DE19734112A1

DE19734112A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Antriebsschlupfregelung bei Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE19734112A1
Application number: DE19734112A
Authority: DE
Inventors: Johannes Schmitt; Thomas Sauter; Andreas Zoebele
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-08-07
Filing date: 1997-08-07
Publication date: 1999-02-11
Anticipated expiration: 2017-08-08
Also published as: US6151546A; DE19734112B4; JPH11107803A; JP4190620B2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Antriebsschlupfregelung bei Kraftfahrzeugen gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.

Aus der DE 43 44 634 A1 ist ein Antriebsschlupfregelsystem mit Motorbeeinflussung bekannt, bei welchem fortlaufend auf der Basis von Betriebsgrößen des Kraftfahrzeugs und seiner Antriebseinheit ein Bedarfsmoment ermittelt wird, welches das für ein stabiles Fahrverhalten maximal übertragbare An triebsmoment der Antriebseinheit darstellt. Bei Auftreten einer Instabilität, das heißt bei Auftreten eines unzulässi gen Schlupfes an wenigstens einem Antriebsrad, wird das An triebsmoment der Antriebseinheit auf das berechnete Bedarfs moment reduziert. Bei dem bekannten Antriebsschlupfregler werden unbekannte Größen als Hilfsgröße in die sogenannte Ersatzmasse eingerechnet, die sich bei Auftreten von Störmo menten vergrößert oder verkleinert. Neben Steigung, Zuladung oder Anhängelast ist auch die während einer Kurvenfahrt auf tretende Widerstandskraft eine beim bekannten Antriebs schlupfregler nicht vollständig Störgröße. Letztere ist da her auch Teil der Ersatzmasse. Da die Ersatzmasse steigungs begrenzt und PT1-gefiltert wird, ist sie bezüglich der Dyna mik nur eine Näherung für die auftretenden Störmomente. Sta tionäre Zustände werden vollständig erfaßt, dynamische nur teilweise. Das während einer Kurvenfahrt berechnete Bedarfs moment ist daher mit Blick auf die Kurvenwiderstandskraft lediglich ein Schätzwert. Darüber hinaus ist aus Sicher heitsgründen das Ersatzmassensignal zeitgefiltert, so daß sich eine Anpassung des Bedarfsmoments bei einer Kurvenfahrt lediglich zeitverzögert einstellt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Antriebsschlupfregelung während einer Kurvenfahrt zu verbessern.

Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängi gen Patentansprüche erreicht.

Vorteile der Erfindung

Es wird ein Antriebsschlupfregler gezeigt, bei welchem die Genauigkeit der Bestimmung des Bedarfsmoments während einer Kurvenfahrt verbessert ist. Dadurch kann das Bedarfsmoment genauer berechnet und näher an die Stabilitätsgrenze geführt werden. Die Antriebsschlupfregelung wird daher bei Kurven fahrten erheblich verbessert.

Die Anpassung des Bedarfsmoments an eine Kurvenfahrt erfolgt sehr schnell, so daß bereits kurz nach dem Kurveneintritt ein genaues Bedarfsmoment für die Kurvenfahrt vorliegt. Bei auftretender Instabilität kann daher bereits beim Eintritt in die Kurve das Antriebsmoment der Antriebseinheit sehr ge nau auf das die Stabilitätsgrenze bildende Drehmoment einge stellt werden.

