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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung einer
Antriebsschlupfregelung eines Fahrzeugs.
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Es sind Fahrzeugregelungen bekannt, die durch den Aufbau von
Bremsdruck an überdrehenden Antriebsrädern den Radschlupf auf
ein für die Gewährleistung der Traktion und der Fahrstabilität
notwendigen Wert reduzieren und den aufstehenden Rädern ein
stärkeres Antriebsmoment aufgeben. Diese existieren sowohl für
zweiradgetriebene als auch für allradgetriebene Fahrzeuge.
Diese Fahrzeugregelungen werden als Antriebsschlupfregelungen
(ASR) bezeichnet. Ferner sind für diese Regelungen die
Bezeichnungen "Elektronische Differentialsperre (EDS)",
Automatische Stabilitäts-Kontrolle (ASC)" oder "Traction
Control System (TCS)" gebräuchlich.
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Bei den ASR-Systemen sind zwei Ausführungen zu unterscheiden:
ASR und Bremsen-ASR (BASR) oder Bremsen-TCS (BTCS). ASR
drosselt in bestimmten Situationen zusätzlich das
Motordrehmoment, um die Belastung der Bremsen so gering wie
möglich zu halten. Bremsen-ASR wirkt ausschließlich über einen
automatischen Bremseneingriff. Im folgenden sind mit der
Bezeichnung "ASR" alle denkbaren Antriebsschlupfsregelungen,
also solche mit und ohne Eingriff in das Motormanagement
gemeint.
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Die Auslegung der Antriebsschlupfregelsysteme erfolgt im Grunde
für den durch weitgehend ebenen Untergrund und zumindest
seitenweise annähernd gleichen Reibwert gekennzeichneten
Straßeneinsatz. Wenn ein allradgetriebenes Fahrzeug ohne
Achssperrdifferential im Gelände über eine diagonale Furche
fährt, so dass an einem diagonal gegenüberliegenden Vorderrad
und Hinterrad der Bodenkontakt verloren geht, drehen diese
beiden Räder durch und verhindern damit, daß ein Antriebsmoment
auf die beiden aufliegenden Räder (die beiden entlang der
anderen Fahrzeugdiagonale gegenüberliegenden Räder) gegeben
wird. Da sich das Fahrzeug dabei erheblich verspannt, sollte
diese Situation möglichst rasch überwunden werden. Dazu ist ein
kräftiger Vortrieb erforderlich, um das Fahrzeug zu bewegen.
Eine ansteigende Fahrbahn oder ein abruptes Hindernis,
beispielsweise ein Stein, vor einem oder mehreren Rädern
erschwert die Situation zusätzlich.
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Mit Hilfe der nachfolgenden Betrachtung soll das Problem
verdeutlicht werden.
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Die in einem mit konstanter Drehzahl U/t rotierenden und mit
konstanter Bremskraft FB beaufschlagten Rad verbrauchte
Leistung PB beträgt:
PB = FB.vB = FB.2.p.reff.U/t (1)
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Dabei ist reff der effektive Radradius, an dem die Bremskraft
wirkt. U/t soll in der Einheit Radumdrehungen pro Sekunde
angegeben werden.
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Unter der beispielhaften Annahme, dass auf einer diagonalen
Furche das linke Vorderrad und das rechte Hinterrad durchdrehen
und von der Traktionskontrolle bebremst werden, ergeben sich
folgende Gleichungen für die verbrauchte Leistung:
PB1 = FB1.vB1 = FB1.2.p.reff1.U1/t (2.1)
PB3 = FB3.v23 = FB3.2.p.reff3.U3/t (2.2)
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Die Radindizes sind im Uhrzeigersinn gewählt:
1 = linkes Vorderrad
2 = rechtes Vorderrad
3 = rechtes Hinterrad
4 = linkes Hinterrad.
