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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeugs
beim Durchfahren einer Kurve mit den Schritten: Bilden von Radsollschlupfwerten
für Antriebsräder des Kraftfahrzeugs und Bilden
einer Stellgröße, die ein Drehmoment eines Antriebsmotors
des Kraftfahrzeugs beeinflusst, wobei die Bildung der Stellgröße
in Abhängigkeit von den Radsollschlupfwerten erfolgt. Die
Erfindung betrifft ferner ein Stabilitätsmanagement-Steuergerät nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
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Ein
solches Verfahren und ein solches Steuergerät ist jeweils
aus der
DE 101 30
659 A1 bekannt. Nach der
DE
101 30 659 ermitteln bekannte Fahrdynamik-Regelvorrichtungen
einen Istwert und einen Sollwert für die Gierrate des Kraftfahrzeugs
sowie einen Istwert für einen Schwimmwinkel des Kraftfahrzeugs.
Die Gierrate ist bekanntlich die Winkelgeschwindigkeit, mit der
sich das Kraftfahrzeug um seine Hochachse dreht. Der Schwimmwinkel
ist der Winkel zwischen der Längsrichtung des Fahrzeugs und
der Bewegungsrichtung seines Schwerpunktes.
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Nach
der
DE 101 30 659
A1 sehen bekannte Fahrdynamik-Regelvorrichtungen zur Stabilisierung des
Kraftfahrzeugs beim Durchfahren einer Kurve eine Regelung der Gierrate
und eine Begrenzung des Schwimmwinkels auf einen Wert von ungefähr
8° vor. Wird dieser Wert im Fahrbetrieb erreicht, bremsen die
bekannten Fahrdynamik-Regelvorrichtungen das Kraftfahrzeug herunter,
so dass das Kraftfahrzeug bei einer kritischen Kurvenfahrt stabilisiert
wird und nicht schleudert. Dieses an sich erwünschte Verhalten
hat nach der
DE 102
30 659 A1 aber den Nachteil, dass Kurven nicht so schnell
durchfahren werden können, wie es ein erfahrener Fahrer
bei Zulassung größerer Schwimmwinkel prinzipiell
könnte. Verwiesen wird in diesem Zusammenhang auf den Rallyesport,
bei dem Kurven bei genügend großem Schwimmwinkel
im Drift umfahren werden.
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Um
dem Fahrer schnellere Kurvenfahrten zu erlauben, schlägt
die
DE 101 30 659
A1 einen aktivierbaren Betriebsmodus der Fahrdynamik-Regelvorrichtung
vor, in dem größere Schwimmwinkel nicht nur zugelassen,
sondern aktiv geregelt werden. Unter anderem wird fahrerunabhängig
an den Antriebsrädern ein Antriebsschlupf erzeugt, durch
den sich ein merklicher Schwimmwinkel einstellt. Dadurch soll eine
zusätzliche, zum Mittelpunkt der zu durchfahrenden Kurve
gerichtete Kraftkomponente erzeugt werden. Gleichzeitig wird über
eine fahrerunabhängige Lenkbeeinflussung so gegengelenkt,
dass sich der Wunschkurs einstellt. Die Regeleingriffe erfolgen nur
dann, wenn der Fahrer das Kraftfahrzeug im fahrdynamischen Grenzbereich
betreibt, wobei der Grenzbereich durch Überschreitung von
Schwellenwerten für die Querbeschleunigung und/oder für
Radschlupfwerte erkennt wird.
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Bei
dem aus der
DE 101
30 659 A1 bekannten Verfahren wird dem Fahrer die Kontrolle über
das Kraftfahrzeug weitgehend entzogen, indem dort ein vorbestimmter
Schwimmwinkel in einem geschlossenen Regelkreis durch Bremseingriffe,
Motoreingriffe und Lenkeingriffe geregelt wird. Die Istwerte für
den Schwimmwinkel werden in Abhängigkeit von einem Lenkradwinkel
gebildet.
