DE10238218B4

DE10238218B4 - Powerstart-Logik für eine Antriebsschlupfregelung

Info

Publication number: DE10238218B4
Application number: DE10238218A
Authority: DE
Inventors: Thomas Sauter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2022-08-22
Also published as: DE10238218A1; ITMI20030539A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Antriebsschlupfregelung für das Anfahren eines Fahrzeugs, wobei das Motorsollmoment (1, 1') auf einen Vorsteuerwert (5) reduziert wird, wenn ein Antriebsrad eine vorgegebene Schlupfschwelle überschreitet, und wobei nach Ablauf einer Vorhaltezeit (6) eine Regelung des schlupfendes Rades einsetzt. Zur Verbesserung der Fahrzeugbeschleunigung (12, 12') wird vorgeschlagen, die Vorhaltezeit (6) zu verlängern, wenn die Fahrzeugbeschleunigung (12, 12') oder -geschwindigkeit (11, 11') einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, und das Motorsollmoment (1, 1') während der verlängerten Vorhaltezeit (6') in Abhängigkeit von der Fahrzeugbeschleunigung (12, 12') oder -geschwindigkeit (11, 11') zu erhöhen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Antriebsschlupfregelung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Antriebsschlupfregelung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 5.
Beim Anfahren oder Beschleunigen eines Fahrzeugs auf glatter Fahrbahn, greift eine Antriebsschlupfregelung (ASR) automatisch in den Fahrbetrieb ein, wenn wenigstens ein Antriebsrad in Schlupf gerät und eine vorgegebene Schlupfschwelle überschreitet. Hierzu wird in der Regel das Motormoment durch Verstellung der Drosselklappe reduziert. Gegebenenfalls können die schlupfenden Antriebsräder auch durch einen Bremseneingriff abgebremst werden. Nach Unterschreiten der vorgegebenen Schlupfschwelle wird das Motormoment dann wieder erhöht.
1 zeigt den Verlauf eines Motormomentes 1 während einer ASR-Regelung. Das von der Regelung vorgegebene Motorsollmoment ist mit dem Bezugszeichen 1, das Ist-Moment mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichnet.
Überschreitet die Geschwindigkeit 10 (vgl. 2) zum Zeitpunkt t0 eine vorgegebene Schlupfschwelle, so reduziert die ASR das Motormoment 1 sprungartig auf einen Vorsteuerwert 5. Die Höhe des Rücksprungs 4 ist dabei üblicherweise abhängig von der Summe der Fahrwiderstände.
Das Motorsollmoment 1 bzw. der Vorsteuerwert 5 wird nachfolgend während einer sogenannten Vorhaltezeit 6 in Abhängigkeit von der Fahrzeugbeschleunigung 12 (vgl. 2) erhöht. Wie zu erkennen ist, beginnt das Fahrzeug sich ab dem Zeitpunkt t1 in Bewegung zu setzen und zu beschleunigen. Entsprechend erhöht sich auch der Vorsteuerwert 5.
Während der Vorhaltezeit 6 ist der ASR-Regelkreis noch nicht geschlossen, so dass in dieser Phase eigentlich eine Steuerung des Motorsollmomentes 1 stattfindet.
Ein hoher Radschlupf tritt nicht nur beim Anfahren auf glatter Fahrbahn, sondern auch beim Anfahren auf griffiger Fahrbahn auf, wenn der Fahrer unter Vorgabe eines hohen Moments hart einkuppelt. Da das Fahrzeug während der Vorhaltezeit 6 nur einen Bruchteil der endgültigen Beschleunigung erreicht und der Haftreibungswert der Fahrbahn nur äußerst ungenau abgeschätzt werden kann, wird in diesem Fall – als würde sich das Fahrzeug auf glatter Fahrbahn befinden – ein sehr niedriger Vorsteuerwert 5 gewählt, obwohl die Fahrbahn eigentlich einen hohen Reibwert aufweist.
