DE112016002689T5

DE112016002689T5 - Verfahren zur Traktionsregelung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE112016002689T5
Application number: DE112016002689.7T
Authority: DE
Inventors: Patrick A. Hartman; Greg Timm; Jeff Breitner; Craig B. Mitchell
Original assignee: Kelsey Hayes Co
Current assignee: ZF Active Safety US Inc
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2016-06-27
Publication date: 2018-03-01
Also published as: CN108025709A; CN108025709B; WO2017003906A1; US9707967B2; US20170001644A1

Abstract

Verfahren zur Traktionsregelung für ein Fahrzeug. Es werden Quer- und Längsbeschleunigen für ein Fahrzeug gemessen. Ein maximales abstützbares Antriebsmoment für ein erstes Rad des Fahrzeugs wird in Abhängigkeit der Quer- und Längsbeschleunigungen berechnet. Ein angewiesenes vektorielles Bremsmoment wird unter Verwendung einer Bremsvorrichtung an das erste Rad angelegt. Das angewiesene vektorielle Bremsmoment ist ein Betrag, um den ein an das erste Rad abgegebenes Antriebsmoment das maximale abstützbare Antriebsmoment überschreitet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft allgemein Fahrzeugbremssysteme und insbesondere ein verbessertes Verfahren zur Traktionsregelung unter Verwendung des Fahrzeugbremssystems.
Fahrzeuge sind mit einem Bremssystem zum geregelten Verlangsamen oder Stoppen einer Bewegung des Fahrzeugs ausgerüstet. Ein typisches Bremssystem für ein Automobil oder einen leichten Lastkraftwagen umfasst eine Scheibenbremsanordnung für jedes der Vorderräder und entweder eine Trommelbremsanordnung oder eine Scheibenbremsanordnung für jedes der Hinterräder. Die Bremsanordnungen werden durch hydraulischen oder pneumatischen Druck betätigt, der erzeugt wird, wenn ein Bediener des Fahrzeugs ein Bremspedal niederdrückt.
Fortschritte in der Bremstechnik haben zur Einführung von Antiblockiersystemen (ABS) geführt. Ein ABS-System überwacht das Raddrehverhalten und es wird gezielt Bremsdruck an die entsprechenden Radbremsen angelegt und aus ihnen abgelassen, um die Raddrehzahl innerhalb eines ausgewählten Schlupfbereichs zu halten, um die maximale Bremskraft zu erreichen. Obwohl solche Systeme normalerweise dazu geeignet sind, auf jedes Rad des Fahrzeugs ausgeübte Bremskräfte zu regeln, wurden einige Systeme zum Regeln des Bremsens von nur einem Teil der Mehrzahl gebremster Räder entwickelt.
Elektronisch geregelte ABS-Ventile, die Anlegeventile und Ablassventile umfassen, befinden sich zwischen dem Hauptbremszylinder und den Radbremsen. Die ABS-Ventile regulieren den Druck zwischen dem Hauptdruckzylinder und den Radbremsen. Normalerweise arbeiten diese ABS-Ventile, wenn sie angesteuert werden, in drei Druckregelungsmodi: Druck anlegen, Druck ablassen und Druck halten. Die Anlegeventile ermöglichen, dass unter Druck gesetzte Bremsflüssigkeit in zugehörige Radbremsen fließt, um im Anlegemodus den Druck zu erhöhen. Die Ablassventile lassen im Ablassmodus Bremsflüssigkeitsdruck aus den zugeordneten Radbremsen ab. Im Haltemodus wird der Radbremsdruck konstant gehalten, indem sowohl die Anlegeventile als auch die Ablassventile geschlossen werden.
Eine weitere Entwicklung der Bremstechnik hat zu der Einführung von Traktionsregelungssystemen geführt. Typischerweise wurden Ventile zu vorhandenen ABS-System hinzugefügt, um ein Bremssystem bereitzustellen, das die Raddrehzahl während der Beschleunigung regelt. Eine überhöhte Raddrehzahl während der Fahrzeugbeschleunigung führt zu einem Durchdrehen des Rads und einem Traktionsverlust. Ein Traktionsregelmodul erkennt diesen Zustand, d. h. die Notwendigkeit einer Traktionsregelung, und legt automatisch Bremsdruck an die Radzylinder des durchdrehenden Rads an, um das Durchdrehen zu reduzieren und die verfügbare Traktion zu erhöhen. Um eine optimale Fahrzeugbeschleunigung zu erreichen, wird den Radzylindern unter Druck gesetzte Bremsflüssigkeit auch dann zugeführt, wenn der Hauptbremszylinder vom Fahrer nicht betätigt wird. Ein solches Traktionsregelungssystem kann eines wie das in der US Patentschrift Nr. 2014/0131154 durch Ganzel offenbarte sein, auf dessen Offenbarung hiermit in vollem Umfang Bezug genommen wird.
