DE19542294A1

DE19542294A1 - Schlupfregler für eine Antriebsschlupfregelung

Info

Publication number: DE19542294A1
Application number: DE19542294A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Ing Kost; Guenter Dipl Ing Barth; Rolf Dipl Ing Maier-Landgrebe
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-11-14
Filing date: 1995-11-14
Publication date: 1997-05-15
Anticipated expiration: 2015-11-15
Also published as: DE19542294B4; US5727856A; NL1004515C2; JPH09175234A; NL1004515A1; JP3958816B2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Schlupfregler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 40 30 881 (entspricht US 5,445,442) ist ein Antriebsschlupfregelsystem bekannt, bei dem eine Aufteilung des Antriebsschlupfreglers in einen Kardan- und einen Differenzdrehzahlregler vorgestellt wird.

In der DE-OS 42 29 560 (entspricht US 5,443,307) wird ein Antriebsschlupfregelsystem vorgestellt, bei dem eine Verbesserung der Reglereigenschaften durch einen Differenzdrehzahlregler erzielt wird, so daß es zu einer Verbesserung der Differentialsperrwirkung durch Bremseneingriff kommt.

In dem Artikel ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 96 (1994) "FDR-Fahrdynamikregelung von Bosch" wird im Rahmen einer Fahrdynamikregelung ein unterlagerter Antriebsschlupfregler offenbart. Hier wird zur Regelung des Antriebsschlupfes das Vorliegen unterschiedlicher Betriebszustände des Fahrzeugs berücksichtigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung eines Antriebsschlupfregelsystems bei bestimmten Betriebsbedingungen des Fahrzeugs, die sich insbesondere auf den Anfahrvorgang beziehen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einem System zur Regelung des Antriebsschlupfes bei einem Kraftfahrzeug, bei dem einem Regler wenigstens eine von den Drehgeschwindigkeiten der Räder abhängige Regelgröße und wenigstens ein Sollwert zugeführt wird. Die Erfindung ist vor dem Hintergrund zu sehen, daß Torsionselastizitäten im Antriebsstrang des Fahrzeugs Antriebsstrangschwingungen verursachen können. Solche Antriebsstrangschwingungen, die insbesondere bei bestimmten Betriebsbedingungen auftreten, können durch die Regelung des Antriebsschlupfes zusätzlich angeregt werden.

Der Kern der Erfindung besteht darin, daß der Regler ein Tiefpaßverhalten aufweist, wobei dieses Tiefpaßverhalten abhängig von einem Vorliegen bestimmter Betriebsbedingungen veränderbar ist. Die Erfindung hat den Vorteil, daß den Anregungen solcher Antriebsstrangschwingungen wirksam entgegengewirkt wird.

Das Tiefpaßverhalten des Reglers kann dabei durch unterschiedliche Zeitkonstanten charakterisiert werden.

Zur Bestimmung der Betriebsbedingungen, bei denen die Antriebsstrangschwingungen bevorzugt auftreten, kann vorgesehen sein, daß der Antriebsschlupf der angetriebenen Räder ausgewertet wird. Darüber hinaus kann alternativ oder zusätzlich zu dem Antriebsschlupf zur Bestimmung der Betriebsbedingungen die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit ausgewertet werden.

Die Auswertung des Antriebsschlupfes bzw. der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit kann dabei dadurch geschehen, daß der Antriebsschlupf der angetriebenen Räder mit wenigstens einem ersten Schwellwert bzw. die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit mit einem zweiten Schwellwert verglichen wird.

Die Neigung zu Antriebsstrangschwingungen ist dann besonders ausgeprägt, wenn der Antriebsschlupf beider Antriebsräder sich im instabilen, das heißt im abfallenden Bereich, der an sich bekannten Schlupfkurve befindet. In diesem Fall muß der Regler eine stärkere Tiefpaß-Filterung, das heißt eine große Zeitkonstante, aufweisen.

Eine schwächere (oder gar keine) Tiefpaß-Filterung ist dann vorteilhaft, wenn der Antriebsschlupf mindestens eines Antriebsrades unterhalb einer Schlupfschwelle liegt oder bei kleiner Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, weil sich im Anfahrbereich des Fahrzeugs die durch die Filterung verursachte Phasenverschiebung besonders nachteilig auf die Regelung auswirkt. Aus diesem Grunde ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß eine erste Betriebsbedingungen dann vorliegt, wenn ein Antriebsschlupf der angetriebenen Räder den ersten Schwellwert unterschreitet oder die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit den zweiten Schwellwert unterschreitet. Wird bei Vorliegen dieser ersten Betriebsbedingung das Tiefpaßverhalten des Reglers durch eine erste Zeitkonstante charakterisiert, so wird diese Zeitkonstante bei Vorliegen von Betriebsbedingung, die nicht der ersten Betriebsbedingung entsprechen, vergrößert.