Folge dieser ASR-Regelung ist der in 2 gezeigte Verlauf der Fahrzeugbeschleunigung 12 mit einem Beschleunigungseinbruch 13. Die Höhe des Beschleunigungseinbruches 13 (vgl. Bezugszeichen 18) kann dabei Werte von mehr als 1 m/s² annehmen. Ein Rückgang der Beschleunigung um mehr als 1 m/s² wird vom Fahrer, der eigentlich schnell beschleunigen möchte, als sehr unkomfortabel empfunden.
Nach Ablauf der Vorhaltezeit 6 wird das Motorsollmoment noch weiter reduziert, da sich das schlupfende Antriebsrad weiter in der Regelung befindet. Erst zum Zeitpunkt t3 unterschreitet die Geschwindigkeit 10 des angetriebenen Rades wieder die vorgegebene Schlupfschwelle, wodurch das Motorsollmoment 1 im folgenden (vgl. Regelphase 8) wieder erhöht wird.
Aus den Druckschriften DE 36 44 136 C1 , DE 36 44 137 A1 und DE 199 33 087 A1 sind Verfahren, beziehungsweise Vorrichtungen zur Durchführung eines Verfahrens zur Schlupfregelung, welche im Grunde nach dem vorstehend beschriebenen Prinzip arbeiten, offenbart. Nachteilig ist bei all diesen Verfahren, dass es zu einer für den Fahrer unangenehmen Verzögerung beim Beschleunigen des Fahrzeugs kommt.
Auch die gattungsbildende Druckschrift DE 199 49 220 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung der Antriebseinheit eines Fahrzeugs, wobei im Falle von Antriebsschlupf dieses Rad gebremst, das Drehmoment der Antriebseinheit reduziert und danach wieder erhöht wird. Bei der Reduktion des Drehmoments und der Erhöhung des Drehmoments wird eine die Bremswirkung an dem wenigstens einen Antriebsrad repräsentierende Größe, wie beispielsweise die Fahrzeugbeschleunigung oder die Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt. Auch dieses Verfahren vermag die vom Fahrer als unangenehm empfundene Verzögerung beim Beschleunigen nicht zu beseitigen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Beschleunigungsverhalten eines Fahrzeugs beim Anfahren zu verbessern.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 sowie 5 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, die Vorhaltezeit einer Antriebsschlupfreglung bei einem Anfahrvorgang zu verlängern, wenn die Fahrzeugbeschleunigung oder -geschwindigkeit einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, und das Motorsollmoment während der verlängerten Vorhaltezeit in Abhängigkeit von der Fahrzeugbeschleunigung oder -geschwindigkeit zu erhöhen. Erreicht das Fahrzeug innerhalb der ursprünglichen Vorhaltezeit (üblicherweise 180 ms) hohe Beschleunigungswerte oder Geschwindigkeiten, ist dies ein Indiz für eine griffige Fahrbahn mit hohem Reibwert. Durch die Verlängerung der Vorhaltezeit kann das Fahrzeug weiter beschleunigt werden, bevor die eigentliche ASR-Regelung einsetzt, die das Motormoment reduziert.
Die Vorhaltezeit wird dabei auf wenigstens 250 ms, vorzugsweise wenigstens 300 ms oder mehr verlängert.
Das Verlängern der Vorhaltezeit erfolgt vorzugsweise nur dann, wenn das Motor- oder Antriebsmoment größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist.
Die Verlängerung der Vorhaltezeit erfolgt vorzugsweise auch nur beim Anfahren des Fahrzeugs oder bei niedrigen Geschwindigkeiten, z. B. kleiner als 10 km/h.
