daher können verschiedene
gezeigte Schritte oder Funktionen in der gezeigten Abfolge oder
parallel ausgeführt
oder in manchen Fällen
ausgelassen werden. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht
unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen
beispielhaften Ausführungen
zu verwirklichen, wird aber zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung
vorgesehen. Eine oder mehrere der gezeigten Schritte oder Funktionen
können
abhängig
von der jeweils eingesetzten Strategie wiederholt ausgeführt werden.
Weiterhin können
die beschriebenen Schritte einen in das maschinenlesbare Speichermedium
in dem Steuergerät 12 einzuprogrammierenden
Code darstellen.
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Es
versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen
beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungen
nicht einschränkend
aufgefasst werden dürfen,
da zahlreiche Abänderungen
möglich
sind.
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Zum
Beispiel kann die obige Technologie auf V-6, I-4, I-6, V-12, Gegenkolben-
und andere Motorausführungen
angewendet werden. Weiterhin kann die Radschlupfregelung bei einem
beliebigen Antriebsstrang zum Einsatz kommen, der Räder antreibt
und durch einen Fahrer mit Hilfe einer Eingabevorrichtung gesteuert
wird, beispielsweise Elektro, Hybrid/Elektro, Diesel, Diesel-Hybrid,
Benzin-Hybrid, Brennstoffzelle oder anderes. Der Gegenstand der vorliegenden
Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht nahe liegenden Kombinationen
und Unterkombinationen der verschiedenen Regelungen und Konfigurationen
sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier
offenbart werden.
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Die
folgenden Ansprüche
zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen
auf, welche als neuartig und nicht nahe liegend betrachtet werden.
Diese Ansprüche
können
auf „ein" Element oder „ein erstes" Element oder eine Entsprechung
desselben verweisen. Diese Ansprüche
sind so zu verstehen, dass sie das Integrieren eines oder mehrerer
solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehrere dieser Elemente
weder fordern noch ausschließen.
Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen,
Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung
der vorliegenden Ansprüche oder
durch Vorlage neuer Ansprüche
in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche
Ansprüche
werden, ob sie nun gegenüber dem
Schutzumfang der ursprünglichen
Ansprüche breiter,
enger, gleich oder unterschiedlich sind, ebenfalls als im Gegenstand
der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.