DE19831249A1 - Verfahren und Regel- und Steuereinheit zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs werden die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Querbeschleunigung als Eingangssignale einer Regel- und Steuereinheit zugeführt, in der bei Überschreiten eines Grenzwerts einer den Fahrzustand bestimmten Größe ein Stellsignal erzeugt wird. DOLLAR A Um ein Fahrdynamik zu schaffen, mit dem zusätzliche Einstellmöglichkeiten zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs gegeben sind, ist vorgesehen, bei Überschreiten eines Grenzwerts der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Querbeschleunigung Drosselklappen-Stellsignale zur Begrenzung der Drosselklappenposition zu erzeugen, die zeitliche Änderung der Querbeschleunigung zu bestimmen und in der Regel- und Steuereinheit ein Kupplungs-Stellsignal zur Öffnung der Kupplung zu erzeugen, falls die Änderung der Querbeschleunigung einen Grenzwert übersteigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Regel- und Steu­ ereinheit zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraftfahr­ zeugs nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 16.

In der gattungsgemäßen Druckschrift DE-Z: ATZ 96 (1994) 11, Seiten 657 ff. wird ein elektronisches Fahrdynamik-Regelsystem beschrieben, mit dem aktiv in einzelne Fahrzeugkomponenten zur Verbesserung des dynamischen Fahrverhaltens eingegriffen wird. Als Eingangssignale für das Regelsystem werden die Fahrzeugge­ schwindigkeit und die Querbeschleunigung gemessen, die gemein­ sam mit weiteren Eingangsgrößen wie dem Lenkradwinkel zur Be­ stimmung eines Sollverlaufes für die Giergeschwindigkeit heran­ gezogen werden. Durch einen Vergleich mit der aktuellen Ist- Giergeschwindigkeit wird die Abweichung des tatsächlichen Fahr­ verhaltens vom gewünschten Fahrverhalten bestimmt und zur Er­ mittlung eines Regeleingriffs verwendet. Beispielsweise wird bei beginnendem Übersteuern das Antriebsmoment reduziert, um das Seitenführungspotential der Räder der angetriebenen Achse zu erhöhen.

Ein weiteres Fahrdynamik-Regelsystem ist aus der EP 05 54 892 A1 bekannt. Diese Druckschrift zeigt ein System zur Traktions­ kontrolle bei Kraftfahrzeugen mit Automatikgetriebe, das als Eingangssignale den Schaltzustand des Getriebes und die Fahr­ zeuggeschwindigkeit heranzieht und hieraus ein Stellsignal zur Einstellung der Drosselklappenposition erzeugt, um das An­ triebsmoment einstellen zu können.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Fahrdynamik- System zu schaffen, mit dem zusätzliche Einstellmöglichkeiten zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs gegeben sind. Es soll insbesondere die Stabilität des Fahrzeugs erhöht werden. Darüberhinaus soll das Fahrdynamik-System zweckmäßig so einfach wie möglich ausgebildet sein und vorhandene Ressourcen so weit wie möglich nutzen.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An­ spruches 1 bzw. 16 gelöst.

Gemäß dem neuen Verfahren werden die Fahrzeug- Längsgeschwindigkeit und die Querbeschleunigung sensiert und zur Bestimmung eines Stellsignals für die Drosselklappenpositi­ on und für die Kupplung herangezogen. Überschreitet die Fahr­ zeuggeschwindigkeit und/oder die Querbeschleunigung einen Grenzwert, so wird der maximale Öffnungswinkel der Drosselklap­ pe begrenzt, wodurch auch die Motorleistung begrenzt wird. Dar­ aufhin wird sich, zumindest bei gleichbleibenden äußeren Um­ ständen, auch eine maximale Fahrzeuggeschwindigkeit einstellen. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß unterhalb des Grenz­ werts für die Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. die Querbeschleuni­ gung die Drosselklappenposition allein über die Fahreranforde­ rung bestimmt wird, oberhalb des Grenzwerts jedoch auf einen maximalen Öffnungswinkel limitiert wird. Dadurch wird das Ab­ triebsmoment an der angetriebenen Achse begrenzt bzw. redu­ ziert, gegebenenfalls bis auf das maximale Schleppmoment des Motors. Durch die Begrenzung bzw. Reduzierung des Antriebsmo­ ments wirken auf die angetriebenen Fahrzeugräder geringere Längskräfte, so daß die Fahrzeugräder in der Lage sind, höhere Seitenführungskräfte aufzunehmen, wodurch die Stabilität des Fahrzeugs erhöht wird.

Diese Strategie nutzt die Systemeigenschaften eines auf einem drive-by-wire-Konzepts beruhenden Kraftfahrzeugs. Gegenüber be­ kannten Regelkonzepten wird als zusätzliche Hardware-Komponente lediglich ein Sensor zur Messung der Querbeschleunigung benö­ tigt; weitere Fahrzeugkomponenten sind dagegen nicht erforder­ lich. Der Stabilitätsgewinn wird mit einem minimalen zusätzli­ chen Hardware-Aufwand erzielt.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß eine Radbremsung primär nicht erforderlich ist, so daß über die Räder keine zusätzli­ chen Radlängskräfte übertragen werden müssen, die die Übertra­ gung zusätzlicher, stabilisierender Seitenführungskräfte be­ grenzen würden.

Als weiterer stabilisierender Eingriff können die Kupplungs­ scheiben getrennt werden, so daß die Drehmomentübertragung im Antriebsstrang unterbrochen wird und die angetriebene Achse bzw.. die angetriebenen Räder vollständig von Antriebsmomenten und folglich von Längskräften befreit wird, wodurch ein Maximum an Seitenführungskräften übertragbar ist.

Die Unterbrechung der Drehmomentübertragung erfolgt üblicher­ weise bei extremen Fahrsituationen, die dadurch detektiert wer­ den, daß ein hoher Gradient bzw. eine große zeitliche Änderung der Querbeschleunigung vorliegt. Die zeitliche Änderung der Querbeschleunigung wird mit einem Grenzwert verglichen; über­ steigt die Querbeschleunigungsänderung den Grenzwert, so wird die Kupplung geöffnet.

Die Drosselklappeneinstellung und die Trennung der Kupplungs­ scheiben stellen unterschiedliche Eingriffsmöglichkeiten dar, die in einer gemeinsamen Regel- und Steuereinheit zusammenge­ faßt werden, denen jedoch unterschiedliche physikalische Größen und Grenzwerte zugrunde liegen. Die Drosselklappeneinstellung erfolgt in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Querbeschleunigung, der Kupplungseingriff in Abhängigkeit der zeitlichen Änderung der Querbeschleunigung. Es ist dadurch mög­ lich, eine abgestufte Stabilisierungsstrategie zu realisieren, indem regelmäßig bei den üblichen Fahrmanövern und Fahrsitua­ tionen zunächst über den Drosselklappeneingriff das Antriebsmo­ ment reduziert wird und in einem weiteren Schritt - bei gefähr­ licheren Fahrsituationen - die Kupplungsscheiben getrennt wer­ den.

Die beiden Eingriffe müssen nicht zeitlich aufeinanderfolgend ablaufen, sondern kommen situationsbedingt zum Einsatz. Es kann vorkommen, daß bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten und klei­ nen Querbeschleunigungen plötzlich starke Querbeschleuni­ gungsänderungen auftreten, beispielsweise hervorgerufen durch starke Lenkbewegungen, wobei in diesem