DE10238755A1

DE10238755A1 - Antriebsschlupfregelung mit Sollschlupf-Anpassung

Info

Publication number: DE10238755A1
Application number: DE10238755A
Authority: DE
Inventors: Mirko Trefzer; Thomas Sauter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2003-10-16
Anticipated expiration: 2022-08-24
Also published as: DE10238755B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Antriebsschlupfregelung beim Anfahren eines Fahrzeugs auf einer Fahrbahn mit unterschiedlichen Haftreibungswerten zwischen linker und rechter Fahrzeugseite, wobei das angetriebene low-mu-Rad beim Durchdrehen durch Bremseneingriff auf einen vorgegebenen Sollschlupf-Vorsteuerwert (lambda¶vor¶) geregelt wird. Zur Verbesserung des Fahrkomforts wird vorgeschlagen, die Motordrehzahl auf die jeweiligen Anfahrbedingungen einzustellen. Hierzu wird das zum Anfahren tatsächlich benötigte Motormoment (Mben) ermittelt, sobald sich das Fahrzeug in Bewegung gesetzt und eine vorgegebene Geschwindigkeitsschwelle überschritten hat, und daraus die tatsächlich benötigte Motordrehzahl (nMot) bestimmt, die für das Anfahren unter den vorgegebenen Bedingungen erforderlich ist. Daraus wird wiederum ein neuer, korrigierter Sollschlupfwert (lambda¶korr¶) berechnet und der Sollschlupf (1) sprungartig vom Sollschlupf-Vorsteuerwert (lambda¶vor¶) auf den neu berechneten, korrigierten Sollschlupfwert (lambda¶korr¶) abgesenkt bzw. erhöht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Antriebsschlupfregelung sowie eine entsprechende Antriebsschlupfregelung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 5.

Beim Beschleunigen eines Kraftfahrzeuges auf einer Fahrbahn mit unterschiedlichen Haftreibungswerten zwischen linker und rechter Fahrzeugseite (µ-split), und insbesondere beim Anfahren am Berg, können durch das Durchdrehen der Antriebsräder kritische Fahrsituationen entstehen. Die Antriebsschlupfregelung (ASR) versucht, durch Verringern des Motormoments und ggf. auch durch Bremseneingriff, das Fahrzeug in einem stabilen Bereich zu halten und die Traktion zu verbessern.

Die ASR ist üblicherweise derart eingestellt, daß das Fahrzeug auch beim Anfahren am Berg auf einer Fahrbahn mit unterschiedlichen Haftreibungswerten zwischen linker und rechter Fahrzeugseite (µ-split) möglichst nicht zurückrollt, selbst wenn der Fahrer zu wenig Gas gibt. Das von der ASR in der Anfangsphase eines Anfahrvorgangs vorgegebene Motormoment, der sogenannte Motormoment-Vorsteuerwert, ist in der Regel auf eine Steigung von 15% und mehr ausgelegt und dementsprechend hoch. Um diesen hohen Motormoment- Vorsteuerwert aufbringen zu können, ist eine relativ hohe Motordrehzahl und eine entsprechend hohe Schlupfschwelle für das low-µ-Räd (angetriebenes Rad mit niedrigem Haftreibungswert) erforderlich. Wird das durchdrehende low-µ- Rad zu stark abgebremst, erreicht der Motor nicht die Drehzahlen, bei denen das erforderliche Moment erzeugt werden kann.

