DE102007052749A1

DE102007052749A1 - Verfahren zum Detektieren von Radschlupf

Info

Publication number: DE102007052749A1
Application number: DE102007052749A
Authority: DE
Inventors: Frank Leibeling; Stefan Kueperkoch; Jasper-Jeen Jeninga
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2009-05-07
Also published as: WO2009059853A1; CN101848826A; EP2217477A1; EP2217477B1; US20100312448A1; US8565995B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren von Radschlupf an wenigstens einem Rad (2a, 2b), das von einem Motor (5) angetrieben wird, wobei das am Rad (2a, 2b) wirkende Antriebsmoment (MA) variiert, und die Reaktion des Rades auf die Änderung des Antriebsmoments (MA) gemessen und ausgewertet wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren von Radschlupf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein entsprechendes Steuergerät zum Ausführen des Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 10.
Die Fahrzeuggeschwindigkeit von Kfz wird heute üblicherweise aus den Rad-Drehzahlen geschätzt. Bei dieser Methode kann es zu Ungenauigkeiten kommen, wenn beim Beschleunigen oder Abbremsen des Fahrzeugs ein hoher Radschlupf auftritt, also wenn sich bestimmte Räder schneller oder langsamer drehen als die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit. In diesem Fall wird die Fahrzeuggeschwindigkeit entweder zu hoch oder zu niedrig geschätzt.
Steuereinheiten wie ABS, TCS und ESP nutzen die geschätzte Geschwindigkeit zur Überwachung des Fahrzustandes oder zur Berechnung von Sollwerten, wie z. B. zur Berechnung einer Soll-Gierrate. Eine ungenaue Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit kann daher dazu führen, dass die Steuereinheiten falsch reagieren und das Fahrzeug zu schwach oder zu stark bremsen.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine verbesserte Möglichkeit zur Erkennung von Radschlupf bzw. der Stabilität eines Rades bereitzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, das Antriebsmoment an wenigstens einem Rad zu variieren und die Reaktion des Rades auf die Änderung des Antriebsmoments zu messen und auszuwerten. Bei Vorliegen von hohem Radschlupf wird sich die Radgeschwindigkeit relativ schnell ändern, da im Wesentlichen nur das betreffende Rad durch das Antriebsmoment beschleunigt bzw. verzögert wird. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ändert sich dabei nicht oder nur kaum. Liegt dagegen kein bzw. nur geringer Radschlupf vor, ist die Radbeschleunigung wesentlich geringer, da nicht nur das betreffende Rad, sondern das gesamte Fahrzeug beschleunigt bzw. verzögert wird. Aus der Reaktion des Rades kann somit geschlossen werden, ob das Rad stabil oder instabil läuft.
Zur Bestimmung der Reaktion des Rades kann z. B die Raddrehzahl, deren Änderung, die Radgeschwindigkeit, deren Änderung, die Radbeschleunigung bzw. deren Änderung oder eine andere für das Radverhalten kennzeichnende Größe ausgewertet werden. Alternativ könnte auch die Änderung des Rad-Drehmoments ausgewertet werden. Im Folgenden wird aus Gründen der Einfachheit nur auf die Änderung der Radgeschwindigkeit Bezug genommen. Die anderen Größen können jedoch gleichermaßen zur Auswertung herangezogen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren findet vorzugsweise Anwendung bei 4×4-Fahrzeugen.
Eine Radinstabilität wird erkannt, wenn die Änderung der Radgeschwindigkeit (oder einer anderen charakteristischen Größe) in Reaktion auf die Änderung des Antriebsmoments einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Der Schwellenwert liegt vorzugsweise etwa 10% Abweichung gegenüber dem Wert, der ohne künstliche Änderung des Antriebsmoments, bei einem nicht schlupfenden (stabilen) Rad vorliegen würde. Die entsprechenden Werte bei stabilem Fahrverhalten können z. B. als Kennlinien in einem Speicher hinterlegt sein.
Die Änderung der Radgeschwindigkeit oder die Radbeschleunigung wird vorzugsweise mittels Rad-Drehzahlsensoren gemessen.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann das Antriebsmoment auch ein oder mehrere Male aufeinander folgend erhöht und wieder verringert werden. Im Extremfall kann das Antriebsmoment z. B. periodisch oszillierend variiert werden. Je nachdem, ob sich das Rad im Schlupf befindet oder nicht, wird es der Anregung entweder in kurzem zeitlichen Abstand und mit hoher Amplitude, oder stark verzögert, mit geringer Amplitude folgen. Aus der Reaktion des Rades kann somit wiederum die Stabilität des Rades ermittelt werden.