Ein weiterer Vorteil ist in der Anpassung des Antriebs schlupfreglers an unterschiedliche Fahrzeugtypen (Applikation) zu sehen. Dies deshalb, weil durch Berücksich tigung des Kurvenwiderstandsmoments die Applikation des Reg lers für eine Kurvenfahrt in einer Hoch-µ-Kurve von der üb rigen Applikation des Antriebsschlupfreglers entkoppelt ist. Darüber hinaus ist sichergestellt, daß bei korrekter Appli kation einer Hoch-µ-Kurve der Antriebsschlupfregler ein be friedigendes Verhalten auch in einer Niedrig-µ-Kurve zeigt.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Antriebsschlupfreglers, welcher Maßnahmen zur Verbesserung bei einer Kurvenfahrt zeigt. In Fig. 2 ist ein Flußdiagramm dargestellt, welches die bevorzugte Realisierung des Reglers als Programm eines Mikrocomputers skizziert. Fig. 3 schließlich zeigt ein Bei spiel für die Abhängigkeit des Kurvenwiderstandsmoments von der Querbeschleunigung des Fahrzeugs.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt ein Antriebsschlupfregelsystem mit Motorbeein flussung als Blockschaltbild, welches im wesentlichen dem aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannten An triebsschlupfregler entspricht. Mit 1 und 2 sind die Radge schwindigkeitssensoren der angetriebenen Räder, mit 3 und 4 die der nicht angetriebenen Räder bezeichnet. 5 stellt eine Auswerteschaltung, im bevorzugten Ausführungsbeispiel einen Mikrocomputer einer elektronischen Steuereinheit, dar, die mit Hilfe der Signale V1 bis V4 der Sensoren 1 bis 4 fest stellt, ob an einem oder beiden Rädern ein unzulässiger Rad schlupf auftritt. Dies erfolgt, wie aus dem Stand der Tech nik bekannt, durch Vergleich der Radgeschwindigkeiten der angetriebenen Räder mit einer aus den Radgeschwindigkeiten der nicht angetriebenen Räder gebildeten Referenzgröße. Überschreitet der so gebildete Radschlupf eines Rades einen vorgegebenen Schwellenwert, wird ein unzulässiger Radschlupf und somit eine Instabilität des Fahrzeugs erkannt. In diesem Fall steuert die Auswerteschaltung 5 ein Stellglied 6 an, welches wiederum die Drosselklappe 7 einer Brennkraftmaschi ne steuert. Neben oder alternativ zur Beeinflussung der Drosselklappe ist in anderen Ausführungsbeispielen eine Be einflussung des Zündwinkels und/oder der Kraftstoffzumessung zur Brennkraftmaschine vorgesehen. Bei Elektroantrieben wird entsprechend durch das Stellglied 6 die Antriebsleistung des Elektromotors beeinflußt.

Die Vorgehensweise zur Bestimmung des Bedarfsmoments MAR (maximal übertragbares Moment, Reduziermoment) ist als Teil der Auswerteschaltung 5 detaillierter dargestellt.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorgehensweise entspricht im we sentlichen der aus dem Stand der Technik bekannten. Um die Kurvenfahrt eines Fahrzeugs und der Antriebsschlupfregelung zu verbessern und im Falle einer Instabilität bei einer Kur venfahrt das Antriebsmoment auf das mögliche übertragbare Moment zu reduzieren, ist vorgesehen, daß ein Maß für die bei der Kurvenfahrt auftretenden Widerstandsmomente ermit telt wird. Dabei hat es sich als geeignet erwiesen, bei der Bestimmung des maximal übertragbaren Moments die Querbe schleunigung des Fahrzeugs zu berücksichtigen. Das maximal übertragbare Antriebsmoment wird abhängig von der Querbe schleunigung des Fahrzeugs bestimmt. In Anpassung auf den im Stand der Technik bekannten Antriebsschlupfreglers wird dazu das Kurvenwiderstandsmoment MWK berechnet.

Ausgehend von bekannten Zusammenhängen für die Kurvenwider standskraft und den Schräglaufwinkel ist dabei eine Nähe rungsgleichung für das Kurvenwiderstandsmoment entwickelt worden, welche in ausreichender Genauigkeit zum Zwecke der Antriebsschlupfregelung das Kurvenwiderstandsmoment be schreibt.

Die Kurvenwiderstandskraft ergibt sich aus folgender Glei chung:

F_rk - M_fz.(v²/R).([l_H/l]sinα_v + [l_v/l]sinα_h) (1)

mit:

F_rk Kurvenwiderstandskraft
M_fz Fahrzeugmasse
v Fahrzeuggeschwindigkeit
R Kurvenhalbmesser
L_H Abstand Hinterachse-Fahrzeugschwerpunkt
l Radstand
l_v Abstand Vorderachse-Fahrzeugschwerpunkt
α_v Schräglaufwinkel an Vorderachse
α_h Schräglaufwinkel an Hinterachse

Die Schräglaufwinkel berechnen sich nach den folgenden Glei chungen:

α_v = (M_fz/c_V).(l_H/l).(v²/R) (2)

α_h = (M_fz/c_H).(l_v/l).(v²/R) (3)

mit:

c_V Schräglaufsteifigkeit Vorderachse
c_H Schräglaufsteifigkeit Hinterachse

Zur Vereinfachung ist angenommen, daß der Fahrzeugschwer punkt in der Mitte des Fahrzeugs liegt. Dies führt zu der folgenden Vereinfachung der Gleichung für den Kurvenwider stand:

F_rk = M_fz.Ay.(0,5sinα + 0,5sinα) (4)

da c_V = c_H = c_H,V; α_V = α_h = α; l_H = l_V = 1/2 gesetzt werden können.