Motordrehzahl und Reifenschlupf sind durch die vorgenommene Regleranpassung nur für die zugrunde liegende Extremsituation, z. B. einen 15%-Hügel, optimal eingestellt. Bei geingerer Steigung und insbesondere auf der Ebene wird dagegen stets mehr Motormoment erzeugt, als eigentlich notwendig wäre, um das Fahrzeug angemessen zu beschleunigen. Wegen der unnötig hohen Motordrehzahlen und dem zu starken Durchdrehen des low-µ-Rades leidet natürlich der Fahrkomfort. Bei höherer Steigung (mehr als 15%) wird dagegen zu wenig Motormoment aufgebracht, so daß das Fahrzeug kurzfristig zurück rollen kann.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsschlupfregelung sowie ein entsprechendes Verfahren zu schaffen, bei dem die während eines Anfahrvorgangs eingestellte Motordrehzahl an die aktuelle Steigung angepasst wird.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 bzw. 5 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, eine zum Anfahren des Fahrzeugs tatsächlich benötigte Motordrehzahl zu bestimmen, die bei einem tatsächlich zum Anfahren benötigten Motormoment vorliegt (das tatsächlich benötigte Motormoment ist dasjenige Moment, das zum Zeitpunkt des Losfahrens oder bei Überschreiten einer niedrigen Geschwindigkeitsschwelle ausgeübt wird). Aus der tatsächlich benötigten Motordrehzahl wird dann ein neuer Sollschlupfwert für das low-µ-Rad berechnet. Der Sollschlupf wird schließlich sprungartig vom vorgegebenen Sollschlupf-Vorsteuerwert auf den neu berechneten Sollschlupfwert abgesenkt bzw. erhöht.

Durch die Auswertung der tatsächlich benötigten Motordrehzahl ergibt sich die Möglichkeit, den Sollschlupf optimal an den aktuellen Bedarf anzupassen und dadurch den Fahrkomfort wesentlich zu erhöhen. Beim Anfahren auf Steigungen von weniger als 15% kann insbesondere ein zu starkes Aufheulen des Motors verhindert werden. Andererseits kann die Motordrehzahl bei größeren Steigungen natürlich auch nach oben korrigiert werden, um auch bei größeren Steigungen eine ausreichende Beschleunigung zu erhalten.

Die Ermittlung des tatsächlich benötigten Motormoments kann ab dem Zeitpunkt erfolgen, ab dem sich das Fahrzeug in Bewegung setzt oder eine vorgegebene Geschwindigkeitsschwelle überschreitet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die tatsächlich benötigte Motordrehzahl aus einer Schar von Drehzahl/Momenten-Kennlinien ausgelesen, die im System hinterlegt sind.

Nach der sprungartigen Absenkung bzw. Erhöhung des Sollschlupfes wird der Sollschlupf für das low-u-Rad vorzugsweise linear weiter gesenkt.

Neben der Bremsmomentenregelung greift die ASR vorzugsweise auch über eine Motormomentenregelung in den Fahrbetrieb ein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 den Verlauf von Radschlupf und Motormoment während einer ASR-Regelung;
Fig. 2 mehrere Motormomenten/Drehzahl-Kennlinien bei unterschiedlichen Drosselklappenwinkeln;
Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm zur Erläuterung des ASR- Verfahrens, bei dem der Sollschlupf-Vorsteuerwert an den tatsächlichen Bedarf angepaßt wird; und
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines ASR-Systems.
Fig. 1 zeigt den Verlauf von Radschlupf und Motormoment beim Anfahren eines Fahrzeugs auf einer Fahrbahn mit unterschiedlichen Haftreibungswerten zwischen linker und rechter Fahrzeugseite (µ-Split). Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 2 den Verlauf der Geschwindigkeit des low-µ- Rades und das Bezugszeichen 7 den Verlauf des Motorsollmoments über der Zeit. Die Bezugszeichen 1,3,4 bezeichnen verschiedene Sollschlupfkurven, auf die die Geschwindigkeit 2 des low-µ-Rades bei unterschiedlichen Regelverfahren eingeregelt wird.
Der Anfahrvorgang beginnt zum Zeitpunkt t0, an dem der Fahrer durch Gas geben versucht, das Fahrzeug in Bewegung zu setzen. Die Fahrervorgabe ist als Kennlinie 6 dargestellt.
Bereits ab dem Zeitpunkt t1 beginnt das Rad mit dem niedrigeren Haftreibungswert (low-µ-Rad) sich durchzudrehen. Die ASR erkennt dies und berechnet sowohl für den zulässigen Radschlupf als auch für das Motormoment einen Vorsteuerwert lambda_vor bzw. M_vor, die so hoch gewählt sind, daß das Fahrzeug auch beim Anfahren auf einem Hügel mit z. B. bis zu 15% Steigung nicht zurückrollt. Die Vorsteuerwerte können z. B. auch für eine Steigung von 20% ausgelegt sein.
Die Berechnung des Sollschlupf-Vorsteuerwerts lambda_vor und des Motormoment-Vorsteuerwerts M_vor wird im folgenden kurz erläutert: Das benötigte Antriebsmoment Mantrieb, um das Fahrzeug am 15%-Hügel im Gleichgewicht zu halten, berechnet sich aus dem Hangabtriebsmoment Mhang und dem aufgebrachten Bremsmoment Mbrems auf der low-µ-Seite des Fahrzeuges. Dabei gilt:

