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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
sowie ein System zum Verhindern des Zurückrollens eines Kraftfahrzeugs
beim Anfahren auf einer Steigung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 bzw. 5.
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Verfahren und Systeme der eingangs
genannten Art, die den Fahrer eines Kraftfahrzeugs beim Anfahren
am Berg unterstützen,
werden in der Literatur auch als „Hillholder" bezeichnet. Ein
Hillholder arbeitet im wesentlichen nach folgendem Prinzip: Beim
Anfahren eines Kfz auf einer Steigung wird der Rad-Bremsdruck automatisch
auf hohem Niveau gehalten, so dass das Fahrzeug auch im ausgekuppelten
Zustand nicht zurückrollt.
Ein Betätigen
der Handbremse ist somit nicht mehr erforderlich. Der Fahrer kann
nun in gewohnter Weise die Kupplung einschleifen und anfahren. Erreicht
das vom Fahrzeugmotor erzeugte Antriebsmoment einen vorgegebenen
Schwellenwert, wird der Bremsdruck automatisch abgebaut.
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Eine kritische Phase bei diesem Vorgang
ist dabei der Moment des Anfahrens des Fahrzeugs und Lösens der
Bremsen. Wird der Rad-Bremsdruck zu früh abgebaut, so führt dies
zum Zurückrollen
des Fahrzeugs. Wird dagegen der Bremsdruck zu lange gehalten, führt dies
zu einer unnötigen
Verzögerung des
Anfahrvorgangs oder einem ruckartigen und damit unkomfortablen Anfahrvorgang
und insbesondere zu einer höheren
Belastung von Motor und Kupplung.
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Bisher bekannte Hillholder-Systeme
steuern den Bremsdruck der Radbremsen in Abhängigkeit vom aktuellen Antriebsmoment.
Der Bremsdruck wird dabei in dem Moment abgebaut, in dem das Antriebsmoment
des Verbrennungsmotors das Hangabtriebsmoment des Fahrzeugs übersteigt.
Das Hangabtriebsmoment wird wiederum durch eine Auswertung des Bremsverhaltens
des Fahrzeugs während eines
Anhaltevorgangs abgeschätzt.
Dies ist relativ ungenau.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
die Steuerung der Radbremsen bei einem Hillholder zu optimieren.
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Gelöst wird diese Aufgabe gemäss der Erfindung
durch die im Patentanspruch 1 bzw. 5 angegebenen Merkmale. Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Der wesentliche Gedanke der Erfindung
besteht darin, das zum Losfahren des Fahrzeugs erforderliche Mindest-Antriebsmoment
(entspricht etwa der Hangabtriebskraft) aus den Rad-Längskräften und der Trägheitskraft
des Fahrzeugs zu berechnen. Hierzu werden die an den Rädern des
Fahrzeugs wirkenden Rad-Längskräfte sowie
die Trägheitskraft des
Fahrzeugs mittels geeigneter Sensoren während eines Anhaltevorgangs
ermittelt und daraus das Mindest-Antriebsmoment
berechnet. Die ermittelten Kräfte
oder das Mindest-Antriebsmoment werden während des Stillstands des Fahrzeugs
vorzugsweise gespeichert. Beim Anfahren des Fahrzeugs wird schliesslich
das aktuelle Antriebsmoment ermittelt und mit dem berechneten Mindest-Antriebsmoment verglichen.
Erreicht oder überschreitet
das aktuelle Antriebsmoment das Mindest-Antriebsmoment, so wird
der Bremsdruck abgebaut und das Fahrzeug kann sich ohne Gefahr des
Zurückrollens
in Bewegung setzen.
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Soweit in dieser Beschreibung und
in den Ansprüchen
auf bestimmte Kräfte
bezug genommen wird, gilt die jeweilige Aussage gleichermaßen für entsprechende
Momente und umgekehrt, sowie für daraus
abgeleitete Größen. Eine
Einschränkung
soll damit nicht erfolgen.