Bei einem Fahrzeug mit einer Antriebsachse findet also im Regler eine relativ schwache Tiefpaßfilterung mit einer Zeitkonstanten von beispielsweise 20 bis 40 ms statt, wenn folgende Bedingung erfüllt, ist, wobei mit "ODER" eine logische Verknüpfung gemeint ist:
Antriebsschlupf/rechts ist kleiner als Schwellwert 1
ODER Antriebsschlupf/links ist kleiner als Schwellwert 2
ODER Fahrzeuggeschwindigkeit ist kleiner als Schwellwert 3.

Ist die obenaufgeführte Bedingung nicht erfüllt, so findet im Regler eine relativ starke Tiefpaßfilterung mit einer Zeitkonstanten von beispielsweise 60 bis 80 ms statt.

Als Tiefpaß kann ein an sich bekanntes Verzögerungsglied erster Ordnung verwendet werden.

Die Erfindung ist vorteilhafterweise eingebettet in ein Antriebsschlupfregelsystem, bei dem eine erste Regelgröße abhängig von der mittleren Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Räder und eine zweite Regelgröße abhängig von der Differenz der Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Räder gebildet wird. Hierbei kann vorgesehen sein, daß zur Regelung des Antriebsschlupfes die erste und zweite Regelgröße mit einem ersten und zweiten Sollwert verglichen wird. Der erste und zweite Sollwert wird dabei abhängig von einem vorgegebenen Sollwert für mittleren Absolutschlupf und abhängig von einem vorgegebenen Sollwert für ein Sperrmoment ermittelt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Reglerstruktur anhand eines Blockschaltbildes, während die Fig. 2 ein Ablaufdiagramm der Erfindung angibt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand des nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiels beschrieben werden. Hierzu wird der Kern der Erfindung, der in der Beeinflussung des Tiefpaßverhaltens des Schlupfreglers liegt, in einem Gesamtsystem eingebettet beschrieben.

Dieses Gesamtsystem dient zur Regelung des Antriebsschlupfes bei Kraftwagen mit konventionellem Antrieb. Die Soll-Antriebsschlupfwerte für die beiden Antriebsräder können entweder von einer vorgeschalteten Steuerung und einem überlagerten Fahrdynamikregler stammen. In dem Gesamtsystem werden dann Sollbremsmomente für die beiden Antriebsräder und das Sollmotormoment berechnet. Die Sollbremsmomente können in einer nachbeschalteten Steuerung in Bremsdrucksteuersignale für eine Bremshydraulik umgerechnet werden. Aus dem Sollmotormoment läßt sich beispielsweise durch eine nachgeschaltete Steuerung ein Drosselklappensteuersignal bestimmen.

Wie schon erwähnt, ist die Aufteilung des Antriebsschlupfreglers in Kardan- und Differenzdrehzahlregler aus der DE-OS 40 30 881 bekannt. Die beiden Regler werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weitgehend unabhängig von den zur Verfügung stehenden Stellgliedern ausgelegt. Die Aufteilung der beiden Reglergrößen Sollkardanmoment M_Kar und Solldifferenzmoment M_Dif erfolgt im nachbeschalteten stellgliedspezifischen Modul. Dies erleichtert die Ergänzung des Drosselklappeneingriffs durch weitere (schnelle) Motoreingriffsarten wie z. B. Zündwinkelverstellung oder Einspritzausblendung).

In der Fig. 1 ist ein überlagerter Fahrdynamik-Regler (FDR-Regler) mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Dieser FDR-Regler bestimmt gemäß einer überlagerten Regelung insbesondere Sollwerte λ_So/l und λ_So/r für den Antriebsschlupf an dem linken und rechten angetriebenen Fahrzeugrad. Zur Offenbarung eines solchen überlagerten FDR-Reglers auf den eingangs erwähnten ATZ-Artikel verwiesen werden.

Neben den Sollwerten λ_So/l und λ_So/r für den Antriebsschlupf an dem linken und rechten angetriebenen Fahrzeugrad ermittelt der FDR-Regler die freirollenden (schlupffreien) Radgeschwindigkeiten v_Radfrei/l und v_Radfrei/r und die Drehgeschwindigkeiten v_Rad/l, v_Rad/r der angetriebenen Räder. Zur Ermittlung der freirollenden (schlupffreien) Radgeschwindigkeiten soll wiederum auf den eingangs erwähnten ATZ-Artikel bzw. auf die DE-Anmeldung 42 30 295 verwiesen werden.