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Vor
diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe
eines Verfahrens und eines Steuergeräts, die es einem Fahrer
jeweils einerseits erlauben, Kurven mit größeren
Schwimmwinkeln, also im Drift, zu durchfahren und die dem Fahrer
die Fahrzeugbeherrschung beim Driften erleichtern, ohne ihm die
Kontrolle so weitgehend zu entziehen, wie es beim Gegenstand der
DE 101 30 659 A1 der
Fall ist. Dabei soll der Fahrer insbesondere so unterstützt
werden, dass er ein zu weitgehendes Eindrehen des Kraftfahrzeugs
leichter vermeiden kann.
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Diese
Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche gelöst, die jeweils eine Ermittlung
der Schwimmwinkelgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und eine in
Abhängigkeit von der Schwimmwinkelgeschwindigkeit erfolgende
Bildung von Radsollschlupfwerten des Kraftfahrzeugs vorsehen.
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Die
Ermittlung der Schwimmwinkelgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und
die Bildung der Radsollschlupfwerte in Abhängigkeit von
der Schwimmwinkelgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs basiert auf
der Erkenntnis, dass es gerade schnelle Änderungen des
Schwimmwinkels sind, die dem Fahrer ein kontrolliertes Driften erschweren.
Ein kontrolliertes Driften zeichnet sich durch einen sich allenfalls
langsam ändernden Schwimmwinkel aus. Große Werte
der Schwimmwinkelgeschwindigkeit treten vor allem auf, wenn der
Drift instabil wird und in ein unerwünschtes und unkontrolliertes
Drehen und/oder Schleuderns des Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn übergeht.
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Die
Erfindung erlaubt in diesem Zusammenhang, dass die Radschlupfsollwerte
bei zunehmender Schwimmwinkelgeschwindigkeit und damit bei zunehmender
Gefahr eines unerwünschten Drehens und/oder Schleuderns
des Kraftfahrzeugs automatisch reduziert werden. Dadurch wird der
Istschlupf an den Antriebsrädern reduziert und die Seitenführungskraft
der Antriebsräder erhöht. Die Seitenführungskraft
wird also gerade dann erhöht, wenn sich die Schwimmwinkelgeschwindigkeit
vergrößert. Dadurch wird ein übermäßiges
Drehen des Kraftfahrzeugs bei einem Driften gedämpft. Andererseits
erlaubt die Erfindung bei kleinen Schwimmwinkelgeschwindigkeiten
große Radschlupfsollwerte.
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Die
Erfindung erlaubt damit insbesondere auch große Schwimmwinkel
und damit ein vom Fahrer kontrolliertes Driften. Erst wenn sich
der Schwimmwinkel vergleichsweise schnell ändert, was für
den Fahrer nur schwer beherrschbar ist, greift die Erfindung ein
und dämpft den Anstieg der Schwimmwinkelgeschwindigkeit
durch eine Verringerung der Radschlupfsollwerte und eine dadurch
ausgelöste Erhöhung der Seitenführungskräfte.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen,
der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Dabei zeigen, jeweils in schematischer Form:
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1 ein
Kraftfahrzeug mit einem Fahrstabilitätsmanagement-System;
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2 typische
Kraftschluss-Schlupfkurven;
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3 ein
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Form
einer Funktionsblockdarstellung; und
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4 eine
Kombination verschiedener Ausgestaltungen des Ausführungsbeispiels
der 3.
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Im
Einzelnen zeigt die 1 ein Kraftfahrzeug 10 mit
zwei Vorderrädern 12, 14 und zwei Hinterrädern 16, 18.
Die x-Richtung eines Fahrzeug-eigenen Koordinatensystems ist zur
Längsachse des Fahrzeugs 10 parallel; eine Querachse
des Fahrzeugs 10 liegt in y-Richtung und eine Hochachse
des Fahrzeugs 10 liegt in z-Richtung. In der Ausgestaltung,
die in der 1 dargestellt ist, werden die
Hinterräder 16, 18 von einem Antriebsmotor 20 über
ein Getriebe 22 und Wellen 24, 26 angetrieben.
