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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Anfahrvorgangs eines Kraftfahrzeugs, insbesondere mit dem Ziel, eine maximale Beschleunigung des Kraftfahrzeugs zu erreichen.
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Die größtmögliche zu einem gegebenen Zeitpunkt erzielbare Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs hängt neben dem von dem Motor zur Verfügung gestellten maximalen Drehmoment und dem Fahrzeuggewicht von einer Reihe von weiteren Faktoren ab, unter anderem von dem durch das Material des Reifens, dessen Profil und Temperatur sowie durch die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche und deren Temperatur bestimmten Reibwert zwischen Reifen und Fahrbahn, und der Gewichtsbelastung der Räder der angetriebenen Achse bzw. der Achsen. Auch die Witterung spielt eine große Rolle, etwa ob die Fahrbahn feucht oder trocken ist.
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Insbesondere sportliche Kraftfahrzeuge können mit einem Startmodus ausgestattet sein, auch unter dem Begriff „Launch Control“ bekannt. Die Launch Control ist eine Form der Antriebsschlupfregelung oder Traktionskontrolle, die dazu dient, ein Fahrzeug durch einen technisch optimierten Startvorgang so schnell wie möglich zu beschleunigen. Kupplung und Schaltung werden dazu so gesteuert, dass beim Anfahren diejenige Raddrehzahl anliegt, die das Fahrzeug mit optimalem Schlupfgrad zwischen Rad und Fahrbahn aus dem Stand am besten beschleunigt. Ein Startmodus, kann z. B. auf einer Teststrecke verwendet werden, um zu bestimmen, wie schnell ein Fahrzeug eine vorgegebene Geschwindigkeit erreichen kann.
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Herkömmliche Launch Control Schlupfregelungen von Kraftfahrzeugen sind statisch parametriert, wobei die Parametrierung entweder für optimale Bedingungen bezüglich Reibwert des Reifens, Temperatur und dergleichen ausgelegt ist oder empirisch für eine möglichst große Zahl von typischerweise verwendeten Reifenarten und für typische Fahrbahnoberflächen ermittelt wurde. Bei diesen herkömmlichen Schlupfregelungen ist dabei ein Höchstwert eines oder mehrerer Regelparameter der Schlupfregelung auf ein jeweiliges Maß begrenzt, das unter den bei der Festlegung der Parameter zugrunde gelegten Bedingungen einen gewissen vorbestimmten Maximalschlupf an den angetriebenen Rädern zulässt. Sobald dieser zulässige Schlupf eintritt, z.B. wegen von den bei der Festlegung zugrunde gelegten Bedingungen abweichenden Bedingungen, tritt eine fest parametrierte Regelschleife in Aktion, die je nach Reglerart in die Motorsteuerung eingreift und/oder ein Bremsregelsystem nutzt, um das von den Reifen der angetriebenen Räder auf die Fahrbahn zu übertragende Drehmoment zu verringern und einen momentanen Schlupf mehr oder weniger schnell und mit mehr oder weniger Über- und Unterschwingen auf den zulässigen Maximalschlupf zurückführt. Hierbei kann durch die Regelvorgänge der Beschleunigungsvorgang gegenüber einem praktisch erreichbaren Maximum erheblich verzögert werden.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine nicht statisch parametrierte Steuerung bzw. Regelung eines Anfahrvorgangs eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des in Anspruch 1 angegebenen Verfahrens gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren regelt einen Anfahrvorgang eines Kraftfahrzeugs mittels einer Regeleinrichtung, welche zur parametrierbaren Steuerung der größtmöglichen Veränderung eines von einem Motor abgegebenen Drehmoments und/oder einer Drehzahl des Motors über die Zeit unterhalb eines von der Regeleinrichtung vorgegebenen Maximalschlupfs zwischen Fahrbahn und Reifen einer angetriebenen Achse eingerichtet ist. Mit anderen Worten gibt die Regeleinrichtung einen größten Momentengradienten und einen größten Drehzahlgradienten sowie einen größten Schlupf zwischen Reifen und Fahrbahn bzw. Untergrund vor, welche während des Anfahrvorgangs auftreten sollen bzw. können. Der Maximalschlupf kann dabei auch Null sein, d.h., die Vorgabe kann auch lauten, dass kein Schlupf auftreten soll. Die Regeleinrichtung begrenzt den Momentengradienten und den Drehzahlgradienten unabhängig von über einen manuell betätigbaren Leistungssteller, bspw. ein Gaspedal, vorgegebenen Werten, durch einen entsprechenden Eingriff in eine Kupplung, eine Motorsteuerung und/oder ein Bremssystem, bzw. durch eine entsprechende Vorgabe an jeweilige Steuergeräte. Kleinere Drehzahlgradienten oder Momentengradienten als der jeweilige von der Regeleinrichtung vorgegebene Maximalwert können natürlich Auftreten, wenn über den Leistungssteller kleinere entsprechende Werte vorgegeben werden.