Damit wird

F_rk = M_fz.Ay.sin (M_fz/c_H,V).0,5.Ay (5)

Bei Winkeln bis ca. 20°, die im beschriebenen Anwendungsfall wesentlich sind, entspricht der Sinusausdruck dem entspre chenden Winkel im Bogenmaß, so daß sich die Gleichung für den Kurvenwiderstand wie folgt weiter vereinfacht:

F_rk = M_fz ².Ay².1/c_H,V.0,5 (6)

Aus dieser Gleichung wird dann unter Berücksichtigung der Radhalbmesser das Kurvenwiderstandsmoment MWK aufgrund des folgenden Zusammenhangs berechnet:

MWK = M_fz ².Ay².1/c_H,V.0,5.Rdyn (7)

mit Rdyn Radhalbmesser.

Das Kurvenwiderstandsmoment wird also auf der Basis der Querbeschleunigung, ansonsten vorgegebener Konstanten be rechnet. Das Kurvenwiderstandsmoment MWK wird in die Bestim mung des maximal übertragbaren Antriebsmoments MAR miteinbe zogen, so daß das bei der Instabilität des Fahrzeugs einge stellte Motormoment abhängig von der Querbeschleunigung des Fahrzeugs ist.

Die Einbeziehung des berechneten Kurvenwiderstandsmoments in den bekannten Antriebsschlupfregler zur Bestimmung des maxi mal übertragbaren Antriebsmoments ist in Fig. 1 anhand des aus dem Stand der Technik bekannten Blockschaltbildes darge stellt.

Wie im bekannten Stand der Technik beschrieben, wird das An triebsmoment MA auf der Basis von Drosselklappenstellung α oder einem Luftmassensignal HFM, Motordrehzahl nMot und Ab triebsdrehzahl nA sowie unter Berücksichtigung der gesamten Getriebeübersetzung iges und des Wirkungsgrades η des Trieb stranges berechnet (vgl. 8a, 8b, 8c, 9, 10, 11, 12). Die da zu notwendigen Betriebsgrößen wie Drosselklappenstellung α, Motordrehzahl nMot, Abtriebsdrehzahl nA werden vom Antriebs schlupfregler (= Auswerteschaltung 5) durch Einlesen ent sprechender Meßsignale erfaßt. Im bevorzugten Ausführungs beispiel werden diese Größen von anderen Steuereinheiten über ein Kommunikationssystem zugeführt, beispielsweise von einer Motorsteuereinheit und/oder einer Getriebesteuerein heit, die in anderen vorteilhaften Ausführungsbeispielen dem Antriebsschlupfregler bereits Motormoment, Getriebeüberset zung iges und Wirkungsgrad η bzw. in einem besonders vor teilhaften Ausführungsbeispiel bereits das Abtriebsmoment MA zur Verfügung stellen.

Das Antriebsmoment MA berechnet sich aus dem aus einem Kenn feld abhängig von Motordrehzahl und Drosselklappenstellung (oder Luftmasse) bestimmten Motormoment Mmot, der Ge samtübersetzung iges des Getriebes und des Wirkungsgrades η. Letzterer ist abhängig von der Gesamtübersetzung iges (je mehr Zähne pro Umdrehung im Eingriff, desto geringer ist der Wirkungsgrad). Ferner kommt als weitere Größe bei Automatik getrieben die Wandlerüberhöhung µ dazu, die aus Ein- und Ausgangsdrehzahlen bestimmt werden kann:

MA = Mmot.iges.η (.µ) (7a)

Die Auswerteschaltung 5 berechnet ferner auf der Basis der zugeführten Raddrehzahlen, insbesondere auf der Basis der Raddrehzahlen der nicht angetriebenen Räder, die Fahrzeugge schwindigkeit V und Fahrzeugbeschleunigung a_fz. Einem Divi dier-/Subtrahierblock 13 wird neben der Größe für das Ab triebsmoment MA die Fahrzeugbeschleunigung a_fz, der Ausdruck K1.V² vom Block 18, das auf der Basis von Radhalbmesser Rdyn, Getriebeübersetzung iges und der mittleren Beschleuni gung DVMAN der Antriebsräder bestimmte Beschleunigungswider standsmoment MWBR (Block 14) sowie die vorgebbaren Konstan ten K2 und K3 zugeführt. Darüber hinaus wird ihm ein das Kurvenwiderstandsmoment MWK repräsentierendes Signal über mittelt. Dieses wird im Block 24 auf der Basis der Fahrzeug masse, der Schräglaufsteifigkeiten von Vorder- und Hinter achse, des Radhalbmessers sowie der von der Meßeinrichtung 23 bestimmten Querbeschleunigung Ay nach Maßgabe der oben dargestellten Gleichung berechnet.