Bei der Berechnung des Vorsteuerwertes bzw. des Motorsollmomentes wird üblicherweise ein Dämpfungsfaktor berücksichtigt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird dieser Dämpfungsfaktor in Abhängigkeit von der Fahrzeugbeschleunigung geändert, insbesondere mit zunehmender Fahrzeugbeschleunigung erhöht. Der Dämpfungsfaktor kann dabei auch Werte größer eins annehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Motormomentenverlauf bei einer ASR-Regelung gemäß dem Stand der Technik;
2 den zugehörigen Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit und -beschleunigung;
3 einen Motormomentenverlauf nach Verlängerung der Vorhaltezeit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 den zugehörigen Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit und -beschleunigung;
5 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Antriebsschlupfregelung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
6 ein ASR-System, das zur Ausführung des Verfahrens von 5 eingerichtet ist.
Bezüglich der Erläuterung der 1 und 2 wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.
3 zeigt den Verlauf eines Motorsollmomentes 1' und des zugehörigen Ist-Moments 2' während einer ASR-Regelung mit verlängerter Vorhaltezeit 6'. Zu Vergleichszwecken sind dabei auch die Motormomentenverläufe 1, 2 einer ASR gemäß dem Stand der Technik (entsprechend 1) eingezeichnet.
Dem Motormomenten- und Geschwindigkeitsverlauf der 3 und 4 liegt eine Fahrsituation zugrunde, in der ein Fahrer durch hartes Einkuppeln und Vorgabe eines hohen Antriebsmomentes auf einer Fahrbahn mit mittlerem oder hohem Reibwert schnell anfahren und beschleunigen will. Die ASR arbeitet dabei wie folgt: Auf Grund des hohen Vorgabemoments 14 geraten die Antriebsräder trotz relativ griffiger Fahrbahn in Schlupf. Die Geschwindigkeit 10' der angetriebenen Räder nimmt dabei sprungartig zu (vgl. 4) und überschreitet zum Zeitpunkt t0 eine vorgegebene Schlupfschwelle.
Die ASR reduziert sofort das Motorsollmoment 1' von einem Passivwert 3 auf einen Vorsteuerwert 5. Die Höhe des Rücksprungs 4 orientiert sich dabei im wesentlichen an der Summe der Fahrwiderstände MAR. Für diese gilt: MAR = MWR + MWB·F + MWL + MWK, mit

MAR: Rücksprungmoment bei Regelbeginn
MWR: Rollwiderstandsmoment
MWB: Beschleunigungswiderstandsmoment
F: Dämpfungsfaktor
MWK: Kurvenwiderstandsmoment
MWL: Luftwiderstandsmoment

Bei Fehlen konkreter Informationen über den tatsächlichen Reibwert der Fahrbahn wird der anfängliche Vorsteuerwert 5 aus Sicherheitsgründen relativ niedrig angesetzt, z. B. auf einen vorgegebenen Vorsteuerwert 5 für das Anfahren auf Niedrigreibwert. Dieser ist oftmals niedriger, als es für die tatsächliche Fahrbahnbeschaffenheit eigentlich notwendig wäre.
Während der Vorhaltezeit 6 erfolgt daher eine nachträgliche Korrektur des Vorsteuerwerts 5, wobei das Motorsollmoment 1' in Abhängigkeit von der ermittelten Fahrzeugbeschleunigung 12' (vgl. 4) erhöht wird. Wie zu erkennen ist, setzt sich das Fahrzeug zum Zeitpunkt t1 in Bewegung und beschleunigt im folgenden zunehmend. Innerhalb der regulären Vorhaltezeit 6 (ca. 180 ms) wird die tatsächliche Fahrzeugbeschleunigung 12' ständig mit einem Schwellenwert verglichen. Ist die Fahrzeugbeschleunigung 12' größer als der Schwellenwert, so kann von einem hohen Reibwert ausgegangen werden. Gleiches gilt auch in Bezug auf die Fahrzeuggeschwindigkeit 11, 11'. Die Vorhaltezeit 6 wird dann automatisch verlängert und eine neue Vorhaltezeit 6' gewählt. Die neue Vorhaltezeit 6' beträgt beispielsweise 400 ms.