Dem Antriebsschlupf-Regler 11 werden die Sollwerte λ_So/l und λ_So/rfür den Antriebsschlupf an dem linken und rechten angetriebenen Fahrzeugrad, die freirollenden (schlupffreien) Radgeschwindigkeiten v_Radfrei/l und v_Radfrei/r und die Drehgeschwindigkeiten v_Rad/l, v_Rad/r der angetriebenen Räder zugeführt. Dem Antriebsschlupf-Regler 11 erzeugt dann in noch zu beschreibender Weise Signale M_RadSo/l und M_RadSo/r, die Soll-Bremsmomenten an dem rechten und linken angetriebenen Fahrzeugrad entsprechen. Diese Soll-Bremsmomente werden den Blöcken 12l und 12r zugeführt, mittels der, ggf. durch einen unterlagerten Regelkreis, diese Bremsmomente an den Radbremsen eingestellt werden.

Daneben bestimmt der Regler 11 einen Sollwert M_SoMot für das Motormoment, der der unterlagerten Motorsteuerung 13 zugeleitet wird.

Im folgenden sollen Einzelheiten des Antriebsschlupf-Reglers 11 beschrieben werden.

In der Sollwertbestimmung 110 werden aus den Raddrehgeschwindigkeiten v_Rad/l und v_Rad/r des linken und rechten Antriebsrades, den freien Raddrehgeschwindigkeiten v_Radfrei/l und v_Radfrei/r und dem Sollantriebsschlupf λ_So/l und λ_So/r für die Antriebsräder die Kardandrehgeschwindigkeit v_Kar als Mittelwert der Raddrehgeschwindigkeiten v_Rad/l und v_Rad/r und die Differenzdrehgeschwindigkeit v_Dif als Differenz der Raddrehgeschwindigkeiten v_Rad/l und v_Rad/r berechnet:
Ist-Drehgeschwindigkeiten:

v_Kar = (v_Rad/l + v_Rad/r)/2
v_Dif = v_Rad/l - v_Rad/r

Aus den Solldrehgeschwindigkeiten v_SoRad/l und v_SoRad/r der Räder, die abhängig von dem Sollantriebsschlupf λ_So/l und λ_So/r gebildet werden, können die Sollwerte v_SoKar und v_SoDif für die Kardan- und Differenzdrehzahl ermittelt werden:

v_SoRad/l = v_Radfrei/l _* (1 + λ_So/l)
v_SoRad/r = v_Radfrei/r _* (1 + λ_So/r)

v_SoKar = (v_SoRad/l + v_SoRad/r)/2
v_SoDif = v_SoRad/l - v_SoRad/r

In dem Block 111 werden Betriebszustände bestimmt, woraufhin in Reaktion auf bestimmte Betriebszustände vorgegebene Maßnahmen eingeleitet werden. Eine solche Maßnahme betrifft die erfindungsgemäße Änderung des Tiefpaßverhaltens des Reglers dann, wenn solche Betriebszustände vorliegen, bei denen Antriebsstrangschwingungen vorliegen bzw. vorliegen können.

Wie schon eingangs erwähnt, können Torsionselastizitäten im Antriebsstrang des Fahrzeugs Antriebsstrangschwingungen verursachen. Solche Antriebsstrangschwingungen liegen aber im allgemeinen nicht vor, wenn folgende Bedingung erfüllt ist, wobei mit "ODER" die logische Verknüpfung gemeint ist:
Antriebsschlupf/rechts ist kleiner als Schwellwert 1
ODER Antriebsschlupf/links ist kleiner als Schwellwert 2
ODER Fahrzeuggeschwindigkeit ist kleiner als Schwellwert 3.

Andernfalls, das heißt, wenn die obengenannte Bedingung nicht erfüllt ist, können Antriebsstrangschwingungen auftreten.

In diesem Ausführungsbeispiel werden die Kardandrehgeschwindigkeit v_Kar und die Differenzdrehgeschwindigkeit v_Dif im Block 111 durch einen Tiefpaßfilter geleitet, wobei die Zeitkonstante T dieses Tiefpaßfilters veränderbar ist. Die so gefilterte Kardandrehgeschwindigkeit v_Kar/f bzw. Differenzdrehgeschwindigkeit v_Dif/f wird dem Kardandrehzahlregler 112 bzw. dem Differenzdrehzahlregler 113 zugeführt.

Zur Ermittlung des Betriebszustandes und der Änderung der Tiefpaßfilterung findet im Block 111 der in der Fig. 2 gezeigte Ablauf statt.

Nach dem Startschritt 201 wird im Schritt 202 die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit v_x, die Raddrehgeschwindigkeiten v_Rad/l und v_Rad/r des linken und rechten Antriebsrades und die freien Raddrehgeschwindigkeiten v_Radfrei/l und v_Radfrei/r eingelesen. Im Schritt 203 werden die momentanen Werte λ_Rad/l und λ_Rad/r für den Radschlupf am linken und rechten Antriebsrad ermittelt:

In den Schritten 204 und 205 wird abgefragt, ob die momentanen Werte λ_Rad/l und λ_Rad/r für den Radschlupf am linken und rechten Antriebsrad kleiner als die Schwellwerte S1 bzw. S2 sind, wobei insbesondere S1 = S2 vorgesehen sein kann. Im Schritt 206 wird ermittelt, ob die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit v_x kleiner als ein Schwellwert S3 ist. S3 kann dabei beispielsweise 2 m/s betragen.