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In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Traktionswert der Reifen der angetriebenen Räder ermittelt. Der Traktionswert kann dabei für jedes Rad separat ermittelt werden, oder es wird ein Traktionswert für alle Räder einer angetriebenen Achse ermittelt, bspw. um durch Nutzung des kleinsten ermittelten Traktionswerts der Räder einer Achse eine bessere Spurstabilität während der Beschleunigung zu erzielen. Auf Basis des zuvor ermittelten Traktionswerts wird die Parametrierung der Regeleinrichtung angepasst bzw. eingestellt, wobei die Parametrierung in Bezug auf die größtmögliche Veränderung des von dem Motor abgegebenen Drehmoments und/oder der Drehzahl des Motors über die Zeit und/oder das Anpassen eines Maximalschlupfs zwischen Fahrbahn und Reifen einer angetriebenen Achse erfolgt. Das Anpassen bzw. Einstellen kann bspw. das Auslesen von entsprechenden Werten aus einem Kennlinienfeld umfassen und/oder die analytische Bestimmung der Werte unter Anwendung einer oder mehrerer Berechnungsvorschriften. Beim Anfahren wird nun das Kraftfahrzeug abhängig von der Stellung eines Leistungsstellers innerhalb der Grenzen der angepassten bzw. eingestellten Parameter der Regeleinrichtung beschleunigt. Bei nicht zu stark voneinander abweichenden Traktionswerten der Räder einer Achse und Nutzung jeweils der größtmöglichen Traktion für jedes Rad kann außerdem ein Lenkwinkel bestimmt werden und an eine elektrische Lenkvorrichtung übertragen werden, um trotz der unterschiedlichen Traktion an Rädern einer Achse eine spurstabile Beschleunigung zu erreichen.
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Der Traktionswert kann auf der Basis einer Vielzahl von Eigenschaften der angetriebenen Reifen und des Untergrunds bestimmt werden. Dazu gehören u.a., deren Temperaturen und deren Reibkoeffizienten. Die Reibkoeffizienten können u.a. temperaturabhängig und nässeabhängig sein. Weitere Abhängigkeiten können in Bezug auf den Reifendruck und das Alter bzw. die Abnutzung der Reifen bestehen, sowie in Bezug auf die Bauart des jeweils verwendeten Reifens, bspw. dessen Gummimischung und Profilierung.
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Ein Teil der Eigenschaften können unmittelbar durch Sensoren ermittelt oder bestimmt werden, bspw. über Drucksensoren der Reifendruckkontrolle in den Reifen, über Temperaturfühler des Fahrzeugs oder über einen Regensensor für die automatische Steuerung der Scheibenwischer.
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Ein anderer Teil der Eigenschaften kann bspw. aus einem Speicher oder einer Datenbank bezogen werden. So ist es bspw. möglich, temperaturabhängige Reibkoeffizienten von Reifen auf verschiedenen Untergründen aus einer Tabelle auszulesen, welche von einem Reifenhersteller oder von Nutzern bereitgestellte Informationen enthält. Informationen über die Beschaffenheit des Untergrunds können ebenfalls aus einer Datenbank bezogen werden, bspw. aus einer Datenbank für ein Navigationssystem. Alternativ oder zusätzlich können Informationen über die Beschaffenheit des Untergrunds aus Bildern einer Kamera des Fahrzeugs abgeleitet werden, bspw. einer für die Verkehrszeichenerkennung oder einen Parkassistenten ohnehin im Fahrzeug vorgesehenen Kamera.
