DE102008036048A1

DE102008036048A1 - Verfahren zur Ansteuerung von Fahrzeugkomponenten zum automatischen Freischaukeln eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102008036048A1
Application number: DE102008036048A
Authority: DE
Inventors: Werner Foag
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2008-08-01
Filing date: 2008-08-01
Publication date: 2010-02-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung von Fahrzeugkomponenten eines Kraftfahrzeugs, derart, dass in zumindest einem Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs automatisiert ein periodisch schwankendes Antriebsmoment an den Antriebsrädern bereitgestellt wird, wobei bei einem Anfahrvorgang in Abhängigkeit von vorbestimmten Betriebsparametern eine automatische Erkennung durchgeführt wird, ob der zumindest eine Betriebsmodus aktiviert werden sollte oder nicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung von Fahrzeugkomponenten eines Kraftfahrzeugs, derart, dass in einem Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs automatisiert ein periodisch schwankendes oder reversierendes Antriebsmoment an den Antriebsrädern zum automatischen Freischaukeln des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird. Dabei sind Fahrzeugkomponenten im Sinne der Erfindung insbesondere solche, über deren Ansteuerung das auf die Fahrzeugräder zu übertragene Antriebsmoment beeinflussbar ist.
Auf Fahrbahnen mit niedrigen Reibwerten ist das Anfahren aus dem Stillstand – speziell bei einachsgetriebenen Kraftfahrzeugen – relativ häufig mit einem initialen Durchdrehen der Fahrzeugräder der angetriebenen Achse verbunden. Dabei dreht zumeist erst das Rad auf der Fahrbahnseite mit niedrigerem Reibwert durch. Das durchdrehende Antriebsrad wird dann in herkömmlicher Weise über ein Antriebsschlupfregelsystem gebremst, so dass kurze Zeit später häufig schon das zweite Antriebsrad beginnt durchzudrehen, um dann entsprechend später ebenfalls über das Antriebsschlupfregelsystem abgebremst zu werden. Gleichzeitig wird über das Schlupfregelsystem das gemäß dem Fahrerwunsch bereitgestellte Antriebsmoment reduziert, so dass hierdurch ggf. schon ein Anfahren des Fahrzeugs erreicht wird. insbesondere bei Fahrbahnen mit verfrachtbaren Zwischenschichten (wie Schnee, Matsch, Geröll, feuchte Erde, durch den auftretenden Radschlupf schmelzendes Eis oder dergleichen) besteht immer ein hohes Risiko, dass sich die Fahrzeugräder aufgrund eines Durchdrehens mehr oder weniger rasch eingraben – häufig genügen hierfür bereits nur wenige Radumdrehungen – und hierdurch einen sog. Potentialtopf erzeugen, der den Anfahrvorgang vereitelt.
In der DE 103 34 451 A1 ist bereits ein Verfahren zur Steuerung eines Betätigungsaktuators einer Anfahrkupplung eines Kraftfahrzeugautomatikgetriebes bekannt, bei dem der Aktuator von einem Steuergerät so gesteuert wird, dass die Anfahrkupplung bei Vorliegen eines Anfahrwunsches sowie bei eingestelltem Getriebeübersetzungsverhältnis geschlossen und zur Beendigung des Anfahrvorgangs geöffnet wird, wobei zur Befreiung des Fahrzeugs aus einem Fahrweghindernis (z. B. vorstehende beschriebener „Potentialtopf”) ein automatisch ablaufender Freischaukelvorgang durchführbar ist. Hierfür wird die Anfahrkupplung durch Ansteuerung des Betätigungsaktuators vollautomatisch derart betrieben, dass das von der Kupplung übertragene Drehmoment periodisch schwankt.
Des Weiteren ist aus der DE 101 28 853 A1 ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs bekannt, durch das ebenfalls ein automatisches Freischaukeln gewährleistet werden soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfahren zum automatischen Freischaukeln eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen – insbesondere soll ein Verfahren bereitgestellt werden, durch welches der Komfort für den Fahrzeugführer weiter gesteigert wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, während in den Unteransprüchen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind.