Sind alle Ergebnisse der Abfragen 204, 205 und 206 negativ, so wird im Schritt 207 die erwähnte Tiefpaßfilterung mit der relativ hohen Zeitkonstanten τ₂ durchgeführt, wobei beispielsweise τ₂ im Bereich von 60 bis 80 ms liegen kann. Ist jedoch ein Abfrageergebnis positiv, so wird im Schritt 208 die erwähnte Tiefpaßfilterung mit der relativ niedrigen Zeitkonstanten τ₁ durchgeführt, wobei beispielsweise τ₁ im Bereich von 20 bis 40 ms liegen kann. Nach dem Endschritt 209 wird der in der Fig. 2 gezeigte Ablauf erneut gestartet.

Alternativ zu der Tiefpaßfilterung der Kardandrehgeschwindigkeit v_Kar bzw. der Differenzdrehgeschwindigkeit v_Dif kann auch vorgesehen sein, daß der P-Anteil des Kardan- bzw. Differenzdrehzahlreglers 112 bzw. 113 als PT₁-Anteil ausgelegt ist. Diese Variante wird in der folgenden Beschreibung zu den Blöcken 112 und 113 aufgezeigt.

Weiterhin kann im Block 111 eine Begrenzung des Sollmotormoments vorgesehen sein. Hierbei geht es darum, daß bei einer gewünschten Motormomentenerhöhung M_SoMot kein höheres Motormoment möglich sein soll als das vom Fahrer vorgegebene Motormoment M_FV. Der Fahrerwunsch M_FV dient also zur Beschränkung des Sollmotormoments. Wenn sich das Sollmotormoment in dieser Sättigung befindet, wird das Flag lanschlag gesetzt. Die Motormoment-Sättigung M_FV stellt man mit Hilfe des geschätzten aktuellen Motormoments fest, wobei lanschlag dann gesetzt wird, wenn

M_SoMot < c_motstat _* M_FV

mit

0 < c_motsat < 1.

Der Kardandrehzahlregler (Block 112) ermittelt aus den Eingangsgrößen Kardandrehgeschwindigkeit v_Kar (bzw. tiefpaßgefilterte Kardandrehgeschwindigkeit v_Kar/f) und Kardansolldrehgeschwindigkeit v_SoKar das Kardanmoment M_Kar. Hierzu ist der Kardandrehzahlregler als PID-Regler mit einem Proportional-, einem Integral- und einem Differential-Anteil ausgelegt. Diese Anteile können wie folgt ausgelegt sein:

P-Anteil

Findet die obenbeschriebene Tiefpaßfilterung nicht im Block 111 statt, so kann, wie erwähnt, diese Filterung im Kardanregler 112 gemäß der Gleichung

v_Kar/f(t + 1) = v_Kar/f(t) + C_fil _* [v_Kar(t) - v_Kar/f(t)]

getätigt werden, wobei C_fil eine von der obengenannten Bedingung abhängige Filterkonstante ist. Der P-Anteil des Kardandrehzahlreglers entspricht dann einem PT₁-Anteil.

Die Verstärkung K_p wird insbesondere abhängig von der momentan wirksamen Gesamtübersetzung i_Ges (Übersetzung zwischen Motor und Räder) gewählt, um dem von der Gangstufe abhängigen Trägheitsmoment des Motors bzgl. der Räder Rechnung zu tragen.

K_p = C1 + i²_Ges _* C2,

wobei C1 und C2 Konstanten sind.

Als Ausgang des P-Anteils ergibt sich somit:

k_np = Kp _* (v_Kar/f - v_SoKar).

D-Anteil

Wegen der Antriebsstrangschwingungen wird der Differenzierer im wesentlichen wie in der eingangs erwähnten DE-OS 42 29 560 (entspricht US 5,443,307) ausgelegt:

k_dif = [i²_Ges _* jmot + 2jrad] _* [v_Kar(t) - v_Kar(t-νT)]/(νT),

wobei νT ungefähr der Schwingungsdauer der Antriebsstrangschwingungen entspricht, i_Ges die momentan wirksame Gesamtübersetzung und die Größen jmot und jrad die Trägheiten des Motors und der Räder repräsentieren.

Der D-Anteil hat eine tote Zone. Ihre Größe ε_Dif ist von der Gesamtübersetzung i_Ges abhängig:

ε_dif = ε_dif/a + i²_Ges _* ε_dif/b,

wobei ε_dif/a und ε_dif/b Konstanten sind. Für den Ausgang ergibt die tote Zone

k_nd = c_d [min(0,k_dif - ε_dif) + max(0,k_dif + ε_dif)].

wobei c_d eine Konstante ist.