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Unter der Annahme, dass die Bremsen an den Rädern in etwa
gleich dimensioniert sind und die Drehzahlen der durchdrehenden
Räder sowie die Bremskräfte ebenfalls gleich sind, kann die
Summenleistung vereinfacht angegeben werden:
PBges = FB.4.p.reff.U/t (3)
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Es zeigt sich in Gleichung (3), dass man mit hinreichend hoher
Drehzahl U/t der durchdrehenden Räder und mittlerer Bremskraft
FB leicht die gesamte Motorleistung verbrauchen kann. In
extremen Situationen im Gelände, speziell bei diagonaler
Verschränkung, wird aber zumindest kurzzeitig ein hohes
Spitzenmoment benötigt, um das Fahrzeug aus der
"Verklemmsituation" zu befreien.
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Derartige Verklemmsituationen kommen relativ häufig auf
unebenen Böden vor, da eine starke Unebenheit immer zum Abheben
zunächst eines Rades und zum Kippen über eine Diagonale führt,
die das abhebende Rad nicht beinhaltet. Das Rad, das sich
diagonal zum abhebenden Rad befindet, wird seine Aufstandskraft
ebenfalls in den meisten Fällen ganz oder teilweise verlieren,
was von der Kipprichtung und der Schräglage des Fahrzeugs
abhängt. Daher wird jeweils ein Rad einer Achse bebremst, um
Vortrieb zu gewährleisten. Insbesondere bei Steigungen reicht
dann aber das Motormoment bzw. Antriebsmoment eines Fahrzeuges
oftmals kaum oder nicht aus, um das Hindernis zu überwinden.
Speziell im steilen Gelände ist das Problem gegeben, zumal bei
Fahrzeugen ohne spezielle Geländeuntersetzung des Getriebes,
bei denen bei geringen Geschwindigkeiten die Motordrehzahl
gering ist (1500 bis 2000 min-1) und somit kein hohes
Motormoment bzw. Antriebsmoment vorhanden ist.
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Reicht das dadurch auf die stehenden Räder übertragenden Moment
nicht aus, um diese Räder zu beschleunigen, so kann die
Motordrehzahl bis zum Abwürgen reduziert werden:
MBges > MA/2 (4)
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Bleibt die Motordrehzahl näherungsweise konstant durch ein
Gleichgewicht der Momente, kann das Fahrzeug nicht beschleunigt
werden.
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Eine Möglichkeit, diese Situation zu entschärfen, wäre im
allgemeinen ein Freischaukeln des Fahrzeuges durch Eingriff des
Fahrers selbst, was durch Aus- und Einkuppeln bei hoher
Motordrehzahl möglich ist. Dies belastet jedoch stark die
Kupplung und kann auch zu einem Kupplungsschaden führen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur
Fahrzeugregelung, insbesondere für Fahrsituationen auf unebenen
Böden, zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen
Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den
Unteransprüchen angegeben.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Fahrzeugregelung wird,
wenn die Antriebsschlupfregelung aktiv ist, ein Zustand oder
eine Gefahr einer zu stark verminderten Motordrehzahl durch
einen aktiven Bremsdruckaufbau als Regelgröße für die
Fahrzeugregelung ausgewertet. Der Begriff "Bremsdruckaufbau"
ist erfindungsgemäß weit aufzufassen. Darunter ist z. B. der
Aufbau oder die Erhöhung eines Bremsdrucks, einer Bremskraft
oder eines Bremsmoments zu verstehen. Nach Maßgabe der
Regelgröße kann ein gezielter Eingriff insbesondere des
Fahrzeugregelungs-Systems in beispielsweise die
Bremsenregelung, das Motormanagement, die Getriebefunktion
und/oder die Funktion von Differentialsperren erfolgen. Vorteil
der Erfindung ist, dass durch das Überschussmoment eine
Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs auch in schwierigen Situationen
(Verklemmsituationen) ermöglicht wird.
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Erfindungsgemäß erfolgt vorzugsweise ein gezielter Eingriff in
die Antriebsschlupfregelung, um ein höheres Motormoment bzw.