Der Antriebsmotor 20 wird von einem Motormanagement-Steuergerät 28 gesteuert.
Bei einem Verbrennungsmotor als Antriebsmotor 20 erfolgt
die Steuerung durch Stellsignale S_L und/oder S_K und/oder S_Z,
wobei das Stellsignal S_L die Luftzufuhr zum Verbrennungsmotor steuert,
das Stellsignal S_K die Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor steuert
und das Stellsignal S_Z den Zündwinkel des Verbrennungsmotors
steuert. Bei alternativen oder ergänzenden Antriebsmotoren,
beispielsweise einem Elektromotor, gibt das Motormanagement-Steuergerät 28 eine
entsprechend angepasste Stellgröße aus. Jede dieser
Stellgrößen beeinflusst das vom Antriebsmotor 20 generierte
Drehmoment und damit auch das letztlich an den Hinterrädern 16, 18 des
Kraftfahrzeugs 10 wirksame Antriebsmoment.
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Das
Motormanagement-Steuergerät 28 bildet die Stellgrößen
in Abhängigkeit von einem Fahrerwunsch FW, der eine Drehmomentanforderung durch
den Fahrer repräsentiert, und in Abhängigkeit von
einem Stabilitätsmanagementsollwert SMW, der von einem
Stabilitätsmanagementsystem des Kraftfahrzeugs 10 erzeugt
wird. Der Fahrerwunsch FW wird durch einen Fahrerwunschgeber 30 erfasst.
In einer Ausgestaltung erfasst der Fahrerwunschgeber 30 die
Stellung eines Fahrpedals. Der Stabilitätsmanagementsollwert
SMW entspricht ebenfalls einer Drehmomentanforderung und wird von
einem Stabilitätsmanagement-Steuergerät 32 gebildet.
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Zur
Bildung des Stabilitätsmanagementsollwerts SMW verarbeitet
das Stabilitätsmanagement-Steuergerät 32 Raddrehzahlsignale
n1, n2, n3, n4 von Raddrehzahlsensoren 34, 36, 38, 40,
eine Gierrate GR, die von einem Gierratensensor 42 erfasst
wird, eine Querbeschleunigung a_y, die von einem Querbeschleunigungssensor 44 erfasst
wird, den Fahrerwunsch FW und einen Lenkwinkel LW, der von einem
Lenkwunschgeber 46 erfasst wird. Der Lenkwunschgeber 46 erfasst
in der dargestellten Ausgestaltung die Winkelstellung eines Lenkrades 48,
die in der dargestellten Ausgestaltung über eine Lenksäule 50,
ein Lenkgetriebe 52 und ein Lenkgestänge 54 auf
die Vorderräder 12, 14 übertragen
wird. Der Lenkwunschgeber 46 kann auch an anderer Stelle
der Fahrzeuglenkung angeordnet sein.
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Ein
Steuermittel 56 dient zur Beeinflussung der Arbeitsweise
des Stabilitätsmanagement-Steuergeräts 32 durch
ein Driftwunschsignal DW, das einen Driftwunsch des Fahrers repräsentiert.
In einer Ausgestaltung ist das Steuermittel 56 ein Schalter
oder eine Anordnung von Schaltern, mit denen sich verschiedene Arbeitsmodi
wie Normalbetrieb, sportlicher Betrieb oder Betrieb auf abgesperrter
Rennstrecke auswählen lassen.
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Im Übrigen
ist das Steuergerät 32 dazu eingerichtet, insbesondere
dazu programmiert, das erfindungsgemäße Verfahren
und/oder eine seiner Ausgestaltungen durchzuführen. Unter
einer Durchführung wird dabei die Steuerung des Verfahrensablaufs
verstanden.