Mantrieb = µ_low.Mhang + Mbrems, mit

Mhang = m.g.r.sinα.

m: Fahrzeugmasse
g: Erdbeschleunigung
r: effektiver Radradius
Unter der Annahme eines Reibwertes auf der low-µ-Seite von z. B. µ_low = 0, 1 und auf der High-p-Seite von µ_high = 1, sowie einer Steigung von 15%, kann daraus das benötigte Antriebsmoment Mantrieb und das erforderliche Bremsmoment Mbrems berechnet werden. Das zugehörige Motormoment läßt sich direkt aus dem berechneten Antriebsmoment ableiten.
Bei diesem Ergebnis handelt es sich um das Motormoment Mber, das erforderlich ist, um das Fahrzeug unter den gegebenen Bedingungen im Gleichgewicht zu halten (vgl. Fig. 2). Auf dieses Motormoment Mber ist eine gewisse Zugabe aufzuschlagen, um eine Beschleunigung des Fahrzeugs am Steigungshügel zu gewährleisten. Die Erhöhung ist in Fig. 2 durch das Bezugszeichen x dargestellt. Das resultierende Moment ist der Motormoment-Vorsteuerwert Mvor.
Zur Berechnung des Sollschlupf-Vorsteuerwertes wird zunächst die Motordrehzahl ermittelt, die für die Erzeugung des berechneten Motormoments Mber erforderlich ist. Dies kann beispielsweise anhand von Motormomenten/Drehzahl-Kennlinien erfolgen, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind.
Für den 15%-Hügel ergibt sich aus der Berechnung beispielsweise ein Motormoment Mber, wie es an der oberen der beiden Kurven eingezeichnet ist. Dieses Moment wird bei einer Umdrehungszahl von z. B. 2.200 U/min erreicht.
Das Motormoment-Vorsteuerwert wird bei einer Solldrehzahl von 2.400 U/min erreicht. Diese dient, zu einer Geschwindigkeit umgerechnet, als Sollgeschwindigkeit für das zu regelnde Rad. Die Berechnung der Radgeschwindigkeit des low-µ-Rades aus der Motordrehzahl kann beispielsweise über folgende Gleichung erfolgen:

V_{an_low:} Geschwindigkeit des angetriebenen low-µ-Rades. Zurück in Fig. 1 wird die Geschwindigkeit 2 des low-µ-Rades ab dem Zeitpunkt t1, bei noch stillstehendem Fahrzeug, auf den berechneten Sollschlupf-Vorsteuerwert lambda_vor geregelt.
Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 wird der Schlupf des low- µ-Rades 2 durch pulsweises Erhöhen des Bremsdrucks und gleichzeitig durch Absenken des Motor-Sollmoments 7 begrenzt, bis der Schlupf zum Zeitpunkt t2 einen Umkehrpunkt erreicht hat.
Das Motor-Sollmoment 7 wird solange reduziert, bis der Schlupf 2 des low-µ-Rades zum Zeitpunkt t3 den Sollschlupf- Vorsteuerwert lambda_vor wieder unterschritten hat. Danach wird das Motor-Sollmoment 7 wieder stufenartig erhöht. Der Schlupf 2 des low-µ-Rades wird weiterhin auf den Sollschlupf- Vorsteuerwert lambda_vor eingeregelt, bis das Fahrzeug zum Zeitpunkt t4 beginnt, sich in Bewegung zu setzen.
In dem Moment, in dem sich das Fahrzeug in Bewegung setzt, können neue Erkenntnisse über die Anfahrbedingungen gewonnen werden, die unter anderem zur Berechnung einer neuen, korrigierten Motor-Solldrehzahl bzw. zur Ermittlung eines neuen Sollschlupfwertes lambda_korr für das low-u-Rad genutzt werden können. Das im Moment des Anfahrens (Zeitpunkt t4) vom Motor bereitgestellte Moment entspricht nämlich dem tatsächlich zum Anfahren benötigten Moment Mben.
Im dargestellten Beispiel von Fig. 1 ist dieses Moment Mben kleiner als der vorgegebene Motormoment-Vorsteuerwert M_vor. Die Motordrehzahl nMot kann somit auf einen kleineren Wert eingestellt werden, bei dem der Fahrzeugmotor nur das zum Anfahren tatsächlich benötigte Motormoment Mben erzeugt.
Zur Ermittlung der neuen, korrigierten Motor-Solldrehzahl nMot wertet die ASR wiederum die in Fig. 1 gezeigten Motormoment/Drehzahl-Kennlinien am Punkt des tatsächlich benötigten Moments Mben aus. Im Beispiel von Fig. 1 beträgt die neue Motordrehzahl 1.800 U/min. Anhand der bereits angegebenen Umrechnungsformel kann die neue Motordrehzahl wiederum auf einen Radschlupf umgerechnet werden.
Dieser neue Radschlupf ist gleich dem korrigierten Sollschlupf lambda_korr, auf den die Bremsmomentenregelung die Geschwindigkeit 2 des low-µ-Rades nun einregelt. In Fig. 1 ist die Absenkung des Sollschlupfes (und damit der Motordrehzahl) zum Zeitpunkt t4 als Sprung 5 zu erkennen.
Durch die Auswertung des tatsächlich benötigten Motormoments ergibt sich die Möglichkeit, den Sollschlupf optimal an den aktuellen Bedarf anzupassen und dadurch den Fahrkomfort wesentlich zu erhöhen. Beim Anfahren auf Steigungen von weniger als 15% kann insbesondere ein zu starkes Aufheulen des Motors verhindert werden. Andererseits kann die Motordrehzahl bei größeren Steigungen natürlich auch nach oben korrigiert werden, um auch bei größeren Steigungen eine ausreichende Beschleunigung zu erhalten.
Nach dem Anfahren des Fahrzeuges (der Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit ist mit dem Bezugszeichen 8gekennzeichnet) zum Zeitpunkt t4 kann der korrigierte Sollschlupfwert entweder beibehalten (Linie 3) oder weiter linear abgesenkt werden (Linie 4).
Fig. 3 zeigt nochmals die wesentlichen Verfahrensschritte bei der Anpassung des Sollschlupfes an den aktuellen Bedarf in Form eines Flußdiagramms. In Schritt 10 wird zunächst überprüft, ob sich das Fahrzeug bei einem Anfahrvorgang auf einer Fahrbahn mit unterschiedlichen Haftreibungswerten bereits in Bewegung gesetzt und eine vorgegebene Geschwindigkeitsschwelle überschritten hat. Ist dies der Fall, wird zunächst die aktuelle Motordrehzahl nMot ermittelt und daraus ein neuer korrigierter Sollschlupfwert lambda_korr berechnet (Schritte 11, 12). Der Sollschlupf 1 wird schließlich in Schritt 13 auf den neu berechneten Sollschlupfwert lambda_korr eingestellt.
Fig. 4 zeigt ein Antriebsschlupfregelsystem mit einer zentralen Regeleinheit 15, die mit mehreren Radbremsen 14 zur Einstellung eines Sollschlupfes und einer Drosselklappe 16 zur Einstellung eines Motormoments zusammenwirkt. Das ASR System umfaßt ferner eine Sensorik zur Ermittlung der Motordrehzahl nMot sowie zur Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit v. Die ASR 15 ist derart eingerichtet, daß sie das vorstehend bezüglich Fig. 3 beschriebene Verfahren durchführt, um den Sollschlupf 1 an den aktuellen Bedarf anzupassen. Bezugszeichenliste 1 Sollschlupf des low-µ-Rades
2 Radgeschwindigkeit
3 Sollschlupfverlauf Sollschlupfverlauf
5 Sollschlupf-Sprung
6 Momentenvorgabe des Fahrers
7 Motor-Sollmoment
8 Fahrzeuggeschwindigkeit
10-13 Verfahrensschritte
14 Bremsen
15 Regeleinheit
16 Drosselklappe
17 Drehzahlsensor
18 Geschwindigkeitssensor
lambda_vor Sollschlupf-Vorsteuerwert
lambda_korr korrigierter Sollschlupfwert
Mvor Motormoment-Vorsteuerwert
Mben tatsächlich benötigtes Motormoment
nMot Motordrehzahl
t1-t4 Zeitpunkte