Antriebsmoment (Überschussmoment) aufzubauen, was insbesondere
durch Erhöhung der Motordrehzahl erzielt wird. Eine
hinreichende Traktion wird in diesem Fall erreicht, indem der
Bremsdruck an den entlasteten Rädern zwecks Erzeugung einer
höheren Motordrehzahl und damit eines höheren Moments reduziert
wird. So kann ein Überschussmoment, welches sich aus der
Drehzahldifferenz des Motors bei abgebremsten Rad und mit
weniger Bremsdruck beaufschlagten Rad ergibt, zusätzlich zum
Vortrieb verwendet werden. Ein entscheidender Punkt der
Erfindung ist damit der Aufbau eines Überschussmoments aufgrund
erhöhter Motordrehzahl, insbesondere bei Offroad-Bedingungen
und ohne Eingriff des Fahrers. Dies geschieht solange, bis die
Situation des zu geringen Motormoments bzw. der dafür
ursächlichen Fahrsituation überwunden ist.
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Auch die Funktion eines "Freischaukelns" kann automatisch
ausgelöst werden, wobei die Kupplung aufgrund des permanenten
Kraftschlusses dabei nicht überbelastet wird. Der Fahrer kann
sich uneingeschränkt auf das Fahren konzentrieren. Bei
Fahrzeugen mit Schaltgetrieben könnte diese Funktion gemäß der
Erfindung auch nachgebildet werden, indem kurzzeitig
ausgekuppelt und dabei weiterhin Gas gegeben wird. Nachteil
dieser Methode ist das ständige Aus- und Einkuppeln, was einen
hohen Kupplungsverschleiß zur Folge hat. Bei einem Fahrzeug mit
Automatikgetriebe wäre die Situation nachzustellen, indem man
kurzzeitig in Neutralposition geschaltet wird.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es
vorgesehen, dass der ermittelte Zustand oder eine Gefahr einer
zu stark verminderten Motordrehzahl durch einen aktiven
Bremsdruckaufbau als Regelgröße ausgewertet wird und/oder eine
entsprechende Regelungsfunktion der Fahrzeugregelung nur dann
in Funktion gesetzt wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit,
insbesondere eine berechnete oder geschätzte
Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit, eine vorgegebene
Geschwindigkeitsschwelle, vorzugsweise im Bereich von 2 bis 6 km/h,
insbesondere ca. 2,5 km/h, unterschreitet. Da diese
Situation im Grunde nur auf unebenen Böden und insbesondere im
Gelände vorliegt, erfolgt die Regelung mit Hilfe dieser
Verfahrensweise nur dann, wenn eine entsprechend niedrige
Fahrzeuggeschwindigkeit vorliegt.
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Erfindungsgemäß wird ein Zustand oder eine Gefahr einer zu
stark verminderten Motordrehzahl durch einen aktiven
Bremsdruckaufbau erkannt oder gilt als erkannt, wenn der
Zustand oder Gefahr einer zu stark verminderten Motordrehzahl
durch einen aktiven Bremsdruckaufbau für mindestens einen
Zeitraum in einem Bereich von 0,5 sec bis 2 sec, vorzugsweise
mindestens ca. 1 sec. erkannt wurde oder als erkannt gilt. Dazu
wird vorteilhaft ein Zählers eingesetzt, im folgenden auch als
"Overload-Zähler" (Overload-Counter) bezeichnet, der bei
erkanntem Zustand oder Gefahr einer zu stark verminderten
Motordrehzahl durch einen aktiven Bremsdruckaufbau von einem
Ausgangswert, z. B. dem Wert null (0), um eins erhöht wird pro
Intervall, d. h. pro Loop des Regelungssystems. Es wird dann,
wenn der Zähler einen Schwellenwert (Thresholdoverload) erreicht,
vorzugsweise ein Bremsdruckabbau eingeleitet, was zu einem
Anstieg der Motordrehzahl führt. Wenn der Zähler den
Schwellwert Thresholdoverload wieder unterschreitet, so wird ein
Bremsdruckaufbau wieder zugelassen. Der Overload-Zähler wird
nur bis zu einem maximalen Wert (Countermax) hochgezählt, d. h.
der Zähler ist auf einen bestimmten, vorgegebenen Wert
limitiert. Der Overload-Zähler wird daher nur um eins erhöht,
wenn dieser maximale Wert Countermax nicht überschritten wurde.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine ein Zustand oder
die Gefahr einer zu stark verminderten Motordrehzahl durch
einen aktiven Bremsdruckaufbau dann erkannt wird, wenn
bestimmte Motorbedingungen für einen vorbestimmten Zeitraum
erfüllt sind. Vorzugsweise wird die Gaspedalstellung und/oder
Motordrehzahl geprüft.