Gemäß der Erfindung soll – mit Vorteil bei jedem Anfahrvorgang – in Abhängigkeit von vorbestimmten Betriebsparametern eine automatische Prüfung bzw. Erkennung durchgeführt werden, ob ein automatischer Freischaukelbetrieb (Freischaukelmodus) aktiviert werden soll bzw. empfohlen werden soll oder nicht. Hierfür können algorithmisierbare Merkmale herangezogen werden, anhand derer erkannt werden kann, ob die automatisierte Freischaukelfunktion sinnvoll oder notwendig ist. Beispielsweise kann dies durch die Beobachtung (des zeitlichen Signalverlaufs) der Korrelation von erzeugtem und/oder des auf die Antriebsräder übertragenem Antriebsmoment mit dem an zumindest einem Antriebsrad auftretenden Radschlupf erfolgen (ab v = 0, mit einer Referenzgeschwindigkeit aus den gemittelten Raddrehzahlen der nicht angetriebenen Achse) – insbesondere absolut und im Verhältnis zur Fahrpedalstellung und zum Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs (repräsentiert durch die nicht angetriebenen Räder). Wenn das Antriebsmoment erhöht oder aufrechterhalten werden kann und kein Radschlupf eine vorbestimmte Obergrenze erreicht oder übersteigt, ist ein Festfahren des Fahrzeugs bzw. ein Eingraben der antreibenden Fahrzeugräder nicht zu befürchten und der Anfahrvorgang sollte problemlos erfolgen können.
Sobald jedoch ein sogenanntes „Wegkippen”, das heißt ein Abfallen des (Antriebs-)Momentenniveaus in Relation zu den erwarteten Radgeschwindigkeitsverläufen über ein vorbestimmtes Maß hinaus detektiert wird, könnte dies – je nach Ausmaß der Überschreitung – als eine potentielle Festfahr-Situation bzw. als Gefahr für eine möglicherweise bevorstehende Festfahrsituation gewertet werden. Für eine solche möglicherweise bevorstehende Festfahrsituation kann dann ein automatisch durchgeführter Freischaukelbetrieb angeboten bzw. durchgeführt werden. Die Detektion des „Wegkippens des Momentenniveaus” und die Detektion des „Abreißens einer oder beider Antriebsraddrehzahlen der angetriebenen Achse” erfolgt mit Vorteil über die ohnehin im Fahrzeug vorhandenen schlupfbasierten Überwachungs-/Steuer- und Regelungssysteme (wie z. B. Dynamische Stabilitätskontrolle (bei Fahrzeugen der Anmelderin unter dem Kürzel DSC bekannt) und/oder etwaige Antriebsschlupfregelsysteme (bei Fahrzeugen der Anmelderin unter dem Kürzel ASC bekannt)). Für den Fall, dass beispielsweise über die Antriebsschlupfregelung ein entsprechender Radschlupf erkannt wird, würde diese das Antriebsmoment am aktuell schlupfenden Antriebsrad automatisch reduzieren. Diese Reduzierung von Antriebsmoment erfolgt dabei vollautomatisch aufgrund einer zuvor detektierten Schlupfsituation („Abreißen der Antriebsraddrehzahl”) an zumindest einem Antriebsrad. Die Erkennung, ob die automatische Freischaukelfunktion aktiviert werden sollte oder nicht, erfolgt beispielsweise in Abhängigkeit von dem Ausmaß des detektierten Schlupfes bzw. dem Ausmaß der den Schlupf begründenden, insbesondere einer abrupten Drehzahlerhöhung oder in Abhängigkeit vom Verhältnis tatsächlich absetzbares Antriebsmoment zu auf Hochreibwert dem erwarteten Beschleunigungsverlauf gemäßes Antriebsmoment oder in Abhängigkeit von einer Kombination der beiden vorstehend definierten Kriterien. Wird erkannt, dass die automatische Freischaukelfunktion sinnvoller Weise aktiviert werden sollte, kann ein entsprechendes Signal zur Information des Fahrers generiert werden und/oder die Freischaukelfunktion automatisch aktiviert werden. Die Fahreranzeige kann zusätzlich oder alternativ eine Aufforderung zur manuellen Aktivierung der Freischaukelfunktion umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Erkennung, ob die Freischaukelfunktion aktiviert werden sollte oder nicht auch in Abhängigkeit davon erfolgen, ob die durch Messung (a_x Sensor (Beschleunigungs- bzw. Neigungssensor in In Richtung Fahrzeuglängsachse), speziell in Allradfahrzeugen) oder modellbasierte Schätzung ermittelte Fahrbahnsteigung, die richtungsabhängig den Sollmomentbedarf für reguläres Losfahren beeinflusst, einen entsprechenden Grenzwert überschreitet oder nicht.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen werden, bevor der Freischaukelmodus bzw. die Freischaukelfunktion aktiviert wird (entweder durch manuelle Bestätigung des Fahrers oder automatisch durch das System), eine Aufforderung an den Fahrzeugführer zu generieren, dass dieser über die Lenkung die Fahrzeugräder gerade stellt (Ausrichtung in Richtung der Fahrzeuglängsachse), um die Anfahrwiderstände zu minimieren. Alternativ kann die Ausrichtung der Fahrzeugräder auch automatisch über das System durchgeführt werden. Hierfür muss das Kraftfahrzeug eine die Lenkung unterstützende Lenkaktuatorik aufweisen, und eine Steuereinrichtung vorhanden und derart ausgebildet sein, dass vor Aktivierung des automatischen Freischaukelmodus, ein Steuersignal zur Ansteuerung der Lenkaktuatorik erzeugt wird, über welche die Fahrzeugräder nach einer geeigneten Anzeige für den Fahrer, die Lenkung freizugeben, in Richtung der Fahrzeuglängsachse automatisch gerade ausgerichtet werden.
