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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs
mit einer Antriebseinheit und einer Getriebeeinheit zur automatischen Einstellung
einer Antriebsübersetzung nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Ein
Anfahren am Berg bei winterlichen Fahrbahnen birgt für
viele Fahrer ein hohes Stresspotential, da die Gefahr besteht, hängen
zu bleiben. Hier hilft zwar ein sog. automatisches Traktions-Kontrollsystem – kurz
ASC –, allerdings ist dessen Wirkung eingeschränkt.
Derartige Regelsysteme werden erst dann wirksam, wenn ihre Regelgröße – nämlich
der Antriebsschlupf – zu groß geworden ist. Seine
optimale Wirkung entfaltet das ASC erst, wenn sich das Fahrzeug
bereits mit einer gewissen Geschwindigkeit fortbewegt.
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Beim
Anfahren auf winterlichen Fahrbahnen am Berg kommt es jedoch darauf
an, zunächst quasi schlupffrei anzufahren, da ansonsten
aufgrund des geringen Reibwerts der Antriebsräder mit der
Fahrbahn die Gefahr besteht, dass die Antriebsräder durchdrehen,
und es zu sog. Poliereffekten kommt.
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Ein
zweiter Anfahrversuch an der gleichen Stelle würde dann
vermutlich scheitern.
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Zwar
tragen moderne Winterreifen erheblich zu einer Vereinfachung des
Anfahrvorgangs auf winterlichen Fahrbahnen bei, allerdings ist immer
noch ein gefühlvolles Anfahren unterhalb einer ASC-Regelgrenze
gefragt, da die maximale Traktion bereits bei sehr geringen Schlupfwerten
vorliegt. Dies ist jedoch bei Fahrzeugen mit sportlicher Gaspedalcharakteristik
bzw. mit einer daraus resultierender sportlichen Antriebsmoment-Charakteristik
schwierig.
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Abhilfe
kann durch sog. Kriechfunktionen geschaffen werden, die ein automatisches
Anfahren bzw. Kriechen aus dem Stillstand ermöglichen.
So offenbart die
DE
102 19 420 A1 ein Kraftfahrzeug, das in wenigstens einer
Kriechbetriebsart betreibbar ist, in der ein vorgegebenes oder einstellbares
oder aus Betriebsparametern der Antriebsstrangkomponenten und/oder
anderer Kraftfahrzeugkomponenten resultierendes Kriechmoment zu
antreibbaren Laufrädern des Kraftfahrzeugs übertragbar
ist. Diese Kriechbetriebsart ist durch eine definierte manuelle
Betätigung eines fahrerseitig zu betätigenden
Bedienelements aktivierbar. Das in der Kriechbetriebsart auftretende Kriechmoment
kann durch den Fahrer eingestellt werden.
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Weiter
offenbart die derzeit noch unveröffentlichten
DE 2006 051 230 ebenfalls eine
Kriechfunktion. Hierbei wird zur Unterstützung eines sicheren
Anfahrens auf einem Fahrbahnuntergrund mit niedrigem Reibwert bei
Betätigung eines dafür vorgesehenen Bedienelements
ein Ankriech-Betriebszustand aktiviert, in welchem ein vorgegebenes Kriech-Antriebsmoment
an zumindest einer Antriebsache bereitgestellt wird. Bei Betätigung
des Bedienelements kriecht das Fahrzeug gemäß einer
definierten vorbestimmte Rampe an. Mit Vorteil ist die Kriechfunktion
für verschiedene Gangstufen vorgesehen, wobei für
unterschiedliche Gangstufen unterschiedliche Ankriech-Charakteristiken
mit unterschiedlichen Zielgeschwindigkeiten hinterlegt bzw. vorbestimmt
sein können. Die zum Erreichen des Kriech-Antriebsmoment
erforderliche kennfeldgesteuerte Kupplungsbetätigung kann
in Abhängigkeit von folgenden Betriebsparametern erfolgen:
Kupplungsmoment und/oder Bremsdruck und/oder Fahrzeuggeschwindigkeiten
und/oder aktuell eingelegten Gangstufe und/oder Fahrpedalauslenkung
und/oder Getriebetemperatur.
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Aufgabe
der Erfindung ist es nun, ein verbessertes Verfahren zur Unterstützung
eines sicheren Anfahrens auf einem Fahrbahnuntergrund mit geringem
Reibwert anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen
Ar sprächen.