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Nach der Erfindung wird ein Zustand oder eine Gefahr einer zu
stark verminderten Motordrehzahl durch einen aktiven
Bremsdruckaufbau dann erkannt oder gilt als erkannt, wenn die
Fahrpedal- oder Gaspedalstellung einen bestimmten, vorgegebenen
Schwellwert (Throttlemin) übersteigt, der vorzugsweise in einem
Bereich von 70% bis 95% der maximalen Fahrpedalbetätigung, d. h.
Vollgas, liegt und insbesondere ca. 90% beträgt.
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Vorzugsweise soll die Motordrehzahl unter einem Motordrehzahl-
Schwellwert liegen, d. h. die Motordrehzahl soll unter einer
Overload-Drehzahl-Schwelle (nmot_overload) liegen, die vorteilhaft
in einem Bereich von 1500 min-1 bis
3000 min-1 liegt und insbesondere ca. 2300 min-1 beträgt. Dann
wird der Zähler (Overload-Counter) erhöht. Wenn die
Motordrehzahl über der Overload-Drehzahl-Schwelle (nmot_overload)
ansteigt gilt ein Zustand oder eine Gefahr einer zu stark
verminderten Motordrehzahl durch einen aktiven Bremsdruckaufbau
zumindest zeitweise als nicht erkannt und der Zähler (Overload-
Counter) wird reduziert. Vorzugsweise wird der Zähler nur dann
reduziert, wenn er größer als 0 ist.
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Erfindungsgemäß wird durch den Eingriff in die
Antriebsschlupfregelung einer Bemessung und/oder Modulation des
Bremsdrucks in den Radbremsen der geregelten Räder verändert.
Vorzugsweise wird der Bremsdruck oder die Bremskraft bzw. das
Bremsmoment für einen bestimmten Zeitraum reduziert.
Vorteilhaft wird ein bestimmter Zeitraum vorgegebenen, der
vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 sec bis 2 sec,
insbesondere ca. 0,75 sec, liegt.
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Ein verstärkter Druckabbau und ein verzögerter Druckaufbau des
Bremsendrucks kann vorteilhaft durch Veränderung der
Druckaufbau- und Abbaugradienten erzielt werden. Die
Druckmodulation kann weiter durch einen schnelleren Druckabbau
oder einen verlangsamten Druckabbau verändert werden. Dies kann
erreicht werden durch eine Verkürzung der Pausenzeit während
des Druckabbaus und eine Verlängerung der Pausenzeiten während
das Druckaufbaus bei unveränderten Druckaufbau- bzw.
Druckabbaupulsen oder durch Vergrößerung der Druckabbaupulse
und Verringerung der Druckaufbaupulse bei unveränderten
Pausenzeiten.
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Das Verfahren eignet sich besonders bei Verschränkungen, aber
auch bei anderen Situationen, wie z. B. µ-Split, kann das
Verfahren verwendet werden. Dazu wird neben den beschriebenen
Eintrittsbedingungen zusätzlich abgefragt, ob die entsprechende
Situation, z. B. Verschränkung und/oder µ-Split, erkannt worden
ist.
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Erfindungsgemäß sind durch die Antriebsschlupfregelung des
Fahrzeug zumindest die Räder von zwei angetriebenen Achsen des
Fahrzeugs mit Bremsdruck beaufschlagbar.
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Die Erfindung ist vorzugsweise auf Fahrzeug mit Allradantrieb
anwendbar. Der Begriff "Fahrzeuge mit Allradantrieb" umfasst im
Sinne der Erfindung sowohl Fahrzeuge mit permanent mindestens
vier angetriebenen Rädern an mindestens zwei angetriebenen
Achsen, als auch primär mit einer Achse angetriebene Fahrzeuge,
bei denen eine zweite Achse im Bedarfsfall zusätzlich
hinzugeschaltet werden kann. Dies kann manuell oder
automatisch, zum Beispiel mit Hilfe einer Viscokupplung
erfolgen.