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Durch die Ermittlung der Rad-Längskräfte und
der Trägheitskraft
des Fahrzeugs ist das zum Losfahren erforderliche Mindest-Antriebsmoment sehr
genau bestimmbar. Die Radbremsen können somit exakt in dem Moment
gelöst
werden, in dem sich das vom Fahrzeugmotor erzeugte Antriebsmoment
und das Hangabtriebsmoment gleich groß sind.
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Zur Ermittlung der Rad-Längskräfte können beispielsweise
Sensoren eingesetzt werden, die in die Reifenwand eingearbeitet
oder auf der Reifenwand aufgebracht sind. Wahlweise können auch
sog. Reifenlatschsensoren verwendet werden, die am Reifenprofil
angeordnet sind.
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Bei Übertragung eines Antriebs-
oder Bremsmoments auf ein Rad erzeugen die Sensoren in Folge der
Verformung des Reifens ein entsprechendes Signal. Bei Anwendung
mehrerer Sensoren kann auch eine Änderung der Phasenlage zwischen zwei
Sensor-Messsignalen
ausgewertet werden. In diesem Fall ist die Änderung der Phasenlage ein
Maß für die vom
Rad auf die Fahrbahn übertragenen
Kräfte
bzw. Momente.
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Die Trägheitskraft kann z.B. in bekannter Weise
durch Auswertung der Rad-Drehzahlsensoren und Berechnung der Verzögerung des
Fahrzeugs ermittelt werden.
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Die Rad-Längskräfte sowie die Trägheitskraft
werden vorzugsweise bei einer Fahrzeug-Geschwindigkeit berechnet,
die grösser
ist als eine vorgegebene Mindest-Geschwindigkeit. Die Mindest-Geschwindigkeit
beträgt
wenigstens 3, vorzugsweise wenigstens 5 km/h. Dies hat den Vorteil
eines stetigeren Fahrzeugverhaltens und eines Messbereichs, der
von den Sensoren genau erfasst werden kann.
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Zur Berechnung des aktuellen Antriebsmoments
bei einem Anfahrvorgang wird das aktuelle Motormoment sowie die
Motordrehzahl benötigt.
Die entsprechenden Signale werden vorzugsweise gefiltert, um unerwünschte Störeinflüsse zu eliminieren.
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Bei der Berechnung des aktuellen
Antriebsmoments während
eines Anfahrvorgangs wird vorzugsweise außerdem das Motor-Trägheitsmoment berücksichtigt.
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Ein erfindungsgemäßes Hillholder-System umfasst
wenigstens ein Radbremse, einen Rad-Drehzahlsensor, Motor-Drehzahlsensor
und eine Sensorik zur Messung Rad-Längskräfte und eine Steuereinheit,
die zur Durchführung
des vorstehend beschriebenen Verfahrens entsprechend eingerichtet
ist.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
der beigefügten
Zeichnungen beispielhaft näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
auf einer Steigung anfahrendes Fahrzeug mit den am Fahrzeug wirkenden
Kräften;
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2 eine
schematische Darstellung eines im Fahrzeug integrierten Hillholder-Systems;
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3 ein
Flussdiagramm zur Erläuterung der
wesentlichen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Hillholder-Verfahrens; und
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4 ein
Flussdiagramm zur Erläuterung
einer speziellen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Hillholder-Verfahrens.
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1 zeigt
eine Momentaufnahme eines Fahrzeugs 1 während eines Anhaltevorgangs,
das sich mit einer Geschwindigkeit v auf einer Steigung (Steigungswinkel α) fortbewegt
und abgebremst wird. In Folge der Betätigung der Radbremsen 4 wirken
an den Rädern 8 die
Kräfte
FLVL, FLHL in Rad- Längsrichtung. An sämtlichen
vier Rädern 8 des
Fahrzeugs 1 wirken insgesamt die Rad-Längskräfte FL mit FL = FLVL + FLVR + FLHL + FLHR (FLVL: vorne
links; FLVR: vorne rechts; FLHL:
hinten links; FLHR hinten rechts)
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Bei nicht eingeschlagener Lenkung
entsprechen die Rad-Längskräfte FL gleich der in Längsrichtung des Fahrzeugs wirkenden
Radkräfte.