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2 zeigt
typische Kraftschluss-Schlupfkurven 58 und 60,
wobei die Kurve 58 den Reibbeiwert in Längsrichtung
des Kraftfahrzeugs 10 über dem Schlupf S eines
angetriebenen Hinterrades 16, 18 und die Kurve 60 den
Reibbeiwert in Querrichtung des Kraftfahrzeugs 10 über
dem Schlupf S eines angetriebenen Hinterrades 16, 18 angibt.
Der Kraftschluss ist bekanntlich proportional zum Reibbeiwert mue.
Die gestrichelte Linie 62 trennt einen linken, stabilen
Bereich von einem rechten, instabilen Bereich. Im stabilen Bereich
nimmt der Reibbeiwert mue in Längsrichtung gemäß der
Kurve 58 bei zunehmendem Radschlupf S zu. Im instabilen
Bereich nimmt der Reibbeiwert mue in Längsrichtung gemäß der Kurve 58 bei
zunehmendem Radschlupf S ab. Die meisten Beschleunigungsvorgänge
erfolgen bei kleinen Schlupfwerten im stabilen Bereich der Kurve 58. Erhöht
sich der Schlupf, erhöht sich dadurch auch der nutzbare
Kraftschluss. Mit zunehmendem Schlupf wird beim Überschreiten
des Maximums der Kurve 58 der instabile Bereich erreicht.
Eine weitere Erhöhung des Schlupfes führt dann
zu einer Verringerung des Kraftschlusses, so dass die Antriebsräder 16, 18 durchdrehen
und die Seitenführungskräfte gemäß der
Kurve 60 abnehmen.
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Beim
Durchfahren einer Kurve würde ein herkömmliches
Stabilitätsmanagement-Steuergerät, wie es bereits
vielfach in Serie verwendet wird, in diesem Fall das Antriebsmoment
des Antriebsmotors 20 durch eine Ausgabe eines verringerten
Sollwertes SMW an das Motormanagement-Steuergerät 28. verringern.
Dadurch würde der Antriebsschlupf S auf zulässige
Werte verringert und die Seitenführungskraft würde
entsprechend erhöht werden. Dadurch würde das
Kraftfahrzeug 10 bei einer Kurvenfahrt so stabilisiert,
dass es dem Lenkwinkel ohne Driften, dafür aber mit verringerter
Geschwindigkeit, folgt.
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3 veranschaulicht
die Bildung des Stabilitätsmanagement-Drehmomentsollwerts
SMW im Rahmen einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Dabei
wird die Bildung des Stabilitätsmanagement-Drehmomentsollwerts
SMW durch Funktionsblöcke repräsentiert, die Hardware-Strukturen
im Steuergerät 32 und/oder Software-Module des im Steuergerät 32 ablaufenden
Programms entsprechen. Die 3 offenbart
damit sowohl Verfahrens- als auch Vorrichtungsaspekte der vorliegenden
Erfindung. Die 3 zeigt insbesondere die Bildung
einer Drehmomentanforderung SMW durch das Stabilitätsmanagement-Steuergerät 32.
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Die
erfindungsgemäße Bildung der Radsollschlupfwerte
RS_SW in Abhängigkeit von einer Schwimmwinkelgeschwindigkeit
d(beta)/dt des Kraftfahrzeugs 10 erfolgt dabei in einem
Radschlupf-Sollwertgeber 64, dem Werte der Schwimmwinkelgeschwindigkeit
d(beta)/dt zugeführt werden und der davon abhängige
Radschlupfsollwerte RS_SW ausgibt. Die Radschlupfsollwerte RS_SW
werden in einer bevorzugten Ausgestaltung durch einen Kennlinienzugriff
gebildet. Die Kennlinie ist bevorzugt so ausgestaltet, dass die
Radschlupfsollwerte RS_SW bei kleinen Werten der Schwimmwinkelgeschwindigkeit d(beta)/dt
größer sind als bei großen Werten der Schwimmwinkelgeschwindigkeit
d(beta)/dt.