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Die Erfindung soll im folgenden anhand von einem
Flussdiagrammen (Figur) beispielhaft näher erläutert werden.
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Die Figur zeigt ein Flussdiagramm einer erfindungsgemäßen
Ausführungsform des Verfahrens.
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Nach dem Start wird zunächst zur Erkennung einer Overload-
Situation, d. h. einer Fahrsituation eines zu starken
Bremseneingriffs mit der Gefahr der zu starken Absenkung der
Motordrehzahl, geprüft, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit unter
einer Geschwindigkeitsschwelle (Vlim), vorzugsweise ca. 2,5 km/h,
liegt (Schritt 1) und ob die Traktionsregelung selbst
aktiv ist (Schritt 2) oder ob der Overload-Zähler einen
Schwellenwert (Thresholdoverload) übersteigt (Schritt 3). Durch
diese Abfrage wird erreicht, dass auch nach Verlassen der
Bremsenregelung, d. h. wenn die Traktionsregelung selbst nicht
aktiv ist, die Overload-Situation sicher erkannt wird bzw.
bleibt.
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Es wird zur Erkennung einer Overload-Situation weiter die
Gaspedalstellung geprüft (Schritt 4) und die Motordrehzahl
geprüft (Schritt S). Wenn die Gaspedalstellung einen
Schwellwert übersteigt, d. h. die Gaspedalstellung größer ist
als ein Schwellwert (Throttlemin), vorzugsweise ca. 90%
(Schritt 4), ist und wenn die Motordrehzahl unter einem
Schwellwert liegt, d. h. die Motordrehzahl unter einer Overload-
Drehzahl-Schwelle (nmot_overload) liegt, dann sind die
Overloadbedingungen erfüllt.
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Sind die oben genannten Bedingungen erfüllt, schreitet die
Abfrage weiter zu Schritt 9; ist dies nicht der Fall, schreitet
die Abfrage weiter zu Schritt 6.
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Prinzipiell wird, wenn der Overload-Zähler einen Schwellenwert
(Thresholdoverload) erreicht (Schritt 10), ein Druckabbau
eingeleitet (Schritt 11). Das führt zu einem Anstieg der
Motordrehzahl.
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Ist "Overload erkannt", so wird ein Overload-Zähler pro
Intervall, d. h. pro Loop der Regelungssystems, um eins
hochgezählt (Schritt 8) bis zu einem maximalen Wert
(Countermax), wenn dieser maximale Wert Countermax nicht
überschritten wurde (Schritt 9). Wenn der Overload-Zähler den
Schwellenwert (Thresholdoverload) erreicht (Schritt 10), wird ein
Bremsdruckabbau eingeleitet (Schritt 11). Das führt zu einem
Anstieg der Motordrehzahl. Denkbar dabei ist es, den Druckabbau
auch durch ein Ende der Traktionsregelung herbeizuführen oder
den Druck auf einen Mindestwert abzubauen, um weiterhin eine
aktive Traktionsregelung zu gewährleisten. Wird der Druckabbau
durch Beenden der Traktionsregelung bewirkt, so ist die Abfrage
des Schrittes 3 dazu notwendig, weiterhin eine Overload-
Situation zu erkennen. Die Abfrage ist nicht notwendig, wenn
der Druck bis auf einen Minimaldruck reduziert wird, so dass
die Traktionsregelung weiterhin aktiv ist.
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Wenn die Motordrehzahl über der Overload-Drehzahl-Schwelle
(nmot_overload) ansteigt, sind die Overloadbedingungen nicht mehr
erfüllt und der Zähler reduziert sich, wenn der Zähler größer 0
ist (Schritt 6) pro Loop um eins (Schritt 7).
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Unterschreitet der Zähler den Schwellwert Thresholdoverload
wieder, so wird ein Druckaufbau wieder zugelassen (Schritt 12).