DE102014225447A1

DE102014225447A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen durchdrehender Räder während eines Beschleunigungsvorgangs

Info

Publication number: DE102014225447A1
Application number: DE102014225447.7A
Authority: DE
Inventors: Tobias Soller
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2016-06-16

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei dem durch Vergleich einer gemessenen Radwinkelbeschleunigung mit einer ermittelten vermuteten Radwinkelbeschleunigung auf Basis einer sensorisch erfassten translatorischen Längsbeschleunigung das Durchdrehen eines oder mehrerer Räder detektiert wird. Durch Anwendung der Bewegungsgleichung des Antriebs lässt sich zudem bestimmen, ob der Haftungsabriss des Rades oder der Räder gewollt oder ungewollt ist, um darauf aufbauend in einer Sicherheitsfunktion gegebenenfalls die Abschaltung des Antriebs einzuleiten.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen durchdrehender Räder eines Kraftfahrzeugs während eines Beschleunigungsvorgangs, der auf ein ungewollt gestelltes Moment zurückzuführen ist.
Aus Sicherheitsgründen entsprechend ISO26262 weist jedes Fahrzeug eine sog. Funktionssicherheits-Logik auf, welche bestimmte Betriebszustände des Fahrzeugs überwacht und bei Erkennen derartiger Betriebszustände entsprechende Gegenmaßnahmen einleitet. Bei der Entwicklung der Funktionssicherheits-Logik besteht ein maßgebliches Sicherheitsziel in der frühzeitigen Erkennung und Verhinderung einer ungewollten Beschleunigung des Fahrzeugs. Hierzu ist ein Sicherheitsmechanismus in einem Steuergerät, z. B. im Motorsteuergerät, implementiert, welcher die vorhandene Beschleunigung des Fahrzeugs inkl. der dynamischen Momente des Antriebsstrangs und der Räder berechnet und überwacht.
Dieser Sicherheitsmechanismus muss sowohl den Fall einer ungewollten Beschleunigung mit Haftungsabriss, als auch ohne Haftungsabriss der Räder abdecken. Grundsätzlich stellt das Problem des Erkennens einer ungewollten Beschleunigung ohne Haftungsabriss kein Problem dar, da ein ungewollt gestelltes Moment durch die auftretende translatorische Beschleunigung genau und zuverlässig erkannt werden kann. Für den Fall der ungewollten Beschleunigung mit Haftungsabriss wird derzeit aus der Winkelbeschleunigung der Räder und den Trägheitsmomenten des Antriebsstrangs durch Umrechnung auf ein Radmoment ein imaginärer Beschleunigungsanteil berechnet. Um dabei den Haftungsabriss zuverlässig und schnell erkennen zu können, muss diese Sicherheitsfunktion sehr scharf und sehr aufwendig appliziert werden. Dies kann zu Nachteilen in der Robustheit der Funktion führen, was bedeutet, dass es im sog. worst case zu einer ungerechtfertigten Abschaltung des Antriebs – was eine zwingende Maßnahme zur Verhinderung der ungewollten Beschleunigung bei Haftungsabriss darstellt – durch die Sicherheitsfunktion kommt.
Aufgabe der Erfindung ist nun, ein verbessertes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Erkennen einer ungewollten Beschleunigung des Fahrzeugs bei Haftungsabriss, also bei durchdrehenden Rädern anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung nach Patentanspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind die Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung sieht vor, die vorliegenden, also die gemessenen Radwinkelbeschleunigungen mit einer auf Basis der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs berechneten Radwinkelbeschleunigung zu vergleichen, um daraus eine ungewollte Beschleunigung mit Haftungsabriss der Räder feststellen zu können. Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird erfindungsgemäß somit zum Erkennen durchdrehender Räder eines Kraftfahrzeugs während eines (ungewollten) Beschleunigungsvorgangs ein Durchdrehen eines Rades bzw. alter angetriebenen Räder festgestellt, wenn die tatsächliche, gemessene Radwinkelbeschleunigung des Rades größer ist als eine auf Basis der translatorischen Längsbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelte vermutete maximal zulässige Radwinkelbeschleunigung. Dieser Zusammenhang kann formelmäßig folgendermaßen ausgedrückt werden: wenn ω ._Rad > ω ._Radmax (Gl. 1) => durchdrehendes Rad, wobei ω ._Rad für die gemessene Radwinkelbeschleunigung des Rades und ω ._Radmax für die ermittelte maximal zulässige Radwinkelbeschleunigung steht.