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Große
Werte der Schwimmwinkelgeschwindigkeit d(beta)/dt treten vor allem
bei einem unerwünschten Drehen des Kraftfahrzeugs auf.
Die Erfindung bewirkt in diesem Zusammenhang, dass die Radschlupfsollwerte
bei zunehmender Schwimmwinkelgeschwindigkeit und damit bei zunehmender
Gefahr eines unerwünschten Drehens des Kraftfahrzeugs reduziert
werden.
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Die
Radschlupfsollwerte RS_SW werden in einem Antriebsschlupfregler 66 zu
entsprechenden Solldrehmomenten SMW umgeformt. Kleine Radschlupfsollwerte
RS_SW führen dann zu einer Begrenzung des Antriebsmoments
des Antriebsmotors 20 durch eine Ausgabe entsprechender
Stellgrößen S_K, S_L, S_Z durch das Motormanagement-Steuergerät 28.
Dadurch wird der Istschlupf an den Antriebsrädern 16, 18 reduziert
und die Seitenführungskraft der Antriebsräder 16, 18 erhöht.
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Die
Seitenführungskraft wird also gerade dann erhöht,
wenn sich die Schwimmwinkelgeschwindigkeit vergrößert.
Dadurch wird ein übermäßiges Drehen des Kraftfahrzeugs
bei einem Driften gedämpft. Andererseits erlaubt die Erfindung
bei kleinen Schwimmwinkelgeschwindigkeiten große Radschlupfsollwerte.
Die Erfindung erlaubt damit insbesondere auch große Schwimmwinkel
und damit ein vom Fahrer kontrolliertes Driften. Erst wenn sich
der Schwimmwinkel vergleichsweise schnell ändert, was für
den Fahrer nur schwer beherrschbar ist, greift die Erfindung ein
und dämpft den Anstieg der Schwimmwinkelgeschwindigkeit
durch eine Verringerung der Radschlupfsollwerte, eine entsprechende
Verringerung des Antriebsmoments des Antriebsmotors 20, eine
daraus resultierende Verringerung des Istschlupfes in Längsrichtung
und eine damit einhergehende Erhöhung der Seitenführungskraft
der Hinterräder 16, 18.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass Werte der Schwimmwinkelgeschwindigkeit d(beta)/dt
als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit vx in Längsrichtung
x des Kraftfahrzeugs 19, seiner Gierrate GR und seiner
Querbeschleunigung a_y und unabhängig vom Lenkwinkel LW
gebildet werden. Diese Bildung der Schwimmwinkelgeschwindigkeit
d(beta)/dt in Abhängigkeit von den Signalen weniger Sensoren
ist ausreichend genau und schnell durchführbar und wird
in der 3 durch den Block 68 repräsentiert.
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Die 4 zeigt
eine Kombination verschiedener Ausgestaltungen des Ausführungsbeispiels der 3.
Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in sämtlichen Figuren
jeweils gleiche Elemente.
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Die
Bildung der Radsollschlupfwerte RS_SW erfolgt in Abhängigkeit
von der Schwimmwinkelgeschwindigkeit d(beta)/dt des Kraftfahrzeugs 10 in dem
Radschlupf-Sollwertgeber 64. Die Radschlupfsollwerte RS_SW
werden in dem Antriebsschlupfregler 66 zu entsprechenden
Solldrehmomenten SMW umgeformt. Die Bildung der Schwimmwinkelgeschwindigkeit
d(beta)/dt wird auch in der 4 durch den
Block 68 repräsentiert.