Während dieser neuen Vorhaltezeit 6' wird das Motorsollmoment 1' in Abhängigkeit von der Fahrzeugbeschleunigung 12' oder -geschwindigkeit weiter erhöht. Die Antriebsräder bleiben dadurch zwar länger im Schlupf (vgl. Radgeschwindigkeiten 10, 10'), das Fahrzeug beschleunigt jedoch wesentlich schneller.
Wie in 4 zu erkennen ist, tritt im Vergleich zur Fahrzeugbeschleunigung 12 bei kurzer Vorhaltezeit 6 nahezu kein Beschleunigungseinbruch 13' mehr auf.
Nach Ablauf der Vorhaltezeit 6' wird der ASR-Regelkreis geschlossen und das Motorsollmoment 1' während einer kurzen ersten Regelphase 7 reduziert. Nachdem die Antriebsräder zum Zeitpunkt t4 die vorgegebene Schlupfschwelle wieder unterschritten haben, wird das Motormoment 1' mittels einer Zugaberoutine (Regelphase 8) wieder erhöht.
Die beschriebene ASR-Regelung gilt vorzugsweise nur bei Anfahrvorgängen und Fahrgeschwindigkeiten von weniger als z. B. 10 km/h. Vorzugsweise gilt sie auch nur bei Geradeausfahrt, um in Kurven nicht ungewollt die Seitenführung zu verlieren.
Die Länge der Vorhaltezeit 6' ist abhängig von der innerhalb der regulären Vorhaltezeit 6 ermittelten Fahrzeugbeschleunigung 12' bzw. -geschwindigkeit 11'. Sie ist vorzugsweise je länger, desto höher die ermittelte Fahrzeugbeschleunigung 12' bzw. -geschwindigkeit 11' ist.
Wie erwähnt, wird das Motorsollmoment 1' bzw. der Vorsteuerwert 5 auf der Grundlage einer Motormomentenbilanz berechnet. Das Beschleunigungswiderstandsmoment MWB des Fahrzeugs (= Fahrzeugmasse·Fahrzeugbeschleunigung·Radhalbmesser) wird dabei mit einem von der Fahrsituation abhängigen Dämpfungsfaktor F multipliziert. Der Wertebereich des Dämpfungsfaktors F liegt üblicherweise zwischen 0,5 und 0,8.
Überschreitet die Fahrzeugbeschleunigung 12' oder -geschwindigkeit 11' einen vorgegebenen Schwellenwert, so wird der Dämpfungsfaktor erhöht. Dabei kann der Dämpfungsfaktor F auch Werte größer eins annehmen.
Bei Dämpfungsfaktoren F von kleiner als z. B. 0,8 stellt sich ein Ist-Moment 17, bei Dämpfungsfaktoren F größer als 0,8 ein entsprechend höheres Motor-Istmoment 2' ein.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flußdiagramms. In Schritt 20 wird das Motorsollmoment 1, 1' sprunghaft auf einen Vorsteuerwert 5 reduziert, wenn ein Antriebsrad eine vorgegebene Schlupfschwelle überschreitet. Danach wird in Schritt 21 die Fahrzeugbeschleunigung 12' oder -geschwindigkeit 11' während der Vorhaltezeit 6 ermittelt. In Schritt 22 wird festgestellt, ob die Fahrzeugbeschleunigung 12' oder -geschwindigkeit 11' einen vorgegebenen Schwellenwert sw überschreitet. Ferner wird in Schritt 23 überprüft, ob das Antriebsmoment größer als ein vorgegebener Schwellenwert sw ist. Ist sowohl der Vergleich in Schritt 22 als auch in Schritt 23 positiv, so wird die Vorhaltezeit 6 in Schritt 24 auf eine Vorhaltezeit 6' verlängert und das Motorsollmoment 1' während der verlängerten Vorhaltezeit 6' erhöht.