Wird ein derartiger Zustand erkannt, werden umgehend Maßnahmen zur Abschaltung des Antriebs des Fahrzeugs vorgenommen, so dass dieser sicherheitskritische Zustand schnell verlassen werden kann.
Die vermutete maximal zulässige Radwinkelbeschleunigung des Rades kann vorteilhafterweise in Abhängigkeit einer aus der inertial gemessenen und damit steigungskompensierten Längsbeschleunigung des Fahrzeugs resultierenden ermittelten vermuteten Radwinkelbeschleunigung in der Ebene und einer ermittelten steigungsabhängigen Maximalradbeschleunigung bei maximalem Gefälle bei Kraftschlussunterbrechung, also bei Leerlauf, ermittelt werden. Insbesondere kann die maximal zulässige Radwinkelbeschleunigung durch Summenbildung dieser beiden genannten Radwinkelbeschleunigungen (die aus der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs resultierende ermittelte vermutete Radwinkelbeschleunigung in der Ebene und die steigungsabhängige Maximalradbeschleunigung bei maximalem Gefälle bei Kraftschlussunterbrechung) ermittelt werden. Formelmäßig lässt sich dies folgendermaßen ausdrücken: ω ._Radmax = ω ._RadPlaus + ω ._RadH|max (Gl. 2), wobei ω ._RadPlaus für die aus der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs resultierende ermittelte vermutete Radwinkelbeschleunigung in der Ebene, und ω ._RadH|max für die steigungsabhängige Maximalbeschleunigung bei maximalem Gefälle bei Kraftschlussunterbrechung steht. Als Richtwert für das maximale Gefälle kann eine Steigung von bspw. 32% angenommen werden, d. h. der Antrieb des Fahrzeugs ist derart ausgelegt, dass eine maximale Steigung von 32% bewältigt werden kann. Unter Berücksichtigung dieses Zusammenhangs kann somit ein Durchdrehen eines Rades bei einer Beschleunigung dann festgestellt werden, wenn die gemessene Radwinkelbeschleunigung größer als die Summe aus einer aus der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs resultierenden ermittelten vermuteten Radwinkelbeschleunigung in der Ebene und einer ermittelten steigungsabhängigen Maximalradbeschleunigung bei maximalem Gefälle bei Kraftschlussunterbrechung (N) ist. Diese Erkennung ist unabhängig davon, ob das Durchdrehen vom Fahrer gewollt oder ungewollt ist.
Im Falle eines gewollten Haftungsabrisses der Antriebsräder kann die auftretende Radwinkelbeschleunlgung größer sein als die aus der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs resultierende vermutete Radwinkelbeschleunigung. Daher wird Gl. 2 modifiziert zu: ω ._Radmax = ω .Radzulässig + ω .Rud|max (Gl. 2a), wobei ω ._Radzulässig für die zulässige Radwinkelbeschleunigung zur Unterscheidung zwischen einer gewollten oder ungewollten Beschleunigung des Fahrzeugs mit Haftungsabriss der Räder steht. Es wird vorteilhafterweise die allgemein bekannte Gesamtbewegungsgleichung aus einem plausibilisierten Soll-Antriebsmoment, der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs und den Drehträgheiten der Antriebsstrangkomponenten dazu verwendet, die zulässige Radwinkelbeschleunigung in der Ebene zu ermitteln, welche im Falle eines gewollten Haftungsabrisses größer sein kann als die aus der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs zu vermutende Radwinkelbeschleunigung. Unter Berücksichtigung der Bewegungsgleichung lässt sich das Radmoment für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb somit formelmäßig wie folgt darstellen:
wobei α_Lgt für die vom Sensor gelieferte translatorische Längsbeschleunigung des Fahrzeugs, r_dyn für den dynamischen Radius des Rades, J_EM für das Trägheitsmoment des Elektromotors des Fahrzeugs, i_EM für das Übersetzungsverhältnis des Elektromotors, ω ._EM für die Winkelbeschleunigung des Elektromotors, J_Rad für das Trägheitsmoment des Rades, ω ._Radzulässig für die zu berechnende zulässige Radwinkelbeschleunigung, J_BKM für das Trägheitsmoment des Verbrennungsmotors, i_BKM für das Übersetzungsverhältnisses des Verbrennungsmotors, und ω ._BKM für die Winkelbeschleunigung des Verbrennungsmotors steht.
Kommt das erfindungsgemäße Verfahren in einem Fahrzeug mit konventionellem Antrieb (nur Brennkraftmaschine) zum Einsatz, kann der Momentenanteil aus dem Elektromotor entfallen, da er den Wert Null hat. Kommt das erfindungsgemäße Verfahren in einem Fahrzeug mit reinem Elektroantrieb (nur Elektromotor) zum Einsatz, kann analog zu oben der Momentenanteil aus der Brennkraftmaschine entfallen.
Wird die Winkelbeschleunigung des Elektromotors und des Verbrennungsmotors durch das Produkt aus dem jeweiligen Übersetzungsverhältnis und der Winkelbeschleunigung des Rades ersetzt, und die Gleichung nach der Radwinkelbeschleunigung aufgelöst, ergibt sich folgender Zusammenhang:
Diese so ermittelte Radwinkelbeschleunigung entspricht der zulässigen Radwinkelbeschleunigung unter Wirkung eines plausiblisierten Soll-Antriebsradmoments in der Ebene.
Die Ermittlung der sich maximal einstellenden Winkelbeschleunigung bei maximalem Gefälle bei Kraftschlussunterbrechung kann unter Berücksichtigung der allgemein bekannten Formel zur Ermittlung der Hangabtriebskraft F_H = m·g·sinα (Gl. 5), wobei α für das maximale Gefälle steht,
der Bewegungsgleichung bei Kraftschlussfreiheit
wobei ω ._RadHfür die maximale Radwinkelbeschleunigung im Leerlauf bei maximalem Gefälle, r_dyn für den (dynamischen) Radius des Rades, und J_Σ für die Gesamtträgheit des Antriebsstranges des Fahrzeugs (J_Σ = J_EM·i_EM² + J_BKM·i_BKM² + J_Rad), (siehe Gl. 4) steht,
und der Formel zur Ermittlung der absoluten Längsbeschleunigung α_abs = ω ._RadH·r_dyn (Gl. 7) ermittelt werden. Durch eine entsprechende Umformung lässt sich die steigungsabhängige Maximalradbeschleunigung bei maximalem Gefälle bei Kraftschlussunterbrechung somit wie folgt ermitteln:
Durch die so ermittelte maximal zulässige Radwinkelbeschleunigung nach den Gleichungen Gl. 2a, Gl. 4 und Gl. 8 lässt sich durch einen einfachen Vergleich (Gl. 1) mit der gemessenen Radwinkelbeschleunigung zuverlässig ein Durchdrehen der Räder während eines ungewollten Beschleunigungsvorgangs, also aufgrund eines ungewollten Antriebsmoments feststellen. Dadurch kann die vorhandene Sicherheitsfunktion zur Erkennung einer ungewollten Beschleunigung mit und ohne Haftungsabriss der Räder deutlich robuster appliziert werden. Gleichzeitig wird somit auch das Risiko von ungerechtfertigten Antriebsabschaltungen erheblich reduziert.
Das erfindungsgemäße Verfahren, sowie deren vorteilhafte Ausgestaltungen können mittels eines implementierten Algorithmus oder einer entsprechenden Baugruppenanordnung in einem dafür vorgesehenen Steuergerät, insbesondere in einem Motorsteuergerät durchgeführt werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist auf eine Vorrichtung zum Erkennen durchdrehender Räder eines Kraftfahrzeugs während eines Beschleunigungsvorgangs gerichtet, wobei die Vorrichtung zumindest ein Feststellungsmittel zum Feststellen des Durchdrehen eines Rades, und ein Abschaltmittel zum Abschalten des Antriebs umfasst, wobei das Feststellungsmittel derart ausgestaltet ist, dass ein Durchdrehen eines Rades festgestellt wird, wenn die gemessene Radwinkelbeschleunigung größer als eine auf Basis der translatorischen Längsbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelte vermutete maximal zulässige Radwinkelbeschleunigung ist, und das Abschaltmittel zum Abschalten des Antriebs derart ausgestaltet ist, dass eine Abschaltung des Antriebs eingeleitet wird, wenn ein durchdrehendes Rad während eines Beschleunigungsvorgangs festgestellt wird.
Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt der Erfindung.
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 Nicht-Patentliteratur