Um eine Notwendigkeit einer Traktionsregelung aufgrund überhöhter Raddrehzahl während der Fahrzeugbeschleunigung zu erkennen, kann eine Drehzahl des Rads unter Verwendung eines Drehzahlsensors gemessen werden. Daten von Raddrehzahlsensoren erlauben dem Traktionsregelungsmodul jedoch nicht, Fahrzeugbetriebsparameter präventiv zu beurteilen. Des Weiteren kann der Drehzahlsensor Schwingungen in der Drehzahl des Rads wahrnehmen. Es wäre daher wünschenswert, ein Verfahren zur Traktionsregelung bereitzustellen, das nicht nur auf Drehzahlsensordaten basiert.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft Fahrzeugbremssysteme und insbesondere ein verbessertes Verfahren zur Traktionsregelung unter Verwendung des Fahrzeugbremssystems.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Fahrzeugtraktionsregelungssystem eines oder mehrere der folgenden Merkmale einzeln und/oder in Kombination umfassen: erste und zweite Räder auf einer Achse, mehrere Beschleunigungssensoren, eine mit den mehreren Beschleunigungssensoren in Verbindung stehende Steuerung und eine Bremsvorrichtung. Die mehreren Beschleunigungssensoren messen eine Querbeschleunigung und eine Längsbeschleunigung. Die Steuerung bestimmt ein maximales abstützbares Antriebsmoment für das erste Rad in Abhängigkeit der Quer- und Längsbeschleunigung. Die Bremsvorrichtung legt ein angewiesenes vektorielles Bremsmoment an das erste Rad an. In einer Ausführungsform kann das angewiesene vektorielle Bremsmoment eine Größe eines angelegten Reaktionsmoments aufweisen, das ein Betrag ist, um den ein an das erste Rad abgegebenes Antriebswellenmoment das maximal abstützbare Antriebsmoment überschreitet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein Verfahren der Traktionsregelung für ein Kraftfahrzeug ein oder mehrere der folgenden Merkmale einzeln und/oder in Kombination umfassen: Messen von Quer- und Längsbeschleunigungen für ein Fahrzeug, Berechnen eines maximalen abstützbaren Antriebsmoments für ein erstes Rad in Abhängigkeit der Quer- und Längsbeschleunigung, und Anlegen eines angewiesenen vektoriellen Bremsmoments an das erste Rad unter Verwendung einer Bremsvorrichtung. In einer Ausführungsform kann das angewiesene vektorielle Bremsmoment in einer Größe angelegt werden, um die ein an das erste Rad abgegebenes Antriebswellenmoment das maximale abstützbare Antriebsmoment überschreitet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein Verfahren zur Traktionsregelung für ein Kraftfahrzeug ein oder mehrere der folgenden Merkmale einzeln und/oder in Kombination umfassen: Messen von Beschleunigungen, Bestimmen von ersten und zweiten Normalkräften, Berechnen eines maximalen abstützbaren Antriebsmoments, und Anlegen eines angewiesenen vektoriellen Bremsmoments. Quer- und Längsbeschleunigungen werden für ein abbiegendes Fahrzeug gemessen. Die erste Normalkraft kommt von einer Straßenoberfläche, die relativ zu der Abbiegerichtung auf ein inneres Rad des Fahrzeugs wirkt. Die zweite Normalkraft kommt von einer Straßenoberfläche, die relativ zur Abbiegerichtung auf ein äußeres Rad des Fahrzeugs wirkt. Das innere Rad hat einen kleineren Wendekreisradius als das äußere Rad. Die ersten und zweiten Normalkräfte hängen von den Quer- und Längsbeschleunigungen ab. Das maximale abstützbare Antriebsmoment hängt von den ersten und zweiten Normalkräften ab. Das angewiesene vektorielle Bremsmoment kann unter Verwendung der Bremsvorrichtung an das innere Rad angelegt werden und ist ein Betrag, um den ein an das erste Rad abgegebenes Antriebswellenmoment das maximale abstützbare Antriebsmoment überschreitet.
Weitere Vorteile dieser Erfindung werden dem Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugantriebs und eines Traktionsregelungssystems.
2a ist ein Freikörperbild entlang einer Längsachse des Systems aus 1.
2B ist ein Freikörperbild entlang einer Querachse des Systems aus 2.
3 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Traktionsregelung gemäß den hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen und zur Verwendung mit dem in 1 dargestellten System.
4 ist ein Diagramm von Traktionsregelungssystemeingängen für Ausführungsformen des Systems und des Verfahrens zur Traktionsregelung.
5 ist ein Diagramm von Traktionsregelungsmessungen und berechneten Ausgaben für Ausführungsformen des Systems und des Verfahrens der Traktionsregelung.
6 ist ein Diagramm von Traktionsregelungssystemschätzungen von Betriebsparametern des Fahrzeugs zur Verwendung mit Ausführungsformen des Systems und des Verfahrens der Traktionsregelung.
7 ist ein Diagramm von Traktionsregelungssystemberechnungen und Regelungssystemausgaben zur Verwendung mit Ausführungsformen des Systems und des Verfahren zur Traktionsregelung.
8 ist ein Diagramm von Traktionsregelungssystemeingängen ähnlich 4, das einen System-Sollausgabeparameter zur Verwendung mit den Ausführungsformen des Systems und des Verfahrens zur Traktionsregelung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Fahrzeug, allgemein durch 100 gekennzeichnet, schematisch dargestellt, das ein hydraulische Bremsanlage, allgemein durch 102 gekennzeichnet, und einen Fahrzeugantriebsstrang, allgemein durch 104 gekennzeichnet, aufweist. Das Fahrzeug 100 hat eine Längsrichtung X und eine Querrichtung Y.
Die hydraulische Bremsanlage 102 umfasst ein Bremspedal 106, das mit einem Hauptbremszylinder 108 verbunden ist. Ein Hydraulikkreis, der als eine hydraulische Steuereinheit (HCU = hydraulic control unit), allgemein durch 110 gekennzeichnet, ausgestaltet ist, stellt eine Fluidverbindung zwischen dem Hauptbremszylinder 108 und mehreren Radbremsen bereit. Die Radbremsen umfassen linke vordere, rechte vordere, linke hintere und rechte hintere hydraulische Radbremsen 110A, 110B, 110C bzw. 110D. Die Radbremsen sind als Scheibenbremsen dargestellt, können jedoch auch eine dem Fachmann bekannte beliebige andere Art von geeigneter Radbremse sein.
Die dargestellte HCU 110 umfasst mindestens ein Pumpbauteil, das ein Fluid unter Druck setzt und zwischen dem Hauptbremszylinder 108 und den Radbremsen befördert. Die HCU 110 umfasst ferner verschiedene Ventile und andere Bauteile, die mit den Pumpen in Fluidverbindung stehen, um beispielsweise Anti-Blockierbrems-, Traktionsregelungs-, Fahrzeugstabilitäts- und dynamische Bremskraftverteilungsfunktionen, wie durch eine Steuerung 124 angewiesen, bereitzustellen. Es sollte sich verstehen, dass die HCU 110 anders als dargestellt ausgestaltet sein kann und weitere, weniger oder unterschiedliche Bauteile umfassen kann und abhängig von durch die Bremsanlage 102 bereitgestellten bestimmten Leistungsanforderungen und/oder Funktionen in unterschiedlichen Fluidverbindungsanordnungen konfiguriert sein kann.