Ferner können Mittel zur Überwachung der Fahrzeugumgebung auf Hindernisse vorhanden sein und entsprechend ausgewertet werden, derart, dass die Fahrzeugumgebung auf zumindest in Bewegungsrichtung des Fahrzeugs vorhandene Hindernisse überwacht wird und in Abhängigkeit davon, ob ein störendes Hindernis erkannt wird oder nicht, die Freischaukelfunktion freigegeben oder gesperrt wird. Dabei wird zumindest der in Fahrzeuglängsrichtung vor und hinter dem Fahrzeug befindliche Raum über eine Sensorik überwacht. Die Sensorik kann beispielsweise in Form von Abstands- bzw. Näherungssensoren (hierfür können auch die häufig ohnehin bereits vorhandenen sog. PDC-Sensoren einer Parkhilfe verwendet werden) oder in Form einer Bug- bzw. Heckkamera ausgebildet sein. Aus einem Vergleich der freien Weglängen vor und hinter dem Fahrzeug kann das System einen Vorschlag bzw. eine automatische Funktionsausprägung ableiten, vorzugsweise vorwärts oder rückwärts aus dem Potentialtopf (Fahrweghindernis) zu rollen. Hierzu ist es ggf. erforderlich, dass das System die Momentenrichtung selbstständig reversieren kann.
Mit Vorteil wird auch der Bereich in unmittelbarer Nähe neben dem Fahrzeug auf Hindernisse überwacht, so dass bei einem kurvigen Hinausfahren aus dem Hindernis keine seitliche Berührung zwischen Fahrzeug und seitlichem Hindernis erfolgt.
Allen Ausführungsformen der Erfindung ist gemein, dass im Rahmen des Freischaukelmodus Fahrzeugkomponenten derart angesteuert werden, dass ein periodisch schwankendes oder reversierendes Antriebsmoment an den Antriebsrädern erzeugbar ist. Als Fahrzeugkomponenten im Sinne der Erfindung werden demnach solche angesehen, über deren Ansteuerung das auf die Fahrzeugräder zu übertragene Antriebsmoment beeinflussbar ist. Im Falle eines zumindest teilweise elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug) kann eine solche Fahrzeugkomponente z. B. durch eine elektrische Antriebsmaschine gebildet sein. Im Falle eines rein brennkraftmotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugs kann eine solche Fahrzeugkomponente durch ein Automatikgetriebe bzw. eine entsprechende Wandlereinrichtung gebildet sein. In einer Weiterbildung der Erfindung wird jede zur Erzeugung des periodisch schwankenden Antriebsmoments anzusteuernde Fahrzeugkomponente derart angesteuert, dass das Antriebsmoment periodisch schwankend ein unterschiedliches Vorzeichen aufweist – also einmal in Vorwärtsrichtung das Fahrzeug antreibt und einmal in Rückwärtsrichtung das Fahrzeug antreibt. Dabei erfolgt die Ansteuerung insbesondere derart, dass das Antriebsmoment einen näherungsweise sinusförmigen, dreieck- oder sägezahnförmigen Verlauf annimmt. Insbesondere im Falle eines rein brennkraftmotorischen Antriebs mit einer automatischen bzw. automatisierten Getriebeeinrichtung, kann das Übersetzungsverhältnis und Vorzeichen der Getriebeeinrichtung in Abhängigkeit von vorbestimmten Betriebsparametern variierbar sein.