Bei oszillierender Anregung wird vorzugsweise auf das Vorliegen einer Radinstabilität erkannt, wenn die Änderung der Radgeschwindigkeit oder die Frequenz wenigstens ein mal einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Es kann auch festgelegt werden, dass die betrachtete Größe mehrere Male zugehörige Schwellenwerte übersteigen muss. Bei einer Erhöhung des Antriebsmoments kann beispielsweise festgelegt werden, dass in der Beschleunigungsphase ein bestimmter Beschleunigungswert, und bei der Verringerung des Antriebsmoments ein bestimmter Verzögerungswert überschritten werden muss.
Das Antriebsmoment wird vorzugsweise mittels eines Motor-Steuergeräts variiert, das ein Motorsteuersignal an den Motor des Fahrzeugs ausgibt.
Der Radschlupf kann in bestimmtem Umfang auch quantitativ bestimmt werden, indem ein Verhältnis aus der Anregung (Änderung des Antriebsmoments) und der Reaktion des Rades gebildet wird.
Das vorstehend beschriebene Verfahren ist vorzugsweise Software gesteuert. Ein entsprechender Algorithmus kann z. B. im Motor-Steuergerät hinterlegt sein.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung kann für den Fall, dass kein Radschlupf vorliegt bzw. das Rad stabil läuft, die Fahrzeugmasse aus der Änderung des Antriebsmoments bzw. der am Rad wirkenden Kraft ΔF und der Änderung der Fahrzeugbeschleunigung Δa berechnet werden. Das am Rad wirkende Drehmoment sollte dabei eine gewisse Zeit konstant gehalten werden, um eine stabile Beschleunigung zu erreichen. Für die Fahrzeugmasse m_F gilt: mF = ΔFΔa
Dieser Ansatz kann auch unabhängig von der Radschlupferkennung verwendet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Skizze eines Fahrzeugs, bei dem Räder über ein Getriebe von einem Motor angetrieben werden; und
2 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1 mit vier Rädern 2a, 2b, 2c und 2d. Die Vorderräder 2a und 2b werden von einem Motor 5 über den Antriebsstrang 4 und ein Getriebe 3 angetrieben. Das auf die Räder 2a und 2b wirkende Antriebsmoment ist mit M_A bezeichnet. Der Motor 5 ist mit einem Motor-Steuergerät 6 verbunden.
Am Rad 2a ist ein Drehzahlsensor 7 angeordnet, aus dessen Signal z. B. die Radgeschwindigkeit oder Radbeschleunigung ermittelt werden kann.
Um einen hohen Radschlupf bzw. eine Radinstabilität zu erkennen (d. h. der Radschlupf ist größer als im Maximum der μ-Schlupf-Kurve), ist im Steuergerät 6 ein Algorithmus hinterlegt, der im Wesentlichen wie in 2 dargestellt arbeitet:
In einem ersten Schritt 10 erzeugt das Motor-Steuergerät 6 ein Steuersignal für den Motor 5, mittels dessen das Motor- bzw. Antriebsmoment M_A automatisch erhöht oder verringert wird. In Block 12 wird das Signal des Drehzahlsensors 7 vom Motor-Steuergerät 6 abgetastet und ausgewertet.
Im vorliegen Ausführungsbeispiel wird auf Vorliegen von hohem Radschlupf erkannt, wenn die Änderung der Radgeschwindigkeit infolge der Änderung des Antriebsmoments einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Bei einem instabilen Rad wird sich die Radgeschwindigkeit relativ schnell ändern, da durch das Antriebsmoment im Wesentlichen nur das betreffende Rad beschleunigt bzw. verzögert wird. Liegt dagegen kein bzw geringer Radschlupf vor (d. h. der Radschlupf ist kleiner als im Maximum der μ-Schlupf-Kurve), ist die resultierende Radbeschleunigung bzw. -Verzögerung wesentlich geringer, da nicht nur das betreffende Rad, sondern das gesamte Fahrzeug beschleunigt bzw. verzögert werden muss. Aus der Reaktion des Rades kann somit geschlossen werden, ob es instabil ist oder nicht. Anstelle der Radgeschwindigkeit könnte alternativ auch die Raddrehzahl, die Radbeschleunigung oder eine andere, das Radverhalten kennzeichnende Größe für den Schwellenwertvergleich herangezogen werden.
Der Schwellenwert hat vorzugsweise etwa 10% Abweichung gegenüber dem Wert, der ohne die künstliche Änderung des Antriebsmoments, bei nicht (oder gering) schlupfendem Rad vorliegen würde.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung kann das Verfahren der Schritte 10 und 12 verfeinert werden, indem das Antriebsmoment mehrere Male aufeinander folgend erhöht und verringert wird. Im Extremfall kann das Rad 2a oszillierend angeregt werden. Sofern das Rad 2a instabil ist, wird es der Oszillation des Motormoments zeitnah, mit hoher Amplitude folgen. Wenn das Rad dagegen ohne bzw. mit geringem Schlupf läuft, wird es nur mit sehr geringer Amplitude folgen, da in diesem Fall die Trägheit des gesamten Fahrzeugs gegen die Anregung wirkt. Das Vorliegen einer Radinstabilität wird hier erkannt, wenn die Änderung der Radgeschwindigkeit oder die Schwingungsfrequenz des Rades wenigstens ein mal einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
In Schritt 14 wird schließlich das Ergebnis der Schlupfermittlung an andere Steuergeräte weitergeleitet, damit andere Steuerungs- oder Regelungsalgorithmen, die die Fahrzeuggeschwindigkeit verarbeiten, entsprechend reagieren können.