In einer Ausführungsform kann der Antriebsstrang 104 als ein Motor 112 und ein Getriebe 114 ausgestaltet sein. Der Motor 112 und das Getriebe 114 treiben eine Antriebswelle an, die wiederum eine Vorderachse 118 antreibt. Die Vorderachse 118 liefert ein Drehmoment an das linke Vorderrad und das rechte Vorderrad 120A bzw. 120B. In der dargestellten Ausführungsform befinden sich das linke Hinterrad und rechte Hinterrad 120C und 120D unangetrieben auf einer Hinterachse 122. In der dargestellten Ausführungsform ist der Antriebsstrang 104 eine Vorderradantriebskonfiguration, jedoch kann der Antriebsstrang 104 auch eine andere geeignete Konfiguration aufweisen. Der Antriebsstrang 104 kann beispielsweise eine Hinterradantriebs- oder eine Allradantriebskonfiguration sein.
Alternativ kann das Getriebe 114 durch eine Elektromaschine, die Motor oder Motorgenerator sein kann, ersetzt werden, sodass der Antriebsstrang 104 ein paralleler Hybrid-Elektroantriebsstrang ist. Alternativ können der Motor 112 und die Elektromaschine als ein dem Fachmann bekannter weiterer Antriebsstrang, wie ein in Reihe geschalteter Hybrid-Elektroantriebsstrang oder ein Powersplit-Hybrid-Elektroantriebsstrang, ausgestaltet sein. Des Weiteren können der Motor 112 und das Getriebe 114 durch die Elektromaschine ersetzt sein, sodass der Antriebsstrang 104 ein Nur-Elektro-Antriebsstrang ist.
Das Fahrzeug 100 umfasst die Steuerung 124 und Sensoren 126. Die Steuerung 124 steht in Verbindung mit der HCU 110 und dem Antriebsstrang 104. Die Sensoren 126 stehen in Verbindung mit der Steuerung 124.
Die Sensoren 126 umfassen mehrere Beschleunigungssensoren, die jeweils eine Beschleunigung des Fahrzeugs in mindestens einer von einer beliebigen axialen (Längs-, Quer- oder Vertikal-) Richtung oder Drehrichtung (Roll-, Nick- oder Gier-Richtung) der Bewegung messen. In einer Ausführungsform messen die Beschleunigungssensoren eine Fahrzeug-Längsbeschleunigung A_x und eine Fahrzeug-Querbeschleunigung A_y. Die Beschleunigungssensoren können sich an einem Schwerpunkt 128 des Fahrzeugs 100 befinden (in 2A und 2B gezeigt) oder auch nicht. Wenn sich die Beschleunigungssensoren nicht an dem Schwerpunkt 128 befinden können Korrekturfaktoren verwendet werden, sodass die Fahrzeug-Längsbeschleunigung A_x und -Querbeschleunigung A_y um den Betrag des Versatzes bezüglich des Schwerpunktes 128 kompensiert werden.
Die Sensoren 126 umfassen ferner einen Lenksensor, einen Trägheitsmodulsensor und einen Raddrehzahlsensor. Der Lenk-, Trägheitsmodul- und Raddrehzahl-Sensor stehen in Verbindung mit der Steuerung 124 und schätzen, in Kombination mit Parameterwerten für das Fahrzeug 100, ein seitliches Rutschen der Vorderachse 118. Gleichermaßen kann ferner ein seitliches Rutschen der Hinterachse 122 durch die Steuerung 124 geschätzt werden.
Wenn das Fahrzeug 100 mit einem ersten Einschlagwinkel θ aus der Längsrichtung X abbiegt, sind das rechte Vorder- und das rechte Hinterrad 120B bzw. 120D innenseitige Räder 130 und das linke Vorder- und linke Hinterrad 120A bzw. 120C sind außenseitige Räder 132. Für eine bestimmte Achse, z. B. die Vorderachse 118 oder die Hinterachse 122, werden die innenseitigen Räder 130 als einen kürzeren Wendekreisradius als die außenseitigen Räder 132 aufweisend festgelegt. Wenn somit das Fahrzeug 100 mit einem zweiten Einschlagwinkel β aus der Längsrichtung abbiegt, wären das linke Vorder- und das linke Hinterrad 120A bzw. 120C die innenseitigen Räder und das rechte Vorder- und rechte Hinterrad 120B bzw. 120D wären die außenseitigen Räder.
In einer nachfolgend beschriebenen Ausführungsform werden Gleichungen abgeleitet, die einen Traktionsregelungsalgorithmus unterstützen, um ein angewiesenes vektorielles Bremsmoment T_B einzustellen, wenn das Fahrzeug 100 mit dem ersten Einschlagwinkel θ abbiegt. Wie ein Fachmann jedoch ohne Weiteres erkennen wird, können Gleichungen für das angewiesene vektorielle Bremsmoment T_B auch in gleicher Weise abgeleitet werden, wenn das Fahrzeug 100 mit einem zweiten Einschlagwinkel β abbiegt, indem die Bezeichnungen für innenseitige und außenseitige Räder vertauscht werden.
Mit Bezug auf nunmehr 2A ist ein Freikörperbild, allgemein durch 134 gekennzeichnet, in der Längsrichtung X des Fahrzeugs 100 aus 1 dargestellt. Das Fahrzeug 100, wie in dem Längsrichtungs-Freikörperbild 134 gezeigt, hat einen Schwerpunkt 128 mit einem Abstand a von der Vorderachse 118, einen zweiten Abstand b von der Hinterachse 122 und mit einer Höhe h von der Straßenoberfläche 136. Der erste Abstand a, der zweite Abstand b und die Höhe h sind für das Fahrzeug 100 festgelegte Konstanten und können für andere Fahrzeuge abgestimmt oder eingestellt werden. Eine Summe des ersten Abstands a und des zweiten Abstands b entspricht dem Radstand L.