I-Anteil

Die Integratorverstärkung ist normalerweise

K_I = K_I/a + i²_Ges _* K_I/a,

wobei K_I/a und K_I/b Konstanten sind.

In drei verschiedenen Fällen (I, II und III) wird die Integratorverstärkung K_I korrigiert:

I. Hoch-µ-Kriterium

Eine Fahrbahn mit hohem Reibwert wird erkannt, wenn gleichzeitig die folgenden fünf verschiedenen Bedingungen erfüllt sind:

1. λ_Rad/l < min (ε_λ₁, λ_So/l + ε_λ₂)
2. λ_Rad/r < min (ε_g₁, λ_So/r + ε_λ₂), wobei ε_λ₁ und ε_λ₂ Konstanten sind.
3. v_x < ε_vf, wobei ε_vf ein vorgebbarer Schwellwert ist.
4. lir ist nicht gesetzt, das heißt, daß der überlagerte FDR-Regler keinen Eingriff vorsieht.
5. Stabilität: Beide Antriebsräder müssen sich über eine gewisse Zeit im stabilen Schlupfkurvenast befinden, das heißt, die Kardandrehzahl v_Kar darf in ihrem Verlauf nur eine relativ geringe "Rauhigkeit" aufweisen. Deshalb wird das folgende Stabilitätskriterium überprüft:
Die Antriebsräder sind stabil wenn gilt: wobei die Referenzkardandrehzahl v_ref aus den Drehzahlen der freirollenden Antriebsräder ermittelt werden kann.

Wenn über den Zeitraum t_min1 hinweg jede der fünf obigen Bedingungen erfüllt ist, dann wird K_I auf einen hohen Wert

K_I = K_Ihigh

gesetzt.

II. Anhebung der Integrator-Verstärkung

Die oben beschriebenen Bedingungen 1. und 2. werden vom Hoch-µ-Kriterium übernommen. Eine weitere Bedingung ist

3. k_dif < α₂ _*ktm* + β₂,

wobei

ktm* = (i²_Ges _* jmot + 2jrad) _* (v_SoKar,t - v_SoKar,t-1)/T

ist.

Wenn während des Zeitraums t_min2 jede der obengenannten drei Bedingungen erfüllt ist, dann wird K_I angehoben zu K_I′:

K_I′ = C_intfak1 _* K_I.

III. Absenkung der Integrator-Verstärkung

Wenn die drei Bedingungen

1. k_ni < C_nilow (k_ni ist der momentane Integratorwert) und
2. v_Kar < v_SoKar und
3. o.g. Fall II nicht länger als t_min3 vorliegt,

erfüllt sind, dann wird die Integratorverstärkung K_I zu K_I′ durch

K_I′ = K_I/c_intfak2

abgesenkt.

Der neue Integratorwert ist

k_ni,t+1 = k_ni,t + K_I _* (v_Kar,t - v_SoKar,t).

Der Integratorwert wird in folgenden Fällen korrigiert:

I) Wenn k_rom < ε_kromerfüllt ist, wird k_ni zu k_ni′k_ni′ = k_ni + c_kndif _* [min(0,x+ε_kndif) + max(0,x-ε_kndif)].Hierdurch wird eine Totzone beschrieben, wobeix = k_dif - ktm _* ist.
II) Der Integratorwert wird nach unten beschränkt: k_ni = max(k_ni, k_ni,min).
III) Der Integrator wird durch das reduzierte Fahrerwunschmoment M_fa,r nach oben begrenzt:
Wenn k_ni < M_fa,r erfüllt ist, werden zwei Fälle unterschieden:
Wenn zusätzlich v_Kar < v_SoKargilt, wirdk_ni = M_fa,r - K_I _* k_romgesetzt, andernfalls gilt der alte Integratorwertk_ni,t = k_ni,t-1.Der Ausgang des Kardanreglers besteht aus der Summe der drei Regleranteile:M_Kar = k_np + k_nd + k_ni.Der PI-Differenzdrehzahlregler (Block 113) ermittelt das Differenzmoment M_Dif. Die wesentlichsten Eigenschaften des Differenzdrehzahlregler sollen im folgenden beschrieben werden:

Sollwertaufweitung

Wenn das Fahrdynamikregelungs-Flag lir gesetzt ist, das heißt, daß der überlagerte FDR-Regler einen FDR-Eingriff vorsieht, wird der Betrag des Sollwertes v_SoDif für die Differenzdrehzahl zu v_SoDif′ vergrößert:

v_SoDif′ = (|v_SoDif| + ε_Dif1 _*C) _* sign (v_SoDif),

andernfalls bleibt der Sollwert unverändert:

v_SoDif′ = v_SoDif.