Claims

Verfahren zum Detektieren von Radschlupf an wenigstens einem Rad (2a, 2b), das von einem Motor (5) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass das am Rad (2a, 2b) wirkende Antriebsmoment (M_A) automatisch variiert, und die Reaktion des Rades auf die Änderung des Antriebsmoments (M_A) gemessen und ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmoment (M_A) erhöht oder reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf Vorliegen von hohem Radschlupf erkannt wird, wenn eine die Reaktion des Rades kennzeichnende Größe, wie z. B. die Raddrehzahl oder deren Änderung, die Radgeschwindigkeit oder deren Änderung, die Radbeschleunigung oder eine andere charakteristische Größe, infolge der Änderung des Antriebsmoments (M_A) einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert bei etwa 10% Abweichung gegenüber dem Wert liegt, der ohne die Änderung des Antriebsmoments (M_A) vorliegen würde.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Radgeschwindigkeit oder die Radbeschleunigung aus einer Raddrehzahl ermittelt wird, die mittels eines Rad-Drehzahlsensors (7) gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das am Rad (2a, 2b) wirkende Antriebsmoment (M_A) ein oder mehrere Male aufeinander folgend erhöht und wieder reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf Vorliegen von hohem Radschlupf erkannt wird, wenn die charakteristische Größe wenigstens einmal einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation des Antriebsmoments (M_A) mittels eines Motorsteuergeräts (6) initiiert wird, das ein entsprechendes Motorsteuersignal an den Motor (5) des Fahrzeugs ausgibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radschlupf aus dem Verhältnis zwischen der Änderung des Antriebsmoments (M_A) und der dadurch bewirkten Änderung der Radbeschleunigung quantitativ bestimmt wird.
Steuergerät, umfassend Mittel zum Durchführen eines der vorstehend genannten Verfahren.
Verfahren zum Bestimmen der Masse eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmoment (M_A) variiert, und die Änderung der Radbeschleunigung wenigstens eines Rades (2a, 2b) gemessen und in Relation zur Änderung des Antriebsmoments (M_A) oder einer dazu proportionalen Größe gesetzt wird, um die Fahrzeugmasse zu bestimmen.
Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugmasse durch die Formel mF = ΔFΔa bestimmt wird, wobei ΔF der Veränderung des Antriebsmomentes (M_A) entspricht, Δa die Veränderung der Beschleunigung des Fahrzeugs und m_F die Fahrzeugmasse ist.