Durch ein Kräftegleichgewicht in der Längsrichtung X entspricht eine Summe einer Vorderachskraft F_F, die auf die Vorderachse 118 wirkt, und einer Hinterachskraft F_R, die auf die Hinterachse 122 wirkt, einer Fahrzeug-Längskraft F_x, wobei die Fahrzeug-Längskraft F_x einer Fahrzeugmasse m multipliziert mit der gemessenen Längsbeschleunigung A_x entspricht: m·A_x = F_R + F_F (Gl. 1).
Die Fahrzeugmasse m ist eine für das Fahrzeug 100 festgelegte Konstante und kann für andere Fahrzeuge abgestimmt oder eingestellt werden. Ein Gewicht W des Fahrzeugs 100 wird zwischen einem Vorderachsengewicht W_F an dem linken Vorderrad und rechten Vorderrad 120A bzw. 120B und einem Hinterachsengewicht W_R an dem linken Hinterrad und rechten Hinterrad 120C bzw. 120D proportional aufgeteilt. W = W_R + W_F (Gl. 2).
Das Fahrzeuggewicht W ist eine für das Fahrzeug 100 festgelegte Konstante und kann für andere Fahrzeuge abgestimmt oder eingestellt werden.
Aufsummieren der Momente um den Schwerpunkt 128 ergibt: W_R·b = (F_R·h) + (F_F·h) + (W_F·a) (Gl. 3).
Zusammenfassen der GL. 1 und GL. 3 ergibt: W_R·b = [(h·W·A_x)/g] + (W_F·a) (Gl. 4) wobei die Fahrzeugmasse m dem Fahrzeuggewicht W dividiert durch eine Gravitationskonstante g entspricht. Zusammenfassen der GL. 2 und GL. 4 ergibt: W_R·b = [(h·W·A_x)/g] + a(W – W_R) (Gl. 5A).
Umstellen der Ausdrücke und sich in Erinnerung rufen, dass der Radstand L die Summe des ersten Abstands a und des zweiten Abstands b ist, ergibt: W_R·L = W[(h·A_x)/g + a] (Gl. 6A)
Einsetzen von GL. 2 in GL. 6 ergibt: W_R = [(W·a)/L] + [(W·h·A_x)/(g·L)] (Gl. 7A).
Gleichermaßen ergibt durch Einsetzen von W_R = W – W_F in GL. 4 und Ausführen ähnlicher Operationen wie für GL. 5A, 6A und 7A: (W – W_F)b = [(h·W·A_x)/g] + (W_F·a) (Gl. 5B), W_F·L = W[b – (h·A_x)/g] (Gl. 6B), und W_F = [(W·b)/L] – [(W·h·A_x)/(g·L)] (Gl. 7B).
Die GL. 7A und 7B ergeben das Vorderachsengewicht W_F und das Hinterachsengewicht W_R in Abhängigkeit der Längsbeschleunigung A_x.
Mit Bezug auf nunmehr 2B ist ein Freikörperbild, allgemein durch 138 gekennzeichnet, in Querrichtung Y des Fahrzeugs 100 aus 1 dargestellt. Das Fahrzeug 100, wie in dem Quer-Freikörperbild 138 von 2B gezeigt, hat den Schwerpunkt 134 in der Höhe h von der Straßenoberfläche 136. Die innenseitigen und außenseitigen Räder 130 bzw. 132 sind um eine Spurbreite T_W voneinander beabstandet. Die Spurbreite T_W ist eine für das Fahrzeug 100 festgelegte Konstante und kann für andere Fahrzeuge abgestimmt oder eingestellt werden.
Durch ein Kräftegleichgewicht in der Querrichtung Y entspricht eine Summe einer außenseitigen Radkraft F_O, die auf die außenseitigen Räder 132 wirkt, und einer innenseitigen Radkraft F_I, die auf die innenseitigen Räder 130 wirkt, einer Fahrzeug-Querkraft F_y, wobei die Fahrzeug-Querkraft F_y der Fahrzeugmasse m multipliziert mit der gemessenen Längsbeschleunigung A_y entspricht: m·A_y = F_O + F_I (Gl. 8).
Für das Quer-Freikörperbild 138 wird das Fahrzeuggewicht W zwischen einem außenseitigen Radgewicht W_O an dem linken Vorder- und linken Hinterrad 120A bzw. 120C und einem innenseitigen Radgewicht W_I an dem rechten Vorder- und rechten Hinterrad 120B bzw. 120D aufgeteilt: W = W_O + W_I (Gl. 9).
Aufsummieren der Momente um die innenseitigen Räder 130 ergibt: W_O·T_w = (m·A_y·h) + (W·T_w/2) (Gl. 10).
Durch Einsetzen der GL. 9 und GL. 10 können die außenseitigen und innenseitigen Radgewichte W_O bzw. W_I geschrieben werden als: W_O = [(m·A_y·h)/T_W] + (W/2) (Gl. 11A) und W_I = (W/2) – [(m·A_y·h)/T_W] (Gl. 11B).
Eine erste Normalkraft N₁ wirkt dort, wo ein linker Vorderreifen auf dem linken Vorderrad 120A die Straßenoberfläche 136 kontaktiert, eine zweite Normalkraft N₂ wirkt dort, wo ein rechter Vorderreifen auf dem rechten Vorderrad 120B die Straßenoberfläche 136 kontaktiert, eine dritte Normalkraft N₃ wirkt dort, wo ein linker Hinterreifen auf dem linken Hinterrad 120C die Straßenoberfläche 136 kontaktiert, und eine vierte Normalkraft N₄ wirkt dort, wo ein rechter Hinterreifen auf dem rechten Hinterrad 120D die Straßenoberfläche 136 kontaktiert. Die erste, zweite, dritte und vierte Normalkraft N₁, N₂, N₃ bzw. N₄ können unter Verwendung der GL. 7A, 7B, 11A und 11B ausgedrückt werden als: W_F = N₁ + N₂ = [(W·b)/L] – [(W·h·A_x)/(g·L)] (Gl. 12A), W_R = N₃ + N₄ = [(W·a)/L] + [(W·h·A_x)/(g·L)] (Gl. 12B), W_O = N₁ + N₃ = (W/2) + [(m·A_y·h)/T_w] (Gl. 12C), und W_I = N₂ + N₄ = (W/2) – [(m·A_y·h)/T_w] (Gl. 12D).