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Bevorzugt
ist auch, dass die Bildung der Radschlupfsollwerte in Abhängigkeit
von der Schwimmwinkelgeschwindigkeit d(beta)/dt nur dann durchgeführt
wird, wenn das Stabilitätsmanagement-Steuergerät 32 einen
Driftzustand des Kraftfahrzeugs 10 erkannt hat. Die Erkennung
erfolgt beim Gegenstand der 4 durch
den Block 70, der dazu den Lenkwinkel LW und die Gierrate
GR und/oder die Querbeschleunigung a_y und/oder ein sonstiges, im
Steuergerät 32 gebildetes Übersteuersignal
auswertet. Ein Driftzustand wird in einer Ausgestaltung dann erkannt,
wenn sich der Lenkwinkel entgegengesetzt zur Gierrate verändert,
was ein Gegenlenken des Fahrers bei einem beginnenden Drift anzeigt.
Alternativ oder ergänzend wird ein Driftzustand erkannt, wenn
das Übersteuersignal einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet
und/oder wenn der Lenkwinkel der Querbeschleunigung a_y entgegengesetzt
gerichtet ist und die Querbeschleunigung a_y einen vorbestimmten
Schwellenwert überschreitet.
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Wenn
ein Driftzustand erkannt wird, wird der Schalter 72 vom
Block 70 in die dargestellte Schaltstellung gebracht. In
dieser Schaltstellung wird ein Basiswert BW2 eines Radschlupfsollwertes
RS_SW aus einem Kennlinienblock 76 ausgelesen, der mit der
Schwimmwinkelgeschwindigkeit d(beta)/dt adressiert wird. Die Kennlinie
ist auch hier bevorzugt so ausgestaltet, dass die Radschlupfsollwerte RS_SW
bei kleinen Werten der Schwimmwinkelgeschwindigkeit d(beta)/dt größer
sind als bei großen Werten der Schwimmwinkelgeschwindigkeit
d(beta)/dt.
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Solange
das Steuergerät 32 noch keinen Driftzustand erkannt
hat, wird zunächst ein konstanter Basiswert BW1 eines Radschlupfsollwerts RS_SW
aus einem Block 74 ausgegeben. Das hat den Vorteil, dass
die Antriebsschlupfregelfunktion, die auch ein Durchdrehen der angetriebenen
Hinterräder 16, 18 bei einer Geradeausfahrt
verhindern soll, nicht durch die Betätigung des Steuermittels 56 beeinträchtigt
wird.
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Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die alternativ vom Block 74 oder
Block 76 bereitgestellten Basiswerte BW1, BW2 von Radschlupfsollwerten
vor einer Übergabe an den Antriebsschlupfregler 66 durch
Werte des Fahrerwunsches FW und/oder durch Reibbeiwerte mue zwischen
den Antriebsrädern 16, 18 und der Fahrbahn
und/oder durch Werte der Fahrzeuggeschwindigkeit vx ergänzend
beeinflusst werden.
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Die
Beeinflussung durch den Fahrerwunsch FW erfolgt dabei bevorzugt
durch eine additive Verknüpfung 77 des Basiswertes
BW1 oder des Basiswertes BW2 mit einem Korrekturwert KW_FW, der durch
einen Block 78 bereitgestellt wird. In einer bevorzugten
Ausgestaltung erfolgt die Bildung des Korrekturwerts KW_FW durch
einen Kennlinienzugriff. Bevorzugt ist die Kennlinie nicht-linear,
so dass der Block 78 bei großen Werten des Fahrerwunsches FW überproportional
große Korrekturwerte KW_FW ausgibt. Dadurch wird dem Fahrer
die Einleitung und Kontrolle des Driftens über die Fahrpedalstellung
erleichtert, da große Radschlupfwerte bei großer
Drehmomentanforderung die Seitenführungskräfte
verringern und damit ein Leistungs-Übersteuern erlauben.