Die Querbeschleunigung Ay wird in einem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel auf der Basis anderer Betriebsgrößen wie Gier rate, Lenkwinkel und/oder der Raddrehzahlen (z. B. aus der Geschwindigkeitsdifferenz der nicht angetriebenen Räder) be rechnet, so daß das maximal übertragbare Antriebsmoment all gemein gesprochen abhängig von einer das Drehverhalten des Fahrzeugs bei einer Kurvenfahrt anzeigenden Größe ist. In anderen Ausführungsbeispielen wird die Querbeschleunigung durch eine geeignete Meßeinrichtung erfaßt.

Der Subtrahier- und Divisionsblock 13 berechnet aus den zu geführten Größen die Ersatzmasse MERS auf der Basis der aus dem Stand der Technik bekannten Formel. Das Kurvenwider standsmoment wird dabei durch Subtraktion im Zähler des Aus drucks berücksichtigt:

Wie im Stand der Technik bekannt, wird die Ersatzmasse dann in 16 und 17 mit der Größe K2 bzw. mit der Größe K3, der Fahrzeugbeschleunigung a_fz sowie einem Faktor F multipli ziert und die beiden Größen der Additionsstufe 19 zugeführt. Dieser werden ferner der Ausdruck K1.V² sowie die das Kur venwiderstandsmoment MWK repräsentierende Größe zugeführt. Die zugeführten Ausdrücke werden im Block 19 zum maximal übertragbaren Antriebsmoment MAR addiert:

MAR = K1.V² + K2.MERS + K3.MERS.a_fz.F + MWK (9)

Im Falle einer Instabilität, d. h. wenn wenigstens ein An triebsrad einen unzulässigen Schlupf aufweist, wird das ma ximal übertragbare Antriebsmoment MAR unter Berücksichtigung von Getriebeübersetzung iges und Wirkungsgrad η des Trieb strangs (in 22) als Motormoment Mmot an die Auswerteschal tung 5 bzw. an das Stellglied 6 zum Einstellen des Motormo ments übermittelt.

Bei Geradeausfahrt wirkt das berechnete Kurvenwiderstandsmo ment nicht. Das maximal übertragbare Antriebsmoment MAR wird dann in der bekannten Art und Weise bestimmt. Bei Kurven fahrt wird abhängig von der Querbeschleunigung das Kurvenwi derstandsmoment berechnet und bei der Berechnung des maximal übertragbaren Moments berücksichtigt. Diese und somit auch das letztendlich bei Instabilität eingestellte Motormoment ist abhängig von der Querbeschleunigung, wobei mit zunehmen der Querbeschleunigung das maximal übertragbare Moment eben falls zunimmt.

Die beschriebene Vorgehensweise wird bevorzugt als Programm eines Mikrocomputers einer Steuereinheit für das Kraftfahr zeug realisiert. Ein derartiges Programm ist am Beispiel des Flußdiagramms der Fig. 2 skizziert. Das Programm wird fort laufend während des Betriebs des Kraftfahrzeuges zu vorgege benen Zeitpunkten durchlaufen.

Im ersten Schritt 100 werden als Betriebsgrößen die Radge schwindigkeiten Vi, Getriebeübersetzung iges, Getriebewir kungsgrad η, Querbeschleunigung Ay und Motormoment Mmot (oder Abtriebsmoment MA) eingelesen. Daraufhin werden im Schritt 102 die Fahrzeuggeschwindigkeit V, die Fahrzeugbe schleunigung a_fz, der Schlupf der einzelnen Antriebsräder λi sowie die mittlere Beschleunigung der Antriebsräder DVMAN auf der Basis der entsprechenden Radgeschwindigkeiten Vi be stimmt. Darüber hinaus wird für den Fall, daß es nicht im Schritt 100 von anderen Einheiten zugeführt wird, das An triebsmoment MA auf der Basis von Motormoment Mmot, Getrie beübersetzung iges und ggf. Wirkungsgrad η bestimmt. Im dar auffolgenden Schritt 104 werden nach der bekannten Formel das Beschleunigungswiderstandsmoment MWBR, das Kurvenwider standsmoment MWK, das Luftwiderstandsmoment K1.V² berechnet. Im darauffolgenden Schritt 106 wird nach der angegebenen Gleichung die Ersatzmasse MERS bestimmt und im Schritt 108 aus den berechneten Größen das maximal übertragbare An triebsmoment MAR nach der obigen Gleichung berechnet. Im darauffolgenden Abfrageschritt 110 wird auf der Basis der Radgeschwindigkeiten überprüft, ob eine Instabilität vor liegt, das heißt ob wenigstens eines der Antriebsräder einen unzulässigen Schlupf aufweist. Ist dies nicht der Fall, wird der Programmteil beendet und zu gegebener Zeit wiederholt, während im Falle einer Instabilität das aus dem maximal übertragbaren Antriebsmoment MAR unter Berücksichtigung von den Übersetzungen im Antriebsstrang (iges, η) berechnete Mo tormoment Mmot (genauer: Motorreduziermoment Mmotr) ausgege ben wird. Nach Schritt 112 wird das Programm ebenfalls been det und zum nächsten Zeitpunkt durchlaufen.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in dem an einem Ausführungsbei spiel der Verlauf der berechneten Größe des Kurvenwider standsmoments MWK über der Querbeschleunigung Ay aufgetragen ist. Die Querbeschleunigung weist dabei Werte von 0 bis 10m/sec² auf. Als Fahrzeugmasse wurden 2000 kg angenommen, als Schräglaufsteifigkeiten 50000 N/rad. Das ergibt bei üb lichen Radhalbmessern Widerstandsmomentenwerte von 0 bis 1200 N/m. Mit steigender Querbeschleunigung steigt das Kur venwiderstandsmoment MWK an, so daß in entsprechender Abhän gigkeit das maximal übertragbare Antriebsmoment MAR bzw. das Motormoment Mmot im Falle einer Instabilität mit steigender Querbeschleunigung ansteigt. Der Antriebsschlupfregler ar beitet daher bezüglich des Motoreingriffes bei einer Kurven fahrt näher an der Stabilitätsgrenze des Fahrzeugs.