6 zeigt ein zugehöriges ASR-System, welches zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Das ASR-System umfaßt eine zentrale Steuer- und Regeleinheit 26, sowie Mittel 27 zur Erkennung der Fahrzeugbeschleunigung 12, 12' oder -geschwindigkeit 11, 11'. Die zentrale Steuer- und Regeleinheit 26 steht ferner mit einer Drosselklappe 28 in Verbindung, die zur Einstellung eines vorgegebenen Motorsollmoments 1, 1' entsprechend gesteuert wird.
Bezugszeichenliste

1, 1': Motorsollmoment
2, 2': Motor-Istmoment
3: Passivwert
4: Rücksprung
5: Vorsteuerwert
6, 6': Vorhaltezeit
7: erste Regelphase
8: zweite Regelphase
9: Regelende
10, 10': Geschwindigkeit der Antriebsräder
11, 11': Geschwindigkeit der nicht angetriebenen Räder
12, 12': Fahrzeugbeschleunigung
13, 13': Beschleunigungseinbruch
14: Fahrervorgabe
17: Motor-Istmoment mit Dämpfung
18: Beschleunigungsrückgang
20–25: Verfahrensschritte
26: ASR-Steuer- und Regeleinheit
27: Mittel zur Erkennung der Fahrzeugbeschleunigung oder -geschwindigkeit
28: Drosselklappe

Claims

Verfahren zur Antriebsschlupfregelung für das Anfahren eines Fahrzeugs, wobei das Motorsollmoment (1') sprungartig auf einen Vorsteuerwert (5) reduziert wird, wenn ein Antriebsrad eine vorgegebene Schlupfschwelle überschreitet, während einer Vorhaltezeit (6) eine Fahrzeugbeschleunigung (12') oder -geschwindigkeit (11') ermittelt wird, das Motorsollmoment (1') während einer verlängerten Vorhaltezeit (6') in Abhängigkeit von der Fahrzeugbeschleunigung (12') oder -geschwindigkeit (11') erhöht wird, und nach Ablauf der Vorhaltezeit (6) oder der verlängerten Vorhaltezeit (6') eine Regelung (7, 8) des schlupfenden Rades einsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass die verlängerte Vorhaltezeit (6') eingestellt wird, wenn die Fahrzeugbeschleunigung (12') oder -geschwindigkeit (11') einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verlängerte Vorhaltezeit (6') wenigstens 250 ms oder wenigstens 300 ms beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellen der verlängerten Vorhaltezeit (6') und das Ändern des Motorsollmoments (1') nur durchgeführt wird, wenn das Antriebsmoment einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dämpfungsfaktor, der bei der Berechnung des Motorsollmomentes (1') berücksichtigt wird, in Abhängigkeit von der Fahrzeugbeschleunigung (12') oder -geschwindigkeit (11') eingestellt wird.
Antriebsschlupfregelung mit Mitteln zur Erkennung der Fahrzeugbeschleunigung (12') oder -geschwindigkeit (11'), bei der das Motorsollmoment (1') sprungartig auf einen Vorsteuerwert (5) reduziert wird, wenn ein Antriebsrad eine vorgegebene Schlupfschwelle überschreitet, die Fahrzeugbeschleunigung (12') oder -geschwindigkeit (11') während einer Vorhaltezeit (6) ermittelt wird, das Motorsollmoment (1') während einer verlängerten Vorhaltezeit (6') in Abhängigkeit von der Fahrzeugbeschleunigung (12) erhöht wird, und bei der nach Ablauf der Vorhaltezeit (6) oder der verlängerten Vorhaltezeit (6') eine Regelung des schlupfenden Rades einsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass eine verlängerte Vorhaltezeit (6') eingestellt wird, wenn die Fahrzeugbeschleunigung (12') oder -geschwindigkeit (11') einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.