Ist die Lenkung dagegen eingeschlagen, kann die in Fahrzeug-Längsrichtung
wirkende resultierende Kraft beispielsweise unter Auswertung des
Lenkwinkels ermittelt werden. Die in Fahrzeug-Längsrichtung wirkende Kraft
kann beispielsweise auch über
die Auswertung der Rad-Längs- und
Rad-Querkräfte
ermittelt werden, sofern eine entsprechende Sensorik vorgesehen
ist. Bei der Berechnung des Mindest-Antriebsmoments kann der Einfluss
der Lenkposition jedoch i.d.R. vernachlässigt werden.
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Zur Bestimmung der Rad-Längskräfte sind Sensoren 9 vorgesehen
(vgl. 2), die beispielsweise
in der Reifenwand angeordnet sind. Die Änderung der von den Sensoren 9 gelieferten
Messsignale ist dabei ein Maß für die Verformung
des Reifens und somit für
die auf ein Rad 8 bzw. den Reifen übertragenen Momente.
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Wie in 1 zu
erkennen ist, während
des Anhaltevorgangs ferner eine Trägheitskraft FT sowie eine
Hangabtriebskraft FH auf das Fahrzeug 1.
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Die Trägheitskraft FT =
m·a kann
bei Kenntnis der Fahrzeugmasse m unter Auswertung der Rad-Drehzahlen
n und Berechnung der Fahrzeugbeschleunigung (Verzögerung)
a ermittelt werden. Für das
Mindest-Antriebsmoment, das zum Anfahren erforderlich ist, gilt
somit:
Mmin = –FH·r
= (FL – m·a)·r wobei
r der Radhalbmesser ist. Das Mindest-Antriebsmoment entspricht somit
dem Produkt aus Hangabtriebskraft FH und
Radhalbmesser unter Vernachlässigung
von Reibungskräften.
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Das so ermittelte Mindest-Antriebsmoment Mmin wird während des Fahrzeugstillstands
im System gespeichert. Bei einem darauffolgenden Anfahrvorgang wird
schliesslich das aktuelle Antriebsmoment MANTR mit
dem Mindest-Antriebsmoment Mmin verglichen.
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Das aktuelle Antriebsmoment M
ANTR wird dabei aus dem aktuellen Motormoment
M
Mot und dem Motor-Trägheitsmoment M
dyn ermittelt.
Motormoment M
Mot und Motordrehzahl n
Mot werden von entsprechenden Einrichtungen
bzw. Sensoren geliefert. Die Motordrehzahl n
Mot dient
insbesondere zur Berechnung des Motor-Trägheitsmoment M
dyn:
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Hierbei ist JMot das
Massenträgheitsmoment des
Motors.
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Das aktuelle Antriebsmoment MANTR berechnet sich somit zu: MANTR = (MMot – Mdyn)·iges
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Wobei iges das
Gesamtübersetzungsverhältnis des
Antriebsstrangs ist.
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Die Bremse wird bei einem Anfahrvorgang
in dem Moment gelöst,
in dem das Antriebsmoment MANTR hinreichend
groß ist,
um ein Zurückrollen
des Fahrzeugs zu vermeiden, d.h. wenn MANTR ≥ Mmin
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2 zeigt
ein entsprechendes Hillholder-System zur Durchführung des vorstehend beschriebenen
Verfahrens. Das System umfasst im wesentlichen eine Steuereinheit 2,
die Signale von einem Rad-Drehzahlsensor 3, einer Sensorik
zur Messung der Rad-Längskräfte 5,
einer Einrichtung zur Ermittlung des aktuellen Motormoments 6,
sowie einem Motordrehzahlsensor 7 erhält, und die in der Lage ist, eine
Radbremse 4 in der vorstehend beschriebenen Weise zu steuern.