Claims

1. Verfahren zur Antriebsschlupfregelung bei Kraftfahrzeu gen, bei welchen bei Auftreten einer Durchdrehneigung an we nigstens einem Antriebsrad ein Drehmoment einer Antriebsein heit reduziert wird, bei dem ein maximal übertragbares Mo ment (MAR) unter Berücksichtigung von Betriebsgrößen des Fahrzeugs und seiner Antriebseinheit berechnet wird, wobei bei Einsetzen der Antriebsschlupfregelung das Moment (MA) auf das maximal übertragbare Moment (MAR) reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das maximal übertragbare Moment (MAR) abhängig von einer das Drehverhalten des Fahrzeugs bei einer Kurvenfahrt anzeigenden Größe ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Drehverhalten des Fahrzeugs bei einer Kurvenfahrt anzeigende Größe die Querbeschleunigung (Ay) des Fahrzeugs ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß aus der das Drehverhalten des Fahrzeugs bei einer Kurvenfahrt anzeigende Größe das Kurven widerstandsmoment (MWK) bestimmt wird, welches bei der Bil dung des maximal übertragbaren Moments (MAR) berücksichtigt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die das Drehverhalten des Fahr zeugs bei einer Kurvenfahrt anzeigende Größe die Gierrate des Fahrzeugs ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das maximal übertragbare Moment (MAR) aus dem Luftwiderstandsmoment, dem dem Rollwider standsmoment (MWR), dem Beschleunigungswiderstandsmoment (MWB) und dem Kurvenwiderstandsmoment (MWK) ermittelt wird, wobei die im Rollwiderstand und im Beschleunigungswider standsmoment enthaltene Fahrzeugmasse durch eine Ersatzmasse (MERS) ersetzt ist, welche den Einfluß der Störgrößen auf das maximal übertragbare Moment enthält.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung der Ersatzmasse das Kurvenwiderstandsmoment berücksichtigt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das maximal übertragbare Moment (MAR) mit steigender Querbeschleunigung oder Gierrate an steigt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß unter Berücksichtigung der Über setzungsverhältnisse im Triebstrang das maximal übertragbare Moment (MAR) in ein Motormoment umgerechnet wird, welches einem Stellglied zur Steuerung des Drehmoments des Motors zum Einstellen übergeben wird.

9. Vorrichtung zur Antriebsschlupfregelung bei Kraftfahrzeu gen, mit einer Auswerteeinheit (5), die bei Auftreten einer Durchdrehneigung das Motormoment reduziert, die ein maximal übertragbares Moment (MAR) für den Antrieb unter Berücksich tigung von Betriebsgrößen des Kraftfahrzeugs und seiner An triebseinheit ermittelt, die bei Auftreten einer Instabili tät das Antriebsmoment (MA, Mmot) der Antriebseinheit auf das maximal übertragbare Moment reduziert, dadurch gekenn zeichnet, daß die Auswerteschaltung Mittel umfaßt, welche das maximal übertragbare Moment abhängig von einer das Dreh verhalten des Fahrzeugs bei einer Kurvenfahrt anzeigenden Größe bestimmen.