Schließlich umfasst die Erfindung neben dem beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren eine Steuereinrichtung die derart ausgebildet ist, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung der Fahrzeugkomponenten umsetzbar ist. Des Weiteren umfasst die Erfindung noch ein Kraftfahrzeug umfassend eine derartige Steuereinrichtung. Diese kann wahlweise in der Motor- oder Getriebesteuerung, im Schlupfregelsystem (DSC), oder in einem übergreifenden Steuergerät, das mit den genannten Komponenten kommuniziert, untergebracht sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist, auch wenn es vorrangig anhand eines zweispurigen Kraftfahrzeugs in Form eines PKW beschrieben wurde, nicht auf die Anwendung bei zweispurigen Kraftfahrzeugen (wie PKW oder Nutzfahrzeuge oder dergleichen) eingeschränkt – ebenso ist der erfindungsgemäße Gedanke bei einspurigen Kraftfahrzeugen, wie Motorrädern oder bei mehrspurigen Kraftfahrzeugen, wie sogenannten Trikes oder dergleichen umsetzbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10334451 A1 [0003]
- DE 10128853 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Ansteuerung von Fahrzeugkomponenten eines Kraftfahrzeugs, derart, dass in zumindest einem Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs automatisiert ein periodisch schwankendes Antriebsmoment an zumindest einem Antriebsrad bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Anfahrvorgang in Abhängigkeit von vorbestimmten Betriebsparametern eine automatische Erkennung durchgeführt wird, ob der zumindest eine Betriebsmodus (Freischaukelmodus) aktiviert werden sollte oder nicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter zumindest eine der nachfolgen Größen umfassen: – Antriebsmoment bzw. zeitlicher Verlauf des Antriebsmoments, – Radschlupf bzw. zeitlicher Verlauf des Radschlupfes an zumindest einem angetriebenen Fahrzeugrad, – die durch Messung oder modellbasiert ermittelte Fahrbahnsteigung, – stattfindende initiale Eingriffe eines Antriebsschlupfregelsystems, wie Bremsdruck und/oder Antriebsmomentenreduzierung.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Kriterien bestimmenden Antriebsmomenten- bzw. Radschlupfverläufe in Relation zu einer vorbestimmten fiktiven Anfahrsituation auf Hochreibwert gesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Erkennung in Abhängigkeit von der Korrelation von Antriebsmoment und Radschlupf erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der automatischen Erkennung, ob die Durchführung des automatischen Freischaukelmodus als sinnvoll erachtet wird, ein entsprechendes Anzeigesignal generiert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die automatische Erkennung, ob die Durchführung des automatischen Freischaukelmodus als sinnvoll erachtet wird, ein Aufforderungssignal erzeugt wird, den Freischaukelmodus manuell zu starten.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass über automatische Erkennung die Durchführung des automatischen Freischaukelmodus als sinnvoll erachtet wird, eine automatische Aktivierung des Freischaukelmodus erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, vor Aktivierung des automatischen Freischaukelmodus ein Aufforderungssignal für den Fahrzeugführer erzeugt wird, über die Lenkung die Fahrzeugräder in Richtung der Fahrzeuglängsachse gerade auszurichten.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der automatische Freischaukelmodus erst gestartet wird, wenn die Fahrzeugräder innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereiches entsprechend ausgerichtet sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug eine die Lenkung unterstützende Lenkaktuatorik aufweist, und vor Aktivierung des automatischen Freischaukelmodus, ein Steuersignal zur Ansteuerung der Lenkaktuatorik erzeugt wird, über welche die Fahrzeugräder in Richtung der Fahrzeuglängsachse automatisch gerade ausgerichtet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Erzeugung des Antriebsmoments durch eine elektrische Antriebsmaschine erfolgt, und diese derart angesteuert wird, dass das erzeugte periodisch schwankende Antriebsmoment in unterschiedliche Richtungen bzw. mit unterschiedlichem Vorzeichen wirkt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass – das Antriebsmoment durch eine, auf eine Getriebeeinrichtung zur automatischen Veränderung von Übersetzungsverhältnissen wirkende Brennkraftmaschine erzeugt wird, – und zur Erzeugung des periodisch schwankenden Antriebsmoments ein automatischer Wechsel zwischen zwei vorbestimmten Übersetzungsverhältnissen zur Erzeugung eines vorwärts gerichteten Antriebsmoments und eines rückwärtsgerichteten Antriebsmoments durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der vorbestimmten Übersetzungsverhältnisse in Abhängigkeit von zumindest einem vorbestimmten Betriebsparameter verändert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf des Antriebsmoments zumindest näherungsweise sinusförmig, dreiecks- oder sägezahnförmig ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugumgebung zumindest in Richtung der Freischaukelbewegung auf Hindernisse hin überwacht wird, und in Abhängigkeit davon ob ein störendes Hindernis erkannt wird oder nicht die Freischaukelfunktion freigegeben oder gesperrt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle reversierfähiger Antriebsmomente ein asymmetrisches, d. h. in einer Richtung schneller aufklingendes Antriebsmomentes erzeugt wird, um zu erreichen, daß das Fahrzeug in die Richtung mit der größeren hindernisfreien Wegstrecke losrollt.
Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug mit einer Steuereinrichtung nach Anspruch 17.