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Grundgedanke
der Erfindung ist es, eine Berg-Anfahrhilfe speziell für
winterliche Fahrbahnen anzugeben, die nicht als Regelsystem, sonder
als Steuerung ausgeführt ist und nur auf Anforderung durch
den Fahrer aktiv wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Unterstützung
des Fahrers beim Anfahren am Berg bei winterlichen Fahrbahnverhältnissen,
wobei ausgehend von einem Ruhezustand, in welchem das Kraftfahrzeug
eine vorbestimmte Ruhegeschwindigkeit hat, ein Betätigungselement
auf die Erzeugung eines Betätigungssignals überwacht
wird, und bei Vorliegen des Betätigungssignals ein Ankriech-Betriebszustand
aktiviert wird, in welchem ein Kriech-Antriebsmoment an zumindest
einer Antriebsache zum Erreichen einer vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit
vorgegeben und bereitgestellt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass
das bereitzustellende Kriech-Antriebsmoment in Abhängigkeit
von der aktuellen Fahrbahnsteigung und/oder Fahrzeugneigung, und in
Abhängigkeit vom aktuellen Reibwert der Antriebsräder
mit der Fahrbahn vorgegeben wird.
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Durch
die Berücksichtigung des Reibwerts bei der Vorgabe des
Kriech-Antriebsmoments, kann weitestgehend sichergestellt werden,
dass bei Aktivierung dieser Kriech-Funktion ein tatsächliches
Anfahren des Fahrzeugs am Berg auch bei geringem Reibwert ermöglicht
wird und die Räder nicht durchdrehen.
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Das
zur Ausführung dieses Verfahrens ausgebildete Kraftfahrzeug
umfasst eine Antriebseinheit zum Erzeugen eines Antriebsmoments,
eine mit dieser gekoppelten Getriebeeinheit, welche zumindest eine
automatisch betätigbare Kupplung (automatisierte Trennkupplung
oder Automatikwandlereinheit) zur automatischen Einstellung der
Antriebsübersetzung umfasst, sowie eine mit der Antriebseinheit
und mit der Getriebeeinheit gekoppelte Steuereinheit zu deren Ansteuerung,
wobei die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass ausgehend von
einem definierten Ruhebetriebszustand des Kraftfahrzeugs und bei Vorliegen
eines Kriechbefehls in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrbahnsteigung
und/oder Fahrzeugneigung, und in Abhängigkeit vom aktuellen
Reibwert der Antriebsräder ein von Null verschiedenes Kriech-Antriebsmoment
gemäß einer Rampe vorgegeben wird.
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Der
Ruhebetriebszustand ist dadurch definiert, dass das Kraftfahrzeug
eine vorgegebene Ruhegeschwindigkeit hat – sich insbesondere
im Stillstand befindet – und ggf. ein Gangstufe gewählt
ist oder angefordert ist. Die Grenzgeschwindigkeit kann fest vorgegeben
werden, oder in Abhängigkeit vorgegebener Betriebsparameter
des Kraftfahrzeugs und/oder weiterer Parameter variabel vorgegeben werden.
Die Grenzgeschwindigkeit kann bspw. in einer Größenordnung
von 10 km/h vorgegeben werden, da ab dieser Geschwindigkeit ein „Weiterfahren" durch
den Fahrer möglich sein sollte. Eine vorhandene ASC-Funktion
ist ab dieser Geschwindigkeit ebenfalls voll funktionsfähig.
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Vorteilhafterweise
wird das Kriech-Antriebsmoment gemäß einer Rampe
von Null bis zu einem vorgegebenen Kriech-Antriebsgrenzwert vorgegeben,
wobei der Reibwert auf die Steigung der Rampe Einfluss nimmt. Dies
beutet wiederum dass die Steigung der Rampe des vorzugebenden Kriech-Antriebsmoments
desto kleiner wird, je geringer der Reibwert ist. Analog dazu kann
die Steigung der Rampe des vorzugebenden Antriebsmoments mit steigender
aktuellen Fahrbahnsteigung und/oder Fahrzeugneigung geringer vorgegeben
werden. Durch Berücksichtigung der aktuellen Fahrbahnsteigung
und/oder Fahrzeugneigung und des Reibwert kann somit ein für
den Berg-Anfahrvorgang bei winterlichen Fahrbahnverhältnissen
optimales Kriech-Antriebsmoment zum automatischen Anfahren des Fahrzeugs
vorgegeben werden. Bei Erreichen der vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit
aufgrund des Kriech-Antriebsmomentes, wird ein Kriech-Antriebsmoment
vorgegeben, welches die vorgegebene Grenzgeschwindigkeit einhält.