ISO26262 [0002]

Claims

Verfahren zum Erkennen durchdrehender Räder eines Kraftfahrzeugs während eines Beschleunigungsvorgangs, wobei ein Durchdrehen eines Rades festgestellt wird, wenn die gemessene Radwinkelbeschleunigung (ω ._Rad) größer als eine auf Basis der translatorischen Längsbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelte vermutete maximal zulässige Radwinkelbeschleunigung (ω ._Radmax) ist, und wobei eine Abschaltung des Antriebs eingeleitet wird, wenn ein durchdrehendes Rad während eines Beschleunigungsvorgangs festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vermutete maximal zulässige Radwinkelbeschleunigung (ω ._Radmax) in Abhängigkeit einer aus der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs resultierenden ermittelten vermuteten Radwinkelbeschleunigung in der Ebene (ω ._RadPlaus) und einer ermittelten steigungsabhängigen Maximalradbeschleunigung bei maximalem Gefälle bei Kraftschlussunterbrechung (N) (ω ._RadH|max) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchdrehen eines Rades festgestellt wird, wenn die gemessene Radwinkelbeschleunigung (ω ._Rad) größer als die Summe aus einer aus der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs resultierenden ermittelten vermuteten Radwinkelbeschleunigung in der Ebene (ω ._RadPlaus) und einer ermittelten steigungsabhängigen Maximalradbeschleunigung bei maximalem Gefälle bei Kraftschlussunterbrechung (N) (ω ._RadH|max) ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschaltung des Antriebs eingeleitet wird, wenn Haftungsabriss während eines ungewollten Beschleunigungsvorgangs festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Haftungsabriss festgestellt wird, wenn die gemessene Radwinkelbeschleunigung (ω ._Rad) größer ist als eine maximal zulässige Radwinkelbeschleunigung (ω ._Radmax), die aus einer zulässigen Radwinkelbeschleunigung in der Ebene (ω ._Radzulässig) und einer ermittelten steigungsabhängigen Maximalradbeschleunigung bei maximalem Gefälle bei Kraftschlussunterbrechung (N) (ω ._RadH|max) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Ebene zulässige Radwinkelbeschleunigung bei ungewolltem Haftungsabriss (ω ._Radzulässig) aus der Gesamtbewegungsgleichung des Fahrzeugs bzw. des Antriebs ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung eines durchdrehenden Rads (ω .Rad > ω ._RadPlaus + ω ._RadH|max) und die Bestimmung, ob der Haftungsabriss gewollt oder ungewollt erfolgt (ω ._Rad > ω ._Radzulässig + ω ._RadH|max), getrennt voneinander erfolgen.
Vorrichtung zum Erkennen durchdrehender Räder eines Kraftfahrzeugs während eines Beschleunigungsvorgangs, mit einem Feststellungsmittel zum Feststellen des Durchdrehen eines Rades, wobei das Feststellungsmittel derart ausgestaltet ist, dass ein Durchdrehen eines Rades festgestellt wird, wenn die gemessene Radwinkelbeschleunigung (ω ._Rad) größer als eine auf Basis der translatorischen Längsbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelte vermutete maximal zulässige Radwinkelbeschleunigung (ω ._Radmax) ist, und mit einem Abschaltmittel zum Abschalten des Antriebs, wobei das Abachaltmittel zum Abschatten des Antriebs derart ausgestaltet ist, dass eine Abschaltung des Antriebs eingeleitet wird, wenn ein durchdrehendes Rad während eines Beschleunigungsvorgangs festgestellt wird.