DE102014225448A1

DE102014225448A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen ungewollt blockierender Räder durch Fehler im Antriebssystem

Info

Publication number: DE102014225448A1
Application number: DE102014225448.5A
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 entsprechend ausgestaltete Vorrichtung, bei dem durch Vergleich einer gemessenen Radwinkelbeschleunigung mit einer ermittelten vermuteten Radwinkelbeschleunigung auf Basis einer sensorisch erfassten translatorischen Längsbeschleunigung das Blockieren oder Schlupfen eines oder mehrerer Räder detektiert, und in einer Sicherheitsfunktion gegebenenfalls die Neutralschaltung des Antriebs eingeleitet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen blockierender Räder eines Kraftfahrzeugs, wobei unter Blockieren ein auftretender Schub-Schlupf an einem Rad oder mehreren Rädern zu verstehen ist, welcher durch ungewollte negative Momente des Antriebs entsteht.
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 Verzögerung des Fahrzeugs, welche zu einem Schub-Schlupf an den Rädern führen kann. Hierzu ist ein Sicherheitsmechanismus in einem Steuergerät, z. B. im Motorsteuergerät, implementiert, welcher die vorhandene Radwinkelgeschwindigkeit berechnet und durch Vergleich mit der Fahrzeuggeschwindigkeit überwacht.
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 Neutral-Schaltung des Antriebs – was eine zwingende Maßnahme zur Verhinderung der aus dem Antrieb erzeugten ungewollten Verzögerung mit Haftungsabriss darstellt – durch die Sicherheitsfunktion kommen kann.
Aufgabe der Erfindung ist nun, ein verbessertes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Erkennen einer ungewollten Verzögerung des Fahrzeugs mit Haftungsabriss, also bei auftretendem Schub-Schlupf an den Rädern, anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind die Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung sieht vor, dass die vorliegenden, also die gemessenen Radwinkelbeschleunigungen mit einer auf Basis der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs berechneten Radwinkelbeschleunigung verglichen werden, um daraus eine ungewollte Verzögerung mit Haftungsabriss der Räder feststellen zu können. Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird erfindungsgemäß somit zum Erkennen von aufgrund eines fehlerbedingten Verzögerungsmoments des Antriebs blockierender bzw. schlupfender Räder eines Kraftfahrzeugs ein Verzögerungsschlupf eines Rades bzw. aller angetriebenen Räder festgestellt, wenn die tatsächliche, gemessene Radwinkelbeschleunigung des Rades kleiner ist als eine auf Basis der translatorischen Längsbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelte vermutete minimal zulässige Radwinkelbeschleunigung. Dieser Zusammenhang kann formelmäßig folgendermaßen ausgedrückt werden: wenn ω ._Rad < ω ._Radmin (Gl. 1) => Rad im Schub-Schlupf, wobei ω ._Rad für die gemessene Radwinkelbeschleunigung des Rades und ω ._Radmin für die ermittelte minimal zulässige Radwinkelbeschleunigung steht.
Wird ein derartiger Zustand erkannt, werden umgehend Maßnahmen zur Neutralschaltung des Antriebs des Fahrzeugs vorgenommen, so dass dieser sicherheitskritische Zustand schnell verlassen werden kann.
Die vermutete minimal 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 Maximalradverzögerung bei maximaler Steigung bei Kraftschlussunterbrechung, also bei Leerlauf, ermittelt werden. Insbesondere kann die minimal zulässige Radwinkelbeschleunigung durch Summenbildung dieser beiden genannten Radwinkelbeschleunigungen (die aus der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs resultierende ermittelte vermutete Radwinkelbeschleunigung in der Ebene und die steigungsabhängige Maximalradverzögerung bei maximaler Steigung bei Kraftschlussunterbrechung) ermittelt werden. Formelmäßig lässt sich dies folgendermaßen ausdrücken: ω ._Radmin = ω ._RadPlaus + ω ._RadH|max (Gl. 2), ω ._RadPlaus = a_Lgt·r_dyn (Gl. 3), wobei a_Lgt für die vom Sensor gelieferte Längsbeschleunigung des Fahrzeugs, r_dyn für den dynamischen Radius des Rades, für die aus der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs resultierende ermittelte vermutete Radwinkelbeschleunigung in der Ebene, und ω ._RadH|max für die steigungsabhängige Maximalverzögerung bei maximaler Steigung bei Kraftschlussunterbrechung steht. Als Richtwert 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 Blockieren eines Rades bei einer Verzögerung dann festgestellt werden, wenn die gemessene Radwinkelbeschleunigung kleiner als die Summe aus einer aus der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs resultierenden ermittelten vermuteten Radwinkelbeschleunigung in der Ebene und einer ermittelten steigungsabhängigen Maximalradverzögerung bei maximaler Steigung bei Kraftschlussunterbrechung (N) ist.
Die Ermittlung der steigungsabhängigen Maximalradverzögerung bei maximaler Steigung bei Kraftschlussunterbrechung kann unter Berücksichtigung der allgemein bekannten Formel zur Ermittlung der Hangabtriebskraft F_H = –m·g·sinα (Gl. 4), wobei a für die maximale Steigung steht,
der Bewegungsgleichung bei Kraftschlussfreiheit:
wobei ω ._RadH für die maximale Radwinkelverzögerung im Leerlauf bei maximaler Steigung, r_dyn für den (dynamischen) Radius des Rades, und J_Σ für die Gesamtträgheit des Antriebsstranges des Fahrzeugs steht, mit J_Σ = J_EM·i_EM² + J_BKM·i_BKM² + J_Rad (Gl. 6), wobei J_EM für das Trägheitsmoment des Elektromotors des Fahrzeugs, i_EM für das Übersetzungsverhältnisses des Elektromotors, J_Rad für das Trägheitsmoment des Rades, J_BKM für das Trägheitsmoment des Verbrennungsmotors und i_BKM für das Übersetzungsverhältnis des Verbrennungsmotors steht,
und der Formel zur Ermittlung der absoluten Längsbeschleunigung a_abs = ω ._RadH·r_dyn (Gl. 7) ermittelt werden. Durch eine entsprechende Umformung lässt sich die steigungsabhängige Maximalradverzögerung bei maximaler Steigung bei Kraftschlussunterbrechung somit wie folgt ermitteln:
Durch die ermittelte minimal zulässige Radwinkelbeschleunigung nach den Gleichungen Gl. 2, Gl. 3 und Gl. 8 lässt sich durch einen einfachen Vergleich (Gl. 1) mit der gemessenen Radwinkelbeschleunigung zuverlässig ein Schub-Schlupf oder Blockieren der Räder während eines ungewollten Verzögerungsvorgangs aufgrund eines Fehlers im Antriebssystem feststellen. Dadurch kann die Sicherheitsfunktion zur Erkennung einer ungewollten Verzögerung mit Haftungsabriss der Räder deutlich robuster appliziert werden. Gleichzeitig wird somit auch das Risiko von ungerechtfertigten Neutral-Schaltungen 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 blockierender Räder eines Kraftfahrzeugs durch ein fehlerbedingtes Verzögerungsmoment des Antriebs gerichtet, das zumindest ein Feststellungsmittel zum Feststellen eines blockierenden Rades und einem Schaltmittel umfasst, wobei das Feststellungsmittel derart ausgestaltet ist, dass ein Blockieren eines Rades festgestellt wird, wenn die gemessene Radwinkelbeschleunigung kleiner als eine auf Basis der translatorischen Längsbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelte vermutete minimal zulässige Radwinkelbeschleunigung ist, und das Schaltmittel derart ausgestalt ist, dass eine Neutralschaltung des Antriebs eingeleitet wird, wenn ein blockierendes Rad 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
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO26262 [0002]