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Ist
das Fahrzeug bspw. mit einem dynamischen Stabilitäts-Kontrollsystem
ausgestattet, liegt ein Wert für den aktuellen Reibwert
in der Regel bereits vor, so dass keine zusätzlichen Ermittlungseinheiten
zum Ermitteln des Reibwerts notwendig sind.
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Vorteilhafterweise
kann auch bei unterschiedlichen Reibwerten der Räder, insbesondere der
Antriebsräder im Ankriech-Betriebszustand zusätzlich
ein vom Reibwert der Räder abhängiges radselektives
Kriech-Bremsmoment für zumindest ein Rad vorgegeben und
bereitgestellt werden. Dadurch kann ein Anfahren bei einer winterlichen
Fahrbahn, bei der für die Antriebsräder unterschiedliche
Reibwerte (μ-Split) vorliegen – bspw. aufgrund
einer örtlich begrenzten Eisschicht auf der Fahrbahn, trotzdem
ein automatischen Anfahren bzw. Ankriechen ermöglicht werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist somit eine Kombination
mit einer sog. „Differenzeilsperre" über Bremseneingriffe
möglich.
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Unter
der Voraussetzung, dass sich das Fahrzeug im Ruhebetriebszustand
befindet, und das erforderliche Betätigungssignal zum Starten
der Kriechfunktion durch Vorgeben des geeigneten Kriech-Antriebsmoments
vorliegt, wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
bei Erzeugung des Betätigungssignals das Kriech-Antriebsmoment
vorgegeben, und erst dann bereitgestellt, also erst dann das vorgegebene
Antriebsmoment durch eine entsprechende Steuerung an den Antriebsrädern
bereitgestellt, wenn eine vorgegebene Start-Fahraktion durch den
Fahrer vorgenommen wurde. Bei einer entsprechenden Start-Fahraktion kann
es sich bspw. um eine leichte Betätigung des Gaspedals
oder um ein Lösen der Bremse handeln. Ist das Fahrzeug
mit einer sog. Hill-Holder-Funktion ausgestattet, die das Fahrzeug
an einem Berg im Stillstand hält, sollte das Einstellen
des Kriech-Antriebsmoment zeitgleich mit der Deaktivierung der Hill-Holder-Funktion
erfolgen um ein Zurückrollen des Fahrzeugs zu verhindern.
Ebenso wird das Kriech-Antriebsmoment beim Lösen der Bremse
erst dann eingestellt, wenn das aktuelle Bremsmoment nicht mehr
zum Halten des Fahrzeugs im Stillstand ausreicht.
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Während
der Ankriech-Betriebszustand aktiv ist und das Kriech-Antriebsmoment
eingestellt wird, sollte der Fahrer aus Sicherheitsgründen
stets die Möglichkeit haben, den Ankriech-Betriebszustand bzw.
die Bereitstellung des Kriech-Antriebsmoments zu deaktivieren. Deshalb
kann der Ankriech-Betriebszustand bzw. die Bereitstellung des Kriech-Antriebsmoments
in einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens deaktiviert werden und die Momentenübertragung
unterbrochen werden, wenn eine vorgegebene Deaktivierungs-Fahreraktion
durch den Fahrer vorgenommen wird. Bei einer solchen Deaktivierungs-Fahreraktion kann
es sich bspw. um die erneute Betätigung des Betätigungselements
zum Aktivieren des Ankriech-Betriebszustands, oder um eine Betätigung der
Bremse oder um eine Betätigung eines Kickdown-Schalters,
der durch entsprechende Betätigung des Gaspedals betätigt
wird, handeln.
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Wird
vor Erreichen der vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit durch das vorgegebene Kriech-Antriebsmoment
keine manuelle Deaktivierung vorgenommen, würde ab dem
Zeitpunkt ab dem die vorgegebene Grenzgeschwindigkeit erreicht ist, ein
derartiges Antriebsmoment vorgegeben werden, so dass auf diese Geschwindigkeit
eingeregelt wird bzw. diese Geschwindigkeit gehalten wird.
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Ist
die vorgegebene Geschwindigkeit erreicht und wird vom Fahrer das
Gaspedal betätigt, wird vorteilhafterweise der Ankriech-Betriebszustand bzw.
die Bereitstellung des Kriech-Antriebsmoments deaktiviert und ein Übergangs-Betriebszustand
aktiviert, in welchem ein Übergangs-Antriebsmoment in Abhängigkeit
vom aktuell vorliegenden Kriech-Antriebsmoment und des vom Fahrer
durch Betätigung des Gaspedals angeforderten Antriebsmoments
vorgegeben wird. Vorteilhafterweise wird dabei das Übergangs-Antriebsmoment
gemäß einer Rampe derart vorgegeben, dass sich
dieses innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls ausgehend vom Kriech-Antriebsmoment
bis zum angeforderten Antriebsmoment verändert. Die Steigung
der Rampe des Übergangs-Antriebsmoments ergibt sich somit aus
der Differenz des Kriech-Antriebsmoments zum angeforderten Antriebsmoments
und dem vorgegebenen Zeitintervall. Hierbei kann ein vorhandenes Traktions-Kontrollsystem
wieder in die Antriebsmomenten-Vorgabe eingreifen bzw. aktiv geschaltet werden.