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Weitere Eigenschaften können indirekt aus Sensordaten bestimmt werden, bspw. eine Reifentemperatur aus der Umgebungstemperatur zu Beginn der Fahrt und einem sich verändernden Druck während der Fahrt. Eine Volumenänderung des Reifens kann vernachlässigt werden, die Masse des in dem Reifen eingeschlossenen Gases kann ebenfalls als konstant angenommen werden. Nach dem Avogadroschen Gesetz hängt einen Druckänderung demnach vor allem von der Temperaturänderung ab.
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Wiederum weitere Eigenschaften können aus zuvor durchgeführten Fahrten ermittelt werden, bspw. können Beschleunigungs- und Verzögerungswerte zusammen mit zugehörigen Werten eines Leistungsstellers bzw. eines Bremssystems während der Fahrt erfasst werden. Dabei können insbesondere Beschleunigungssensoren eines elektronischen Stabilitätssystems genutzt werden, sowie Daten der Antriebsschlupfregelung und des Antiblockiersystems. Dadurch kann der Einfluss von Geradeausfahrt oder Kurvenfahrt bei der Ermittlung der Eigenschaften berücksichtigt werden. Diese Informationen können auch zur Schätzung einer Abnutzung der Reifen genutzt werden. Bspw. kann die Abnutzung aus einer Fahrleistung seit der ersten Benutzung, einer aus einer Datenbank bezogenen Herstellerinformation über die Haltbarkeit sowie dem jeweiligen Fahrstil geschätzt werden, welcher u.a. aus während der Nutzung z.B. aufgezeichneten Längs- und Querbeschleunigungswerten sowie ggf. Eingriffen einer Antriebsschlupfregelung und/oder einer Bremsregelanlage abgeleitet werden kann. Die erste Benutzung kann manuell in einen Speicher eingegeben werden. Ein Wechsel zwischen Sommerreifen und Winterreifen, der üblicherweise als kompletter Räderwechsel erfolgt, kann bspw. über eindeutige Seriennummern von in den Radfelgen angeordneten Sensoren einer Reifendruckkontrolleinrichtung erfasst werden.
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Die zuvor durchgeführten Fahrten können insbesondere auch zuvor durchgeführte Anfahrvorgänge umfassen, bei denen versucht wurde, die größtmögliche Beschleunigung zu erzielen. Aus einer Reihe solcher Anfahrvorgänge kann bspw. ein Trend ermittelt werden, der eine Veränderung des Traktionswerts erkennen lässt. Die zuvor durchgeführten Fahrten können auch spezielle Anfahrversuche umfassen, welche zeitlich nahe an dem eigentlichen Anfahrvorgang erfolgen. Solche Anfahrversuche erfolgen aus dem Stillstand des Kraftfahrzeugs heraus, bspw. so, dass Räder einer nicht angetriebenen Achse gebremst werden und das an die angetriebenen Räder abgegebene Drehmoment so lange erhöht wird, bis eines der Räder beginnt, durchzudrehen, oder bei dem alle angetriebenen Räder für eine kurze Zeit mit einem sehr schnell ansteigenden Drehmoment beaufschlagt werden, so dass die Räder beginnen, durchzudrehen, ohne dass sich das Fahrzeug nennenswert in Bewegung setzt. Vorzugsweise werden die aus zuvor durchgeführten Fahrten ermittelten Eigenschaften aus Mittelwerten von längeren oder mehreren kürzeren Fahrten ermittelt, um den Einfluss sogenannter Reibwertflecken zu verringern oder zu eliminieren.
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Bei einer oder mehreren Ausgestaltungen des Verfahrens wird die Parametrierung der Regeleinrichtung außerdem in Abhängigkeit von einer momentanen Geschwindigkeit während des Beschleunigungsvorgangs laufend angepasst bzw. eingestellt. Diese zusätzliche Anpassung bzw. Einstellung kann einen von der Geschwindigkeit abhängigen aerodynamisch erzeugten Auf- oder Abtrieb des Fahrzeugs kompensieren, welcher die Kraftübertragung zwischen Reifen und Fahrbahn beeinflusst.
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Bei einer oder mehreren Ausgestaltungen des Verfahrens wird die Parametrierung der Regeleinrichtung außerdem in Abhängigkeit von einer momentanen Beschleunigung während des Beschleunigungsvorgangs laufend angepasst bzw. eingestellt. So können bspw. bei einer zunehmenden Beschleunigung die Maximalwerte erhöht werden, da bei einem stetig beschleunigenden Fahrzeug kein verringerter Traktionswert vorliegen kann.