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Wie erwähnt, misst die Radkraft messende Sensorik 5 die
Rad-Längskräfte FL. Die Fahrzeugbeschleunigung bzw. Verzögerung a
wird auf der Grundlage der vom Rad-Drehzahlsensor 3 gelieferten
Signale berechnet. Mit diesen Werten lässt sich in einfacher Weise
das Mindest-Antriebsmoment Mmin berechnen.
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Zur Berechnung des aktuellen Antriebsmoments
MANTR während
eines Anfahrvorgangs werden die von der Einrichtung 6 zur
Bestimmung des Motormoments MMot und dem
Motor-Drehzahlsensor 7 empfangenen Signale ausgewertet.
Beide Signale können
mittels geeigneter Filter gefiltert werden, um Störbeiträge zu reduzieren.
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Das aktuelle Antriebsmoment MANTR wird schliesslich wie vorstehend beschrieben
berechnet.
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3 und 4 zeigen die wesentlichen
Verfahrensschritte bei der Durchführung des vorstehend beschriebenen
Verfahrens in Form eines Flussdiagramms. 3 zeigt dabei die Berechnung des Mindest-Antriebsmoment
Mmin während
eines Anhaltevorgangs und 4 das
Lösen der
Bremsen 4 während
eines Anfahrvorgangs.
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In den Schritten 10 und 11 werden
von der Steuereinheit 2 zunächst die Rad-Längskräfte FL, sowie die Fahrzeugbeschleunigung a ermittelt
und daraus in Schritt 12 das Mindest-Antriebsmoment Mmin berechnet.
Dieser Wert wird z.B. in der Steuereinheit 2 bis zum nächsten Anfahrvorgang
gespeichert.
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Bei einem Anfahrvorgang wird dann
gemäß Schritt
13 von 4 das von der
Einrichtung 6 empfangene Motormoment MMot ausgewertet
und in Schritt 14 das Motor-Trägheitsmoment
Mdyn unter Berücksichtigung der Motordrehzahl
nMot berechnet. Das aktuelle Antriebsmoment
MANTR ist das Ergebnis der Auswertung von
Schritt 15.
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Das aktuelle Antriebsmoment MANTR wird schliesslich in Schritt 16 mit
dem Mindest-Antriebsmoment Mmin verglichen.
Ist das aktuelle Antriebsmoment MANTR kleiner
als das erforderliche Mindest-Antriebsmoment Mmin,
wird das aktuelle Antriebsmoment MANTR zu
regelmäßigen Zeitpunkten
neu berechnet (Verzweigung zurück
zu Schritt 13). Ist dagegen das aktuelle Antriebsmoment MANTR grösser
oder gleich dem Mindest-Antriebsmoment
Mmin, wird der Bremsdruck in Schritt 17
gelöst
und die Bremse 4 freigegeben.
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Die Erfindung hat somit den Vorteil,
dass der Kupplungszustand und die Bremskräfte bei der Berechnung des
Mindest-Antriebsmoments Mmin nicht mehr
berücksichtigt
werden müssen
und somit eine genauere Berechnung des Mindest-Antriebsmoments Mmin möglich ist.
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Steuereinrichtung
- 3
- Drehzahlsensor
- 4
- Radbremse
- 5
- Sensorik
zur Messung der Rad-Längskräfte
- 6
- Einrichtung
zur Bestimmung des Motormoments
- 7
- Motor-Drehzahlmesser
- 8
- Rad
- 9
- Rad-Sensoren
- 10–17
- Verfahrensschritte
- v
- Geschwindigkeit
- FL
- Rad-Längskraft
- FH
- Hangabtriebskraft
- FT
- Trägheitskraft
- n
- Raddrehzahl
- MMo
t
- Motormoment
- nMot
- Motor-Drehzahl
- α
- Steigungswinkel