P-Anteil

Findet die obenbeschriebene Tiefpaßfilterung nicht im Block 111 statt, so kann, wie erwähnt, diese Filterung im Differenzdrehzahlregler 113 gemäß der Gleichung

v_Dif/f(t+1) = v_Dif/f(t) + B_fil _* [v_Dif(t) - v_Dif/f(t)]

getätigt werden, wobei B_fil eine von der obengenannten Bedingung abhängige Filterkonstante ist. Der P-Anteil entspricht dann einem PT₁-Anteil.

Die gefilterte Regelabweichung ΔDif ist dann

ΔDif(t) = v_Dif/f(t) - v_SoDif(t).

Der Ausgang des P-Anteils ist

d_np = K_dp _* Δ_Dif(t).

I-Anteil

Falls lir gesetzt ist, das heißt, daß der überlagerte FDR-Regler einen FDR-Eingriff vorsieht, werden die mit dem Index 1 versehenen Reglerparameter verwendet (i = 1), andernfalls gilt i = 2.

Bei der Berechnung des Integratorwertes d_ni werden in Abhängigkeit von der Regelabweichung Δ_Dif und d_ni insgesamt vier Fälle unterschieden. Wenn die Bedingung

Δ_Dif _* d_ni < ε_dn1

erfüllt ist, wird im Falle

|Δ_Dif| < ε_Dif2

der Reglerparameter c_di1(i) verwendet:

1) d_ni,t+1 = d_ni,t - c_di1(i) _* sign(d_ni,t),

andernfalls wird c_di2(i) benützt:

2) d_ni,t+1 = d_ni,t - c_di2(i) _* sign(d_ni,t).

Wenn

Δ_Dif _* d_ni ε_dn1

und

|Δ_Dif| < ε_Dif1

erfüllt sind, gilt

3) d_ni,t+1 = d_ni,t + c_di3(i) _* d_rom,

ansonsten gilt

4) d_ni,t+1 = d_ni,t - c_di4(i) _* sign(d_ni,t).

Die Integratordynamik wird verbessert, indem der Integratorwert in speziellen Fällen dem P-Anteil nachgeführt wird:

d_ni = max(|d_ni|,c_di4(i) _* Δ_Dif _* sign(Δ_Dif).

Der Integratorwert ist schließlich durch

d_ni = min(|d_ni|,d_nimax) _* sign(d_ni)

nach oben und unten beschränkt.

Reglerausgang

Der Reglerausgang des Differenzdrehzahlreglers 113 besteht aus der Summe von P- und I-Anteil:

M_Dif = d_np + d_ni.

Die Verteilung der Momente M_Kar und M_Dif auf die Stell glieder findet im Block 114 statt. Das vom Differenzdreh zahlregler 113 berechnete Differenzmoment M_Dif kann nur durch entsprechende Bremsmomentunterschiede zwischen dem linken und dem rechten Antriebsrad aufgebracht werden. Da gegen kann das vom Kardandrehzahlregler 112 berechnete Kardanmoment M_Kar, das auf den gesamten Antriebsstrang wirkt, sowohl von einem symmetrischen Bremseneingriff als auch durch einen Motoreingriff aufgebracht werden.

Durch die Momentenverteilung auf die Stellglieder werden die Momente M_Kar und M_Dif auf die Stellglieder verteilt, wobei ihre unterschiedliche Dynamik berücksichtigt wird. Als Stellglieder sind dabei mit dem Block 12l und 12r die Bremssysteme für das linke und rechte Rad und mit dem Block 13 die Motorsteuerung bezeichnet. Es finden also zur Realisierung der Momente M_Kar und M_Dif Bremseneingriffe am linken und rechten Antriebsrad sowie Eingriffe in die Motorsteuerung (z. B. Drosselklappe) statt. Der relativ langsam wirkende Drosselklappeneingriff läßt sich relativ einfach durch schnelle Motoreingriffsarten wie Zündwinkelverstellung und Einspritzausblendung ergänzen.

Ermittlung des Motorsollmoment

Der Antriebsstrang wird durch die Bremsmomente abgebremst. Deshalb ist das reduzierte Sollmotormoment M_Mot,red die Summe von Kardanmoment M_Kar und (mit einem Faktor) Differenzmoment M_Dif sowie dem Bremsmomentoffset M_B,off der beiden Antriebsräder. Das reduzierte Sollmotormoment wird durch die Summe von reduziertem Fahrerwunschmoment M_FV,red und reduziertes Leerlaufmoment M_LL,red beschränkt:

M_Mot,red = min[M_Kar + C_Br _* (|M_Dif| + 2M_B,off)], M_FV,red + M_LL,red

Das Sollmotormoment wird bei einem Drosselklappeneingriff nur mit einer relativ großen Verzögerung eingestellt. Durch eine Filterung des Sollmotormoments mit einem PT₁-Tiefpaß erhält man eine grobe Schätzung für das aktuelle Motormoment:

M_Mot,t+1′ = M_Mot,t′ + b_Motfil _* (M_Dk,red,t - M_Mot,t) (1)

Hierbei ist mit M_Mot′ der Schätzwert für das reduzierte aktuelle Motormoment und mit M_Dk,red das reduzierte Soll-Drosselklappenmoment, das durch

M_Dk,red = M_Mot,red + c_Mot _* (M_Mot,red - M_Mot) (2)

berechnet wird, bezeichnet. Das Soll-Drosselklappenmoment wird nach unten durch das reduzierte Leerlaufmoment beschränkt:

M_Dk,red = max(M_Dk,red,M_LL,red).

Die Gleichungen (1) und (2) bilden zusammen ein Hochpaß-Vorfilter für den Sollwert des Drosselklappen-Lagereglers. Das Vorfilter verbessert das Führungsübertragungsverhalten des Drosselklappeneingriffs. Ausgangsseitig liegt das Sollmoment für den Drosselklappeneingriff

M_Dk = M_Dk,red/i_Ges - M_LL

an.

Symmetrischer Bremseneingriff

Beim Drosselklappeneingriff folgt das Ist-Motormoment nur mit relativ großer Verzögerung dem Soll-Motormoment. Deshalb wird ein Teil der Differenz zwischen dem Soll- und dem Ist-Motormoment vom schneller wirkenden Bremseneingriff übernommen. Dieser dynamische Momentenanteil M_rs,sum wird auf beide Antriebsräder symmetrisch verteilt, das Differenzmoment wird dadurch also nicht beeinflußt.

Bei der Berechnung M_rs,sum werden folgende drei Fälle unterschieden:

1) Wenn lanschlag gesetzt ist (Motormoment-Sättigung wurde im Block 110 festgestellt), gilt:

M_bs = 0.

2) Wenn M_Mot,red 0 ist, gilt

M_bs = C_Br _* (M_Mot′ - M_Mot,red).

3) Wenn M_Mot,red < 0 ist, gilt

M_bs = |M_Mot,red| + C_Br _* (M_Mot′ - M_Mot,red).

M_rs,sum erhält man durch Filterung von M_bs:

M_rs,sum,t+1 = M_rs,sum,t + B_brfil _* (M_bs,t - M_rs,sum,t).

Bremsmomentenverteilung

Die Bremsmomente der beiden Antriebsräder bestehen aus einer Überlagerung vom symmetrischen Bremsmoment M_rs,sum und Differenzmoment M_Dif. Das Vorzeichen von M_Dif entscheidet darüber, bei welchem Rad das größere Bremsmoment aufgebracht wird, das heißt, welches Rad das sogenannte µ-low-Rad ist.

Falls M_Dif < 0 gilt ist das µ-low-Rad links, so daß die linken und rechten Bremsmomente durch

M_b,l = M_rs,sum + M_B,off + M_Dif

und

M_b,r = M_rs,sum + M_B,off

berechnet werden. Im Falle M_b,l < M_b,max (Bremsmomentsättigung) gilt

M_b,l = M_b,max

und

M_b,r = M_b,max - M_Dif,

damit das geforderte Differenzmoment zwischen links und rechts erhalten bleibt. Wenn M_Dif 0 ist, gilt entsprechend

M_b,l = M_rs,sum + M_B,off

M_b,r = M_rs,sum + M_B,off - M_Dif

und bei M_b,r < M_b,max gilt

M_b,l = M_b,max + M_Dif
M_b,r = M_b,max.

Reduktion des Bremsmomentenoffsets

Wenn beide Sollbremsmomente den Bremsmomentenoffset M_B,off nur unwesentlich überschreiten und das Flag lanschlag (Motormoment-Sättigung wurde im Block 110 festgestellt) gesetzt ist, werden die Sollbremsmomente zur Verringerung der Bremsenbelastung kontinuierlich reduziert. Das heißt, wenn lanschlag gesetzt und

max(M_b,l, M_b,r M_B,off + ε_mrs ⁰

erfüllt ist, gelten

M_b,l = M_b,down
M_b,r = M_b,down,

wobei

M_b,down,t+1 = c_down _* M_b,down,t

mit 0 < c_down < 1 ist. Andernfalls wird M_b,down wieder bis zum Ausgangswert M_B,off erhöht:

M_b,down,t+1 = min(M_B,off,c_up _* M_b,down,t)

mit c_up < 1.