GL. 12A–12D können nach der ersten, zweiten, dritten und vierten Normalkraft N₁, N₂, N₃ bzw. N₄ aufgelöst werden: N₁ = (1/2){[(W·b)/L] – [(W·h·A_x)/(g·L)] + [(m·A_y·h)/T_w]} (Gl. 13A), N₂ = (1/2){[(W·b)/L] – [(W·h·A_x)/(g·L)] – [(m·A_y·h)/T_w]} (Gl. 13B), N₃ = (1/2){[(W·a)/L] + [(W·h·A_x)/(g·L)] + [(m·A_y·h)/T_w]} (Gl. 13C), und N₄ = (1/2){[(W·a)/L] + [(W·h·A_x)/(g·L)] – [(m·A_y·h)/T_w]} (Gl. 13D).
Hinzufügen eines Rollmoment-Verteilungsfaktors (RMD) als prozentualer Anteil der auf einen vorderen Teil des Fahrzeugs verteilten Fahrzeug-Querkraft F_y, allgemein durch 140 in 2A bezeichnet, und Einsetzen von W = m·g ergibt: N₁ = (1/2){[(m·g·b)/L] – [(m·h·A_x)/L] + [(m·A_y·h)(2·RMD)(1/T_w)]} (Gl. 14A), N₂ = (1/2){[(m·g·b)/L] – [(m·h·A_x)/L] – [(m·A_y·h)(2·RMD)(1/T_w)]} (Gl. 14B), N₃ = (1/2){[(m·g·a)/L] + [(m·h·A_x)/L] + [(m·A_y·h)(2·(1 – RMD))(1/T_w)]} (Gl. 14C), und N₄ = (1/2){[(m·g·a)/L] + [(m·h·A_x)/L] – [(m·A_y·h)(2·(1 – RMD))(1/T_w)]} (Gl. 14D).
Der RMD-Faktor ist eine für das Fahrzeug 100 festgelegte Konstante und kann für andere Fahrzeuge angepasst oder eingestellt werden. Ausklammern der Fahrzeugmasse m ergibt: N₁ = (m/2){[(g·b)/L] – [(h·A_x)/L] + [(A_y·h)(2·RMD)(1/TW)] (Gl. 15A), N₂ = (m/2){[(g·b)/L] – [(h·A_x)/L] – [(A_y·h)(2·RMD)(1/T_W)]} (Gl. 15B), N₃ = (m/2){[(g·a)/L] + [(h·A_x)/L] + [(A_y·h)(2·(1 – RMD))(1/T_W)]} (Gl. 15C), und N₄ = (m/2){[(g·a)/L] + [(h·A_x)/L] – [(A_y·h)(2·(1 – RMD))(1/T_W)]} (Gl. 15D).
Die GL. 15A–15D können auch als ein vorderer statischer Ausdruck S_F, ein hinterer statischer Ausdruck S_R, ein Längsverlagerungsausdruck T_x und ein Querverlagerungsausdruck T_y, ein vorderer Querverlagerungsausdruck T_yF und ein hinterer Querverlagerungsausdruck T_yR ausgedrückt werden, die definiert sind als: S_F = (g·b)/L (Gl. 16), S_R = (g·a)/L (Gl. 17), T_x = (h·A_x)/L (Gl. 18), T_y = (2·A·h)/T_w (Gl. 19), T_yF = T_y·RMD (Gl. 20) und T_yR = (T_y)(1 – RMD) = T_y – T_yF (Gl. 21).
Durch Einsetzen derselben ergibt sich: N₁ = (m/2)(S_F – T_x + T_yF) (Gl. 22A), N₂ = (m/2)(S_F – T_x – T_yF) (Gl. 22B), N₃ = (m/2)(S_R + T_x + T_yR) (Gl. 22C) und N₄ = (m/2)(S_R + T_x – T_yR) (Gl. 22D).
Für eine angetriebene Achse des Fahrzeugs 100 können die Gleichungen 1 bis 22D verwendet werden, um eine innenseitige Radnormalkraft N_I, die auf das innenseitige Rad 130 wirkt, und eine außenseitige Radnormalkraft N_O, die auf das außenseitige Rad 132 wirkt, zu berechnen. Die angetriebene Achse kann entweder die Vorderachse 118 (wie in 1 dargestellt), die Hinterachse 122 oder sowohl die Vorderachse als auch die Hinterachse 118 bzw. 122 sein. Da bei dem folgenden Beispiel des Arbeitsablaufs des Traktionsregelungssystems die Vorderachse 118 angetrieben ist und das Fahrzeug unter dem ersten Winkel θ abbiegt, wirkt die innenseitige Radnormalkraft N_I auf das rechte Vorderrad 120B und die außenseitige Radnormalkraft N_O wirkt auf das linke Vorderrad 120A.
Wenn die angetriebene Achse eine andere als die die Vorderachse 118 ist und der Einschlagwinkel ein anderer als der erste Einschlagwinkel θ ist, wechseln die Räder, auf die die inneren und äußeren Radnormalkräfte N_I bzw. N_O wirken. Wenn beispielsweise das Fahrzeug 100 unter dem zweiten Winkel β abbiegt, wirkt die innere Radnormalkraft N_I auf das linke Vorderrad 120A und die äußere Radnormalkraft N_O wirkt auf das rechte Vorderrad 120B. Wenn beispielsweise die Hinterachse 122 angetrieben wird und das Fahrzeug 100 unter dem ersten Winkel θ abbiegt, wirkt die innere Radnormalkraft N_I auf das rechte Hinterrad 120D und die äußere Radnormalkraft N_O wirkt auf das linke Hinterrad 120C. Wenn beispielsweise die Hinterachse 122 angetrieben wird und das Fahrzeug 100 unter dem zweiten Winkel β abbiegt, wirkt die innere Radnormalkraft N_I auf das linke Hinterrad 120C und die äußere Radnormalkraft N_O wirkt auf das rechte Hinterrad 120D.