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Alternativ
kann das Übergangs-Antriebsmoment auch gemäß einer
Rampe mit fest vorgegebener Steigung zum Erreichen des angeforderten
Antriebsmoments vorgegeben werden. Bei dieser alternativen Ausgestaltung
ist folglich das Zeitintervall, das mit der Deaktivierung des Ankriech-Betriebszustands
beginnt, und mit dem Erreichen des durch den Fahrer angeforderten
Antriebsmoments endet, von der Differenz des Kriech-Antriebsmoments
zum angeforderten Antriebsmoments und dem der vorge gebenen Rampen-Steigung
abhängig. Hierbei kann ein vorhandenes Traktions-Kontrollsystem
wieder in die Antriebsmomenten-Vorgabe eingreifen bzw. aktiv geschaltet
werden.
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Bei
Erreichen des vom Fahrer angeforderten Antriebsmoments wird bei
beiden Alternativen der Übergangs-Betriebszustand automatisch
deaktiviert und die Antriebsmomentenanforderung wieder vollständig
dem Fahrer überlassen.
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Da
für dieses Verfahren keine wesentlichen zusätzlichen
Hardware-Komponenten im Fahrzeug verbaut werden müssen,
bietet dieses Verfahren eine einfache und kostengünstige
Möglichkeit zur Unterstützung des Fahrers beim
Anfahren am Berg auf winterlichen Fahrbahnen bzw. auf Fahrbahnen
mit geringem Reibwert.
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Die
Erfindung wird nun anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels
nochmals näher erläutert. Dabei zeigt die einzige
Figur ein vereinfachtes Ablaufdiagramm zur Anfahrunterstützung
gemäß der Erfindung.
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Das
Ablaufdiagramm beginnt im Schritt 10, indem überprüft
wird, ob alle Voraussetzungen im Hinblick auf einen Ruhezustand
Z_Ruhe vorliegen. Dazu wird die Geschwindigkeit v, die Beschleunigung a
und der Zustand der Bremse ausgewertet. Sind die Geschwindigkeit
und die Beschleunigung Null, also v = 0 und a = 0, und ist das Bremspedal
gedrückt, liegt also das Signal B+ vor, wird ein Ruhezustand Z_Ruhe
des Kraftfahrzeugs detektiert. Im nächsten Schritt 20 wird
ein Betätigungssignal eines Betätigungselements überwacht,
welches der Fahrer betätigt, wenn er ein automatisches
Ankriechen aus dem Ruhezustand wünscht. Liegt dieses Betätigungssignal
vor (BE+), wird vom Ruhezustand Z-Ruhe in einen Ankriech-Bereitschafts-Betriebszustand
Z_K+ gewechselt und zum Schritt 30 übergegangen.
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Im
Schritt 30 wird in Abhängigkeit von der Fahrbahnsteigung
st und in Abhängigkeit vom aktuellen Reibwert μ der
Antriebsräder mit der Fahrbahn ein Kriech-Antriebsmoment
MK ermittelt. Prinzipiell wird dabei das Kriech-Antriebsmoment MK
gemäß einer Rampe vorgegeben, welches eine Veränderung
der Fahrzeuggeschwindigkeit von Null auf einen vorgegebenen Geschwindigkeitsgrenzwert
vGW ermöglicht und bei Erreichen dieses Geschwindigkeitsgrenzwertes
vGW diese Geschwindigkeit konstant hält.
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Dieses
ermittelte Kriech-Antriebsmoment MK wird erst dann bereitgestellt
bzw. ausgegeben, wenn eine vorgegebene Start-Fahraktion zum Starten
des automatischen Ankriechvorgangs durch den Fahrer vorgenommen
wurde. In diesem Ausführungsbeispiel gilt eine Start-Fahraktion
als vorgenommen, wenn der Fahrer die Bremse löst. Dies
wird im Schritt 40 überwacht. Sobald der Fahrer
die Bremse gelöst hat (B–) wird mit der Übertragung
des vorgegebenen Kriech-Antriebsmoments MK an die Antriebsräder
begonnen (MK+), und das Fahrzeug kriecht automatisch los.