Abkürzungsverzeichnis
FDR
Fahrdynamikregler
K_I	Verstärkung des I-Regleranteils.
K_p	Verstärkung des P-Regleranteils.
lanschlag	Flag, wenn Sollmotormoment in Sättigung.
lir	Flag, wenn FDR-Eingriff vorgesehen ist.
i_Ges	Gesamtübersetzung Motor-Rad.
M_Kar	Sollwert für das Kardanmoment.
M_Dif	Sollwert für das Differenzmoment.
M_SoMot	Sollwert für Motormomentenerhöhung.
M_FV	vom Fahrer vorgegebenes Motormoment.
M_RadSo/l	Soll-Bremsmoment am linken angetriebenen Fahrzeugrad.
M_RadSo/r	Soll-Bremsmoment am rechten angetriebenen Fahrzeugrad.
M_SoMot	Sollwert für das Motormoment.
S1, S2, S3	Schwellwerte.
v_Radfrei/l	freirollende (schlupffreie) Drehgeschwindigkeit des linken angetriebenen Fahrzeugrades.
v_Radfrei/r	freirollende (schlupffreie) Drehgeschwindigkeit des rechten angetriebenen Fahrzeugrades.
v_Rad/l	Drehgeschwindigkeiten des linken angetriebenen Fahrzeugrades.
v_Rad/r	Drehgeschwindigkeiten des rechten angetriebenen Fahrzeugrades.
v_SoRad/l	Sollwert für die Drehgeschwindigkeiten des linken angetriebenen Fahrzeugrades.
v_SoRad/r	Sollwert für die Drehgeschwindigkeiten des rechten angetrieben Fahrzeugrades.
v_Kar	Kardandrehgeschwindigkeit.
v_Dif	Differenzdrehgeschwindigkeit.
v_SoKar	Sollwert für die Kardandrehgeschwindigkeit.
v_SoDif	Sollwert für die Differenzdrehgeschwindigkeit.
v_Kar/f	gefilterte Kardandrehgeschwindigkeit.
v_Dif/f	gefilterte Differenzdrehgeschwindigkeit.
v_x	Fahrzeuglängsgeschwindigkeit.
λ_Rad/l	Antriebsschlupf am linken angetriebenen Fahrzeugrad.
g_Rad/r	Antriebsschlupf am rechten angetriebenen Fahrzeugrad.
λ_So/l	Sollwert für den Antriebsschlupf am linken angetriebenen Fahrzeugrad.
λ_So/r	Sollwert für den Antriebsschlupf am rechten angetriebenen Fahrzeugrad.
τ, τ₁, τ₂	Zeitkonstanten des Tiefpaßfilters.

Claims

1. System zur Regelung des Antriebsschlupfes bei einem Kraftfahrzeug, bei dem einem Regler (11) wenigstens eine von den Drehgeschwindigkeiten (v_Rad/l, v_Rad/r) der Räder abhängige Regelgröße (v_Kar, v_Dif) und wenigstens ein Sollwert (v_SoKar, v_SoDif) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (11) ein Tiefpaßverhalten aufweist, wobei dieses Tiefpaßverhalten abhängig von einem Vorliegen bestimmter Betriebsbedingungen veränderbar ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Betriebsbedingungen der Antriebsschlupf (λ_Rad/r, λ_Rad/l) der angetriebenen Räder ausgewertet wird.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Betriebsbedingungen die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit (v_x) ausgewertet wird.

4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Betriebsbedingungen der Antriebsschlupf (λ_Rad/r, λ_Rad/l) der angetriebenen Räder mit wenigstens einem ersten Schwellwert (S1, S2) verglichen wird.

5. System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Betriebsbedingungen die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit (v_x) mit einem zweiten Schwellwert (S3) verglichen wird.

6. System nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Betriebsbedingungen dann vorliegt, wenn ein Antriebsschlupf (λ_Rad/r, λ_Rad/l) der angetriebenen Räder den ersten Schwellwert (S1, S2) unterschreitet oder die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit (v_x) den zweiten Schwellwert (S3) unterschreitet.

7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßverhalten des Reglers durch unterschiedliche Zeitkonstanten (τ₁, τ₂) charakterisiert wird.

8. System nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßverhalten des Reglers bei Vorliegen der ersten Betriebsbedingung durch eine erste Zeitkonstante (τ₁) charakterisiert wird und diese Zeitkonstante bei Vorliegen von Betriebsbedingung, die nicht der ersten Betriebsbedingung entsprechen, vergrößert wird.

9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Regelgröße (v_Kar) abhängig von der mittleren Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Räder und eine zweite Regelgröße (v_Dif) abhängig von der Differenz der Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Räder gebildet wird.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des Antriebsschlupfes die erste und zweite Regelgröße (v_Kar, v_Dif) mit einem ersten und zweiten Sollwert (v_SoKar, v_SoDif) verglichen wird, wobei der erste und zweite Sollwert (v_SoKar, v_SoDif) abhängig von einem vorgegebenen Sollwert für mittleren Absolutschlupf und einem vorgegebenen Sollwert für ein Sperrmoment ermittelt werden.