Die innere Radnormalkraft N_I und die äußere Radnormalkraft N_O können dazu verwendet werden, das angewiesene vektorielle Bremsmoment T_B für die Räder auf der angetriebenen Achse zu berechnen. Für das innere Rad besteht eine Beziehung zwischen einer Innenrad-Maximalkraft F_maxI, einer Innenrad-Querkraft F_yI und einer maximalen Innenrad-Längskraft F_x,maxI: F_maxI ² = F_x,maxI ² + F_yI ² (Gl. 23).
Die maximale Innenrad-Längskraft F_x,maxI hängt von der Innenrad-Querkraft F_yI ab. Die Innenrad-Maximalkraft F_maxI entspricht einem Produkt aus einem Reibungskoeffizienten μ zwischen dem Reifen auf dem inneren Rad und der das innere Rad abstützenden Straßenoberfläche 136 und der Innenrad-Normalkraft N_I: F_maxI = μ·N_I (Gl. 24).
Die Steuerung 124 schätzt den Reibungskoeffizienten μ zwischen dem Reifen auf dem inneren Rad und der Straßenoberfläche 136. Die aktuelle Innenrad-Querkraft F_yI beträgt: F_yI = –Cα·α·N_I/(N_I + N_O) (Gl. 25) wobei Cα ein Seitenführungskoeffizient ist und α ein durch die Steuerung 124 geschätzter Schräglauf der Achse (axle sideslip) ist. Der Seitenführungskoeffizient Cα ist eine für das Fahrzeug 100 festgelegte Konstante und kann für andere Fahrzeuge abgestimmt oder eingestellt werden.
Zusammenfassen der GL. 24 und 25 mit der GL. 23 und Auflösen nach der maximalen Innenrad-Längskraft F_x,maxI ergibt: F_x,maxI = {(μ·N_I)² – [–Cα·α·N_I/(N_I + N_O)]²}^0.5 (Gl. 26).
Ein maximal abstützbares Innenrad-Antriebsmoment T_maxI beträgt: T_maxI = F_x,maxI·R_T (Gl. 27) wobei R_T ein Radius eines Reifens auf dem inneren Rad ist. Der Reifenradius R_T ist eine für den auf dem inneren Rad verwendeten Reifen festgelegte Konstante und kann für andere Reifen, die verwendet werden können, angepasst oder eingestellt werden. Schließlich beträgt das angewiesene vektorielle Bremsmoment T_B: T_B = MAX(0, T_axle/2 – T_maxI) (Gl. 28) wobei T_axle ein Antriebsachsenmoment und T_axle/2 das an das innere Rad abgegebene Antriebsmoment ist. GL. 28 stellt sicher, dass das angewiesene vektorielle Bremsmoment T_B Null ist, bis das Antriebsachsenmoment T_axle an dem inneren Rad das maximale abstützbare Innenrad-Antriebsmoment T_maxI überschreitet.
GL. 28 kann für mehrere angetriebene Achsen verwendet werden. Das angewiesene vektorielle Bremsmoment T_B wird für das innere Rad jeder angetriebenen Achse unter Verwendung des Antriebsachsenmoments T_axle, das an jedes innenseitige Rad gelangt, und des maximalen abstützbaren Innenrad-Antriebsmoments für jedes T_maxI für jedes innere Rad berechnet. Beispiele für Anwendungen mit mehreren angetriebenen Achsen umfassen einen Vierradantrieb oder Allradantrieb.
Mit Bezug auf nunmehr 3 ist ein Ablaufdiagramm 148 des Traktionsregelungsalgorithmus für das Fahrzeug 100 dargestellt, das die GL. 1–28 verwendet. In einem Schritt 150 werden die Längsbeschleunigung A_x und die Querbeschleunigung A_y durch Beschleunigungssensoren gemessen und der Steuerung 124 mitgeteilt. Die inneren und äußeren Räder werden dann in einem Schritt 152 festgelegt. Als Nächstes werden in einem Schritt 154 die Innenrad- und Außenradkräfte N_I bzw. N_O durch die Steuerung unter Verwendung der GL. 1–22D bestimmt. Die Steuerung 124 bestimmt dann in einem Schritt 156 das maximale abstützbare Innenrad-Antriebsmoment T_maxI. In einem Schritt 158 verwendet die Steuerung die Gleichung 28, um das angewiesene vektorielle Bremsmoment T_B festzulegen. In einem Schritt 160 wird das in Schritt 158 festgelegte angewiesene vektorielle Bremsmoment T_B unter Verwendung mindestens einer Bremsvorrichtung angelegt. Die Bremsvorrichtung kann nur das hydraulische Bremssystem 102, nur die Elektromaschine oder sowohl das hydraulische Bremssystem 102 als auch die Elektromaschine 114 in Kombination sein. Das Ablaufdiagramm 148. kehrt dann zu Schritt 150 zurück.
Mit Bezug auf die 4 bis 8 ist ein nicht einschränkendes Beispiel des Traktionsregelungssystems dargestellt, das den in 3 dargestellten Traktionsregelungsalgorithmus einsetzt. In 4 zeigt eine erste Kurve, allgemein durch 162 gekennzeichnet, eine Pedalposition 164 eines Gaspedals, das Antriebsachsenmoments T_axle und Raddrehzahlen, allgemein durch 166 gekennzeichnet, entlang einer Zeitachse 168. Die Raddrehzahlen 166 umfassen eine erste Raddrehzahl 166A für das linke Vorderrad 120A, eine zweite Raddrehzahl 166B für das rechte Vorderrad 120B, eine dritte Raddrehzahl 166C für das linke Hinterrad 120C und eine vierte Raddrehzahl 166D für das rechte Hinterrad 120D. Die Zeitachse 168 beginnt bei angehaltenem und stationärem Fahrzeug 100. Ein Lenkrad des Fahrzeugs 100 ist eingeschlagen und soweit wie möglich nach links gehalten. Das Gaspedal wird dann langsam niedergedrückt, was bewirkt, dass die Pedalposition 164 vorgeschoben wird und das Antriebsachsenmoment T_axle erhöht wird. Die Raddrehzahlen 166A–D erhöhen sich ebenfalls.