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Die Übertragung
des Kriech-Antriebsmoments MK wird gestoppt, wenn eine Deaktivierungs-Fahreraktion
vorgenommen wird. Diese werden in den Schritten 50a, 50b und 50c überwacht.
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Im
Schritt 50a wird überprüft, ob eine Deaktivierungs-
bzw. eine als Unterbrechungs-Fahreraktion ausgestaltete Deaktivierungs-Fahreraktion
vorliegt, d. h. eine derartige Deaktivierungs-Fahreraktion, die zu
einer Aktivierung des Ankriech-Bereitschafts-Betriebszustands Z_K+
bzw. eine Deaktivierung der Übertragung des Kriech-Antriebsmoments
MK– auf die Antriebsräder und zu einem Zurückkehren
in einen herkömmlichen Betriebszustand des Fahrzeugs führt.
In diesem Ausführungsbeispiel gilt eine derartige Deaktivierungs-Fahreraktion
als vorgenommen, wenn der Fahrer gemäß Schritt 50a die
Bremse betätigt (B+). Sobald der Fahrer lediglich die Bremse betätigt
(B+) kann der Ablauf erneut mit Schritt 30 beginnen.
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Im
Schritt 50c wird überprüft, ob eine derartige
Deaktivierungs-Fahreraktion vorliegt, die zu einer Beendigung der Übertragung
des Kriech-Antriebsmoments MK– und einem Verlassen des
Ankriech-Bereitschafts-Betriebszustands Z_K+ führt. In diesem
Ausführungsbeispiel gilt eine derartige Deaktivierungs-Fahreraktion
als vorgenommen, sobald der Fahrer das Betätigungssignal
des Betätigungselements widerruft (BE–). Dann
wird eine Deaktivierung des Ankriech-Betriebszustands Z_K– bzw.
eine Deaktivierung der Übertragung des Kriech-Antriebsmoments
MK– auf die Antriebsräder vorgenommen. Das Verfahren
endet somit im Schritt 80c.
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Alternativ
wird der Ankriech-Betriebszustand Z_K bzw. die Übertragung
des Kriech-Antriebsmoments MK auf die Antriebsräder auch
dann deaktiviert (MK–), wenn eine vorgegebene Grenzgeschwindigkeit
vGW erreicht ist und der Fahrer das Gaspedal betätigt d.
h. wenn der Anfahrvorgang erfolgreich war oder dem Fahrer die Geschwindigkeit
v zu langsam erscheint. Dies wird im Schritt 50b überwacht.
Ist die vorgegebene Grenzgeschwindigkeit erreicht, also v = vGW,
und betätigt der Fahrer das Gaspedal (G+), wird vom Ankriech-Betriebszustand
in einen Übergangs-Betriebszustand Z_Ü gewechselt
und zum Schritt 60b übergegangen. Dort wird in
Abhängigkeit vom aktuell vorliegenden Kriech-Antriebsmoment MK
und in Abhängigkeit vom angeforderten Antriebsmoment MG,
welches aufgrund der Betätigung des Gaspedals angefordert
wird, ein Übergangs-Antriebsmoment MÜ ermittelt.
Dieses Übergangs-Antriebsmoment MÜ ist derart
ausgestaltet, dass der Übergang vom aktuellen Kriech-Antriebsmoment
MK gemäß einer Rampe zum angeforderten Antriebsmoment
MG erfolgt.
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Nach
Ermittlung des Übergangs-Antriebsmoments MÜ wird
im Schritt 70b das ermittelte Übergangs-Antriebsmoment
MÜ erzeugt und auf die Antriebsräder übertragen.
Sobald das angeforderte Antriebsmoment MG erreicht ist, übernimmt
der Fahrer wieder vollständig die Antriebsmomenten-Vorgabe durch
entsprechende Betätigung des Gaspedals. Das Ablaufdiagramm
endet im Schritt 80b.
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Dieses
hier dargestellte Ausführungsbeispiel stellt nur eine einfache
Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
Es sind jedoch auch Ausführungen denkbar, bei denen zusätzlich
zum Kriech-Antriebsmoment auch ein radselektives Kriech-Bremsmoment
vorgegeben wird, welches unterschiedliche Reibwerte an den Antriebsrädern
berücksichtigt, so dass auch bei sehr schlechten Fahrbahn-Bedingungen
ein Anfahren am Berg mit geringem Reibwert durch gezieltes Einsetzen
des Kriech-Bremsmoments ermöglicht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10219420
A1 [0006]
- - DE 2006051230 [0007]