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Bei einer oder mehreren Ausgestaltungen des Verfahrens wird die Parametrierung der Regeleinrichtung bei Beginn einer Fahrt oder nach längerem Stillstand auf vorgegebene Startwerte gesetzt. Die vorgegebenen Startwerte können die zuletzt verwendeten Werte sein. Vorzugsweise wird jedoch eine Parametrierung der Regeleinrichtung eingestellt, welche auf einem Traktionswert basiert, der anhand von aus einem Speicher bezogenen nicht oder nur langsam veränderlichen sowie unmittelbar durch Sensoren bestimmbaren Eigenschaften der angetriebenen Reifen ermittelt wurde, ggf. ergänzt durch aus Datenbanken bezogenen oder durch Sensoren bestimmten Eigenschaften des Untergrunds.
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Bei einer oder mehreren Ausgestaltungen des Verfahrens werden die erreichte Beschleunigung, die zugehörige Sollwertvorgabe des Leistungsstellers, die Parametrierung der Regeleinrichtung und die dieser zugrunde gelegten Eigenschaften der Reifen der angetriebenen Räder sowie des Untergrunds bzw. der Fahrbahn sowie die Umgebungsbedingungen an eine von dem Fahrzeug entfernt angeordnete Datenbank gesendet. Vorzugsweise werden auch Geolokationsinformationen an die Datenbank gesendet. Die in der Datenbank gespeicherten Informationen können dann anderen Fahrzeugen zur Verfügung gestellt werden. Die erreichte Beschleunigung, die zugehörige Sollwertvorgabe des Leistungsstellers, die Parametrierung der Regeleinrichtung und die dieser zugrunde gelegten Eigenschaften der Reifen der angetriebenen Räder sowie des Untergrunds bzw. der Fahrbahn sowie die Umgebungsbedingungen können auch lokal gespeichert werden und bei der nächsten Parametrierung der Regeleinrichtung berücksichtigt werden.
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Eine Regeleinrichtung zur Regelung eines Anfahrvorgangs eines Kraftfahrzeugs umfasst einen Mikroprozessor, flüchtigen und nichtflüchtigen Speicher sowie Sensoreingänge und Steuerausgänge, welche über eine oder mehrere Datenleitungen und/oder Datenbusse kommunikativ miteinander verbunden sind. Der nichtflüchtige Speicher speichert daraus abrufbare Computerprogramminstruktionen, welche, wenn sie von dem Prozessor in dem flüchtigen Speicher ausgeführt werden, die Regeleinrichtung zur parametrierbaren Steuerung der Veränderung eines von einem Motor abgegebenen Drehmoments und/oder einer Drehzahl des Motors über die Zeit unterhalb eines von der Regeleinrichtung vorgebbaren Maximalschlupfs zwischen Fahrbahn und Reifen einer angetriebenen Achse einrichten. Die Regeleinrichtung ist dabei insbesondere dazu eingerichtet, eine oder mehrere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.
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Ein das erfindungsgemäße Verfahren implementierendes Computerprogrammprodukt enthält Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer, bspw. einen Computer einer Regeleinrichtung, diesen dazu veranlassen, mit Sensoreingängen und/oder Steuerausgängen des Computers verbundene Leistungssteller, Motor- und/oder Bremssteuergeräte zur Durchführung einer oder mehrerer Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen des oben beschriebenen Verfahrens anzusteuern.
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Das Computerprogrammprodukt kann auf einem computerlesbaren Medium bzw. Datenträger gespeichert sein. Das Medium bzw. der Datenträger kann physisch verkörpert sein, bspw. als Festplatte, CD, DVD, Flash-Speicher oder dergleichen, das Medium bzw. der Datenträger kann aber auch ein moduliertes elektrisches, elektromagnetisches oder optisches Signal umfassen, das von einem Computer mittels eines entsprechenden Empfängers empfangen und in dem Speicher des Computers gespeichert werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine gegenüber bekannten Verfahren zur Regelung eines Anfahrvorgangs verbesserte Regelung unter anderem deswegen, weil trotz der an die gegenwärtigen Bedingungen angepassten Parameter der Regeleinrichtung unvorhergesehen Eingriffe zur Begrenzung des Schlupfs erfolgen können. Da die Maximalvorgaben des Drehzahlgradienten und des Momentengradienten aber bereits näher an den in der Realität vorgefundenen Grenzwerten liegen, können u.a. schneller reagierende Regelalgorithmen zur Schlupfbegrenzung genutzt werden, welche bei größeren Differenzen zwischen den Maximalvorgaben und den in der Realität vorgefundenen Grenzwerten zu Regelschwingungen führen würden. Diese schnellere Regelung führt dazu, dass das Fahrzeug auch bei unvorhergesehenen Regeleingriffen zur Schlupfbegrenzung schneller zurück zu einer bestmöglichen Beschleunigung geführt wird. Herkömmliche Systeme zur Regelung von Anfahrvorgängen müssen entweder auf langsamere Regelalgorithmen zur Schlupfbegrenzung setzen, oder laufen Gefahr, dass Regelschwingungen zu einer insgesamt langsameren Beschleunigung oder sogar zu instabilem Fahrverhalten führen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt
- 1 ein beispielhaftes Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
- 2 ein schematisches Blockschaltbild einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichteten Regeleinrichtung.