Claims

Verfahren zum Erkennen blockierender Räder eines Kraftfahrzeugs durch ein fehlerbedingtes Verzögerungsmoment des Antriebs wobei ein Blockieren eines Rades festgestellt wird, wenn die gemessene Radwinkelbeschleunigung (ω ._Rad) kleiner als eine auf Basis der translatorischen Längsbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelte vermutete minimal zulässige Radwinkelbeschleunigung (ω ._Radmin) ist, und wobei eine Neutralschaltung des Antriebs eingeleitet wird, wenn ein blockierendes Rad festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vermutete minimal zulässige Radwinkelbeschleunigung (ω ._Radmin) in Abhängigkeit einer aus der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs resultierenden ermittelten vermuteten Radwinkelbeschleunigung in der Ebene (ω ._RadPlaus) und einer ermittelten steigungsabhängigen Maximalradverzögerung bei maximaler Steigung bei Kraftschlussunterbrechung (N) (ω ._RadH|max) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Blockieren eines Rades festgestellt wird, wenn die gemessene Radwinkelbeschleunigung (ω ._Rad) kleiner als die Summe aus einer aus der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs resultierenden ermittelten vermuteten Radwinkelbeschleunigung in der Ebene (ω ._RadPlaus) und einer ermittelten steigungsabhängigen Maximalradverzögerung bei maximaler Steigung bei Kraftschlussunterbrechung (N) (ω ._RadH|max) ist.
Vorrichtung zum Erkennen blockierender Räder eines Kraftfahrzeugs durch ein fehlerbedingtes Verzögerungsmoment des Antriebs, mit einem Feststellungsmittel zum Feststellen eines blockierenden Rades, wobei das Feststellungsmittel derart ausgestaltet ist, dass ein Blockieren eines Rades festgestellt wird, wenn die gemessene Radwinkelbeschleunigung (ω ._Rad) kleiner als eine auf Basis der translatorischen Längsbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelte vermutete minimal zulässige Radwinkelbeschleunigung (ω ._Radmin) ist, und mit einem Schaltmittel, das derart ausgestalt ist, dass eine Neutralschaltung des Antriebs eingeleitet wird, wenn ein blockierendes Rad festgestellt wird.