Claims

1. Verfahren zur Antriebsschlupfregelung beim Anfahren eines Kraftfahrzeugs auf einer Fahrbahn mit unterschiedlichen Haftreibungswerten (µ-split) zwischen linker und rechter Fahrzeugseite, wobei das angetriebene low-µ-Rad im Falle des Durchdrehens durch Bremseneingriff auf einen vorgegebenen Sollschlupf-Vorsteuerwert (lambda_vor) geregelt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Ermitteln der aktuellen Motordrehzahl (nMot), die zum Zeitpunkt des Losfahrens des Fahrzeugs oder bei Überschreiten einer niedrigen Geschwindigkeitsschwelle vorliegt;

- Berechnen eines neuen, korrigierten Sollschlupfwertes (lambda_korr) auf der Grundlage der ermittelten, aktuellen Motordrehzahl (nMot); und

- Sprungartiges Absenken bzw. Erhöhen des Sollschlupfes (1) vom Sollschlupf-Vorsteuerwert (lambda_vor) auf den neu berechneten Sollschlupfwert (lambda_korr).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt zunächst das tatsächlich benötigte Motormoment (Mben) ermittelt und damit, anhand vor. Drehzahl- Momenten-Kennlinien, die aktuelle Motordrehzahl (nMot) bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollschlupf (1) für das low-µ-Rad nach der sprungartigen Änderung linear weiter gesenkt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Motormoment mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit (8) erhöht wird.

5. Antriebsschlupfregelung, insbesondere für das Anfahren eines Kraftfahrzeugs auf einer Fahrbahn mit unterschiedlichen Haftreibungswerten (µ-split) zwischen linker und rechter Fahrzeugseite, bei der ein angetriebenes low-µ-Rad im Falle des Durchdrehens durch Bremseneingriff auf einen vorgegebenen Sollschlupf-Vorsteuerwert (lambda_vor) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
die aktuelle Motordrehzahl (nMot) ermittelt wird, die zum Zeitpunkt des Losfahrens des Fahrzeugs oder bei Überschreiten einer niedrigen Geschwindigkeitsschwelle vorliegt;
ein neuer, korrigierter Sollschlupfwert (lambdakorr) auf der Grundlage der aktuellen Motordrehzahl (nMot) berechnet wird; und
der Sollschlupf (1) sprungartig vom Sollschlupf- Vorsteuerwert (lambda_vor) auf den neu berechneten Sollschlupfwert (lambda_korr) abgesenkt bzw. erhöht wird.