In 5 zeigt eine zweite Kurve, allgemein durch 172 gekennzeichnet, Änderungen in der Längsbeschleunigung A_x, der Querbeschleunigung A_y sowie der ersten Normalkraft N₁, der zweiten Normalkraft N₂, der dritten Normalkraft N₃ und der vierten Normalkraft N₄ über der Zeit, die als Achse 168 bezeichnet ist. Bei sich erhöhenden Raddrehzahlen 166A–D (wie in 4 gezeigt) beginnen die Längs- und Querbeschleunigung A_x bzw. A_y sich zu ändern. Die sich ändernden Längs- und Querbeschleunigungen A_x bzw. A_y bewirken, dass die erste und dritte Normalkraft N₁ bzw. N₃ abnehmen und die zweite und vierte Normalkraft N₂ bzw. N₄ zunehmen. Die erste bis vierte Normalkraft N₁–N₄ wird aus den zugeordneten Quer- und Längsbeschleunigungen abgeleitet.
In 6 zeigt eine dritte Kurve, allgemein als 176 gekennzeichnet, die maximale Innenrad-Längskraft F_maxI, die Innenrad-Querkraft F_yI und die maximale Innenrad-Längskraft F_maxI über der Zeitachse 168 aufgetragen. Sobald die innere Antriebsrad-Normalkraft geschätzt ist, wie in 5 gezeigt, kann die maximale Innenradkraft, die als F_maxI aufgetragen ist, unter Verwendung von GL. 24 als das Produkt des Reibungskoeffizienten μ und der entsprechenden Innenrad-Normalkraft N_I geschätzt werden. Die Innenrad-Querkraft, die als F_yI aufgetragen ist, d. h., ein Betrag der Maximalkraft, der als eine Abbiegekraft verwendet wird, kann unter Verwendung der GL. 25 als das Produkt des Seitenführungskoeffizienten C_α, des Achsenschräglaufs α, der Innenrad-Normalkraft N_I und der Außenrad-Normalkraft N_O (wobei die Innenrad- und Außenrad-Normalkräfte N_I bzw. N_O auf die Achse wirkende Normalkräfte sind) geschätzt werden. Die maximale Innenrad-Längskraft, die als F_x,maxI aufgetragen ist, wird unter Verwendung der GL. 26 als die Quadratwurzel einer Differenz aus der Innenrad-Maximalkraft F_maxI im Quadrat und der Innenrad-Querkraft F_yI im Quadrat geschätzt.
In 7 zeigt eine vierte Kurve, allgemein durch 180 gekennzeichnet, das angewiesene vektorielle Bremsmoment T_B, das an das innere Rad abgegebene Antriebsmoment T_axle/² und das maximale abstützbare Innenrad-Antriebsmoment T_maxI. Das maximale abstützbare Innenrad-Antriebsmoment, das als T_maxI aufgetragen ist, wird unter Verwendung der GL. 27 als das Produkt der maximalen Innenrad-Längskraft F_x,maxI (wie in 6 gezeigt) und dem Innenrad-Reifenradius R_T geschätzt. Wie zuvor erläutert stellt das an das innere Rad abgegebene Antriebsmoment T_axle/² die Hälfte des von dem Antriebsstrang 104 abgegebenen Achsenmoments dar. Ein Betrag, um den die Linie des an das innere Rad abgegebenen Antriebsmoments T_axle/² die Linie der maximalen Innenrad-Längskraft F_maxI überschreitet, nachdem die Linien sich an einem ungefähren Zeitpunkt, allgemein durch 182 gekennzeichnet, kreuzen, stellt ein überhöhtes Drehmoment dar, das zu einem Durchdrehen des Rads anstatt einer Fahrzeugbeschleunigung führt. Das angewiesene vektorielle Bremsmoment T_B, das heißt, das erforderliche Bremsmoment, kann unter Verwendung von GL. 28 geschätzt werden und ist eine Delta-Differenz zwischen dem an das innere Rad abgegebene Antriebsmoment T_axle/² und dem maximalen abstützbaren Innenrad-Antriebsmoment T_maxI.
In 8 zeigt eine fünfte Kurve, allgemein durch 184 gekennzeichnet, das Antriebsachsenmoment T_axle, die Raddrehzahlen 166A–D und einen Bremssattel-Drucksollwert 186 für die linke Vorderradbremse 110 entlang der Zeitachse 168. Der Bremssatteldruck 186 wird durch die Steuerung 124 berechnet, um das angewiesene vektorielle Bremsmoment T_B ab einem Zeitpunkt 188 bereitzustellen. Wie in 8 gezeigt basiert der für die linke Vorderradbremse in dieser Darstellung bestimmte Bremssattel-Drucksollwert auf dem angewiesenen Bremsmoment T_B aus 7. Der am linken Vorderrad 120A, d. h., dem innenseitigen Antriebsvorderrad, angelegte Bremsdruck reduziert ein Durchdrehen für das linke Vorderrad 120 und erlaubt, dass mehr Antriebsmoment an das rechte Vorderrad 120B, d. h., das außenseitige Vorderrad, angelegt werden kann.
In Übereinstimmung mit den Bestimmungen des Patentgesetzes wurden das Prinzip und die Arbeitsweise dieser Erfindung in deren bevorzugten Ausführungsformen beschrieben und dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass diese Erfindung in anderer Weise als hier spezifisch erklärt und dargestellt ausgeführt werden kann, ohne von ihrem Erfindungsgedanken und Schutzumfang abzuweichen.

Claims

Fahrzeug-Traktionsregelungssystem, umfassend: ein erstes und ein zweites Rad auf einer Achse; mehrere Beschleunigungssensoren, die eine Querbeschleunigung und eine Längsbeschleunigung messen; eine Steuerung, die mit den mehreren Beschleunigungssensoren in Verbindung steht und ein maximales abstützbares Antriebsmoment für das erste Rad in Abhängigkeit der Querbeschleunigung und der Längsbeschleunigung bestimmt; und eine Bremsvorrichtung zum Anlegen eines angewiesenen vektoriellen Bremsmoments an das erste Rad, wobei das angewiesene vektorielle Bremsmoment ein Betrag ist, um den ein an das erste Rad abgegebene Antriebsmoment das maximale abstützbare Antriebsmoment überschreitet.