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Bevorzugt
ist auch, dass der Basiswert BW1, BW2 oder das Ergebnis BW1 + KW_FW,
BW2 + KW_FW der Verknüpfung von Basiswert BW1, BW2 und
Korrekturwert KW_FW multiplikativ mit einem Korrekturwert KW_mue
in Abhängigkeit von dem Reibbeiwert mue durch Zugriff auf
einen Kennlinienblock 80 und/oder mit einem Korrekturwert
KW_vx durch Zugriff auf einen Kennlinienblock 82 in vorbestimmbarer
Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit vx beeinflusst
wird. Dabei ist die Abhängigkeit jeweils so ausgestaltet,
dass bei größeren Reibbeiwerten größere
Radschlupfwerte erlaubt sind. Die Beeinflussung erfolgt in der dargestellten Ausgestaltung
mit Hilfe einer multiplikativen Verknüpfung 79.
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Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass der Basiswert BW2
bei kleinen Schwimmwinkeln beta angehoben wird, um den Driftzustand leichter
einleiten zu können. Dabei wird der Schwimmwinkel beta
bevorzugt durch eine Integration der Schwimmwinkelgeschwindigkeit
d(beta)/dt ermittelt. Die Integration erlaubt eine hinreichend genaue
Ermittlung des Schwimmwinkels beta auch im nichtlinearen Bereich.
Alternativ könnte der Schwimmwinkel auch durch zusätzliche
Sensorik, zum Beispiel durch zwei GPS-Sensoren oder durch eine aufwändige
Berechnung in einem Echtzeit-Fahrzeug-Simulationsmodell bereitgestellt
werden. Die hier bevorzugte Ermittlung durch eine Integration der Schwimmwinkelgeschwindigkeit
vermeidet diese vergleichsweise aufwändigen und teuren
Alternativen. Allerdings bewirkt die Integration, dass auch Ungenauigkeiten
in der Schwimmwinkelgeschwindigkeit d(beta)/dt aufsummiert werden.
Der Wert für den Schwimmwinkel steht daher nur für
kurze Zeit als zuverlässiger Wert zur Verfügung.
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Die
Berechnung des Schwimmwinkels beta erfolgt im Block 84 und
wird zu dem Zeitpunkt des Erkennens des Driftzustandes, also zeitgleich
mit einer Betätigung des Schalters 72, gestartet.
Mit dem auf diese Weise gebildeten Schwimmwinkel wird eine Kennlinie 86 adressiert,
die einen Offset f(beta) ausgibt. In der additiven Verknüpfung 88 wird
f(beta) mit dem Basiswert BW2 additiv verknüpft. Dadurch
wird der Radsollschlupf für kleine Schwimmwinkel beta angehoben,
was die Einleitung des Driftzustandes erleichtert. Nach einer vorbestimmbaren
Zahl von Sekunden, nach der die Integration aus den genannten Gründen
zu ungenau wird, erfolgt ein allmähliches Verringern der
Anhebung bevorzugt bis auf den Wert Null, so dass bei größeren
Schwimmwinkeln keine Anhebung des Basiswerts BW2 mehr erfolgt.
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Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Funktionsblockstruktur
der 4 neben dem beschriebenen Zweig weitere Zweige 92, 100 aufweist, von
denen jeweils einer alternativ zu dem beschriebenen Zweig für
die Bildung eines Stabilitätsmanagementsollwerts SMW des
Stabilitätsmanagement-Steuergeräts 32 verwendet
wird.
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Dabei
entspricht der Zweig 92 einer Motorschleppmomentregelung
bei erkanntem Driftzustand. In diesem Fall wird der Schalter 94 geschlossen
und das Drehmoment des Antriebsmotors 20 durch Ausgabe
eines vorbestimmten Werts unteren Grenzwerts SMW_u aus einem Speicher 96 beschränkt, um
ein weiteres Eindrehen des Kraftfahrzeugs 10 zu begrenzen,
wenn der Fahrer kein Drehmoment mehr anfordert. Ein typischer Wert
von SMW_u liegt in der Größenordnung von –5
NM.