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1 zeigt beispielhaftes Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zur Regelung eines Anfahrvorgangs eines Kraftfahrzeugs mittels einer Regeleinrichtung 200. In Schritt 102 wird zunächst ein Traktionswert der Reifen der angetriebenen Räder ermittelt. Dieser Schritt kann bspw. auch Ermitteln oder Bestimmen Eigenschaften der Reifen der angetriebenen Räder in Schritt 1021 umfassen, bspw. die Temperatur, den Reifendruck und/oder einen bauart-, temperatur-, verschleiß- und/oder altersbedingten Reifkoeffizienten. Schritt 102 kann außerdem alternativ oder zusätzlich das Ermitteln oder Bestimmen von Eigenschaften eines Untergrunds bzw. einer Fahrbahn sowie von Umgebungsbedingungen in Schritt 1022 umfassen. In Schritt 104 wird auf Basis des in Schritt 102 ermittelten Traktionswerts eine Parametrierung der Regeleinrichtung 200 angepasst oder eingestellt. Die Einstellung oder Anpassung erfolgt in Bezug auf die größtmögliche Veränderung des von dem Motor abgegebenen Drehmoments und/oder der Drehzahl des Motors über die Zeit innerhalb eines für den ermittelten Traktionswert angepassten oder eingestellten Maximalschlupfs zwischen Fahrbahn und Reifen einer angetriebenen Achse. Die Parametrierung in Schritt 104 kann bspw. auch das Ermitteln einer Geschwindigkeit und/oder einer Beschleunigung in den Schritten 1041 bzw. 1042 umfassen, die bei der Anpassung oder Einstellung der Parametrierung berücksichtigt werden. In Schritt 106 wird das Fahrzeug schließlich abhängig von der Stellung eines Leistungsstellers innerhalb der Grenzen der angepassten bzw. eingestellten Parameter der Regeleinrichtung 200 beschleunigt.
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2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 eingerichteten Regeleinrichtung 200. Ein Mikroprozessor 202, flüchtiger 204 und nichtflüchtiger 206 Speicher, Sensoreingänge 208 und Steuerausgänge 210 sind über einen oder mehrere Datenleitungen oder -busse 212 kommunikativ miteinander verbunden. Der nichtflüchtige Speicher 206 enthält Computerprogramminstruktionen welche, wenn sie von dem Mikroprozessor 202 in dem flüchtigen Speicher 204 ausgeführt werden, die Regeleinrichtung 200 dazu einrichten, Sensordaten von einem in der Figur nicht gezeigten Leistungssteller, Motorsteuergerät und/oder Bremssteuergerät über die Sensoreingänge 208 zu empfangen und das Motorsteuergerät und/oder das Bremssteuergerät über die Steuerausgänge 210 zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusteuern.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Verfahren
- 102
- Traktionswert ermitteln
- 1021
- Eigenschaften der Reifen bestimmen
- 1022
- Eigenschaften des Untergrunds bestimmen
- 104
- Anpassen/Einstellen der Parametrierung
- 1041
- Beschleunigung ermitteln
- 1042
- Geschwindigkeit ermitteln
- 106
- Beschleunigen
- 200
- Regeleinrichtung
- 202
- Mikroprozessor
- 204
- flüchtiger Speicher
- 206
- nichtflüchtiger Speicher
- 208
- Sensoreingänge
- 210
- Steuerausgänge
- 212
- Datenleitung/-bus