Fahrzeug-Traktionsregelungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Bremsvorrichtung ein hydraulisches Bremssystem des Fahrzeugs ist.
Fahrzeug-Traktionsregelungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Bremsvorrichtung eine Elektromaschine des Fahrzeugs ist.
Fahrzeug-Traktionsregelungssystem nach Anspruch 1, bei dem das Fahrzeug abbiegt und das erste Rad einen kleineren Wenderadius als das zweite Rad hat.
Fahrzeug-Traktionsregelungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Steuerung ein Normalkraft berechnet, die auf das erste und/oder zweite Rad gegen einer Straßenoberfläche wirkt, die das erste und das zweite Rad abstützt, und bei dem die Normalkraft dazu verwendet wird, das maximale abstützbare Antriebsmoment zu berechnen.
Fahrzeug-Traktionsregelungssystem nach Anspruch 1, bei dem das maximale abstützbare Antriebsmoment von einem Radius eines Reifens auf dem ersten Rad und einer Maximallängskraft des ersten Rads abhängt.
Fahrzeug-Traktionsregelungssystem nach Anspruch 6, bei dem die Maximallängskraft des ersten Rads von einer Maximalkraft des ersten Rads und einer Querkraft des ersten Rads abhängt.
Fahrzeug-Traktionsregelungssystem nach Anspruch 7, bei dem die Maximalkraft des ersten Rads von einer auf das erste Rad wirkenden Normalkraft und einem Reibungskoeffizienten für eine Straßenoberfläche abhängt.
Fahrzeug-Traktionsregelungssystem nach Anspruch 7, bei dem die Querkraft des ersten Rads von auf das erste und das zweite Rad wirkenden Normalkräften abhängt.
Verfahren zur Traktionsregelung für ein Fahrzeug, mit den Schritten: Messen einer Querbeschleunigung und einer Längsbeschleunigung für ein Fahrzeug; Bestimmen eines maximalen abstützbaren Antriebsmoments für ein erstes Rad des Fahrzeugs in Abhängigkeit der Querbeschleunigung und der Längsbeschleunigung; Anlegen eines angewiesenen vektoriellen Bremsmoments an das erste Rad unter Verwendung einer Bremsvorrichtung, wobei das angewiesene vektorielle Bremsmoment ein Betrag ist, um den ein an das erste Rad abgegebene Antriebsmoment das maximale abstützbare Antriebsmoment überschreitet.
Verfahren zur Traktionsregelung nach Anspruch 10, bei dem das angewiesene vektorielle Bremsmoment durch ein hydraulisches Bremssystem des Fahrzeugs angelegt wird.
Verfahren zur Traktionsregelung nach Anspruch 10, bei dem das angewiesene vektorielle Bremsmoment durch eine Elektromaschine des Fahrzeugs angelegt wird.
Verfahren zur Traktionsregelung nach Anspruch 10, bei dem das erste Rad einen kleineren Wenderadius hat als ein zweites Rad auf einer Achse mit dem ersten Rad.
Verfahren zur Traktionsregelung nach Anspruch 10, umfasst den weiteren Schritt: Bestimmen einer Normalkraft, die zwischen einem ersten Rad oder einem zweiten Rad und einer Straßenoberfläche wirkt, bei dem sich das zweite Rad auf einer Achse mit dem ersten Rad befindet und die Normalkraft dazu verwendet wird, das maximale abstützbare Antriebsmoment zu berechnen.
Verfahren zur Traktionsregelung nach Anspruch 10, umfassend den weiteren Schritt: Berechnen des maximalen abstützbaren Antriebsmoments in Abhängigkeit eines Radius eines Reifens auf dem ersten Rad und einer Maximallängskraft des ersten Rads.
Verfahren zur Traktionsregelung nach Anspruch 15, umfassend den weiteren Schritt: Berechnen der Maximallängskraft des ersten Rads, die auf das erste Rad wirkt, in Abhängigkeit einer Maximalkraft des ersten Rads und einer Querkraft des ersten Rads.
Verfahren zur Traktionsregelung nach Anspruch 16, umfassend den weiteren Schritt: Berechnen der Maximalkraft des ersten Rads in Abhängigkeit einer auf das erste Rad wirkenden Normalkraft und eines Reibungskoeffizienten für eine Straßenoberfläche.
Verfahren zur Traktionsregelung nach Anspruch 16, umfassend den weiteren Schritt: Berechnen der Querkraft des ersten Rads in Abhängigkeit der auf das erste Rad wirkenden Normalkraft und einer auf ein zweites Rad auf einer Achse mit dem ersten Rad wirkenden Normalkraft.
Verfahren zur Traktionsregelung nach Anspruch 16, umfassend den weiteren Schritt: Festlegen des ersten Rads als ein inneres Rad und des zweiten Rads als ein äußeres Rad, wobei das innere Rad einen kleineren Wenderadius hat als das äußere Rad.
Verfahren zur Traktionsregelung für ein Kraftfahrzeug, mit den Schritten: Messen einer Querbeschleunigung und einer Längsbeschleunigung für ein abbiegendes Fahrzeug; Bestimmen einer ersten Normalkraft, die durch eine Straßenoberfläche auf ein inneres Rad des Fahrzeugs wirkt, wobei die erste Normalkraft von der Querbeschleunigung und der Längsbeschleunigung abhängt; Bestimmen einer durch eine Straßenoberfläche auf ein äußeres Rad des Fahrzeugs wirkenden zweiten Normalkraft, wobei die zweite Normalkraft von der Querbeschleunigung und der Längsbeschleunigung abhängt und wobei das innere Rad einen kleineren Wenderadius hat als das äußere Rad; Bestimmen eines maximalen abstützbaren Antriebsmoments für das erste Rad in Abhängigkeit der ersten und zweiten Normalkraft; und Anlegen eines angewiesenen vektoriellen Bremsmoments an das innere Rad unter Verwendung einer Bremsvorrichtung, wobei das angewiesene vektorielle Bremsmoment ein Betrag ist, um den ein an das erste Rad abgegebenes Antriebsmoment das maximale abstützbare Antriebsmoment überschreitet.