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In
der Ausgestaltung, die in der 4 dargestellt
ist, schaltet der Fahrer durch Betätigen des Steuermittels 56 die
Bildung der Radsollschlupfwerte an den Antriebsrädern 16, 18 durch
den Radschlupf-Sollwertgeber 64 ein. Der Schalter 98 befindet
sich dann in der dargestellten Stellung. Das Steuermittel 56 ist
bevorzugt so ausgestaltet, dass es dem Fahrer nicht nur eine Aktivierung,
sondern auch eine Deaktivierung der Schlupfsollwertbildung durch den
Radschlupf-Sollwertgeber 64 erlaubt.
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Nach
einem Start des Antriebsmotors 20 schaltet das Steuermittel 56 den
Schalter 98 automatisch in die alternative, in der 4 nicht
dargestellte Schaltstellung um, so dass die Bildung der Radschlupfsollwerte
als Default-Maßnahme durch den Zweig 100 erfolgt.
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Der
Zweig 100 entspricht dabei dem Stand der Technik, wie er
zum Beispiel häufig in Serie verwendet wird. Dort werden
die Radsollschlupfwerte RS_SW und damit auch die resultierenden
Drehmomentanforderungen durch Stabilitätsmanagementsollwerte
SMW auf der Basis eines Gier-Sollmomentes und eines Sollschwimmwinkels
als zu regelnden Zustandsgrößen gebildet.
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Im
Zweig 100 erfolgt die Bildung der Radschlupfsollwerte RS_SW
durch einen bekannten Fahrdynamikregler 102 in Abhängigkeit
von dem Signal LW des Lenkwunschgebers 46, vom Signal FW des
Fahrerwunschgebers 30 (oder einer ein bestimmtes Drehmoment
anfordernden Funktion des Steuergeräts 28 des
Antriebsmotors 20). Zusätzlich geht in die Bildung
der Radschlupf-Sollwerte RS_SW die Haftreibungszahl mue und die
Fahrzeuggeschwindigkeit vx ein, die aus den Signalen der Raddrehzahlsensoren 34, 36, 38, 40,
des Gierraten-Sensors 42 und des Querbeschleunigungssensors 44 geschätzt
werden. Zur Bestimmung der Radschlupfsollwerte bestimmt der Fahrdynamikregler 102 dabei zunächst
Sollwerte und Istwerte des Schwimmwinkels und der Gierrate.
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Dazu
weist der bekannte Fahrdynamikregler 102 einen regelungstechnischen
Beobachter auf, unter dem hier ein Echtzeit-Fahrzeug-Simulationsmodell
verstanden wird. Das Echtzeit-Fahrzeug-Simulationsmodell ist als
Programm realisiert, das im Fahrdynamikregler 102 abläuft
und dabei unter anderem Istwerte des Schwimmwinkels aus Signalen
eines Gierratensensors, eines Querbeschleunigungssensors, eines
Lenkwinkelsensors und aus Werten einer Fahrzeuglängsgeschwindigkeit
berechnet, die von einer untergeordneten Brems- und Antriebsschlupfreglerstruktur
im Steuergerät unter anderem aus Signalen von Raddrehzahlsensoren
ermittelt wird.
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Aus
den Abweichungen der Istwerte von den Sollwerten wird das Giermoment
berechnet, das benötigt wird, um die Istwerte des Schwimmwinkels
und der Gierrate an ihre Sollgrößen anzugleichen.
Zur physikalischen Realisierung dieses Gier-Sollmoments ermittelt
der bekannte Fahrdynamikregler 102 die erforderlichen Radsollschlupfwerte
RS_SW an den Antriebsrädern 16, 18 und übergibt
diese Radsollschlupfwerte RS_SW über den Schalter 98 an den
Antriebsschlupfregler 66, der aus den Radschlupfsollwerten
RS_SW eine Drehmomentanforderung SMW für das Motorsteuergerät 28 bildet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10130659
A1 [0002, 0003, 0004, 0005, 0006]
- - DE 10130659 [0002]
- - DE 10230659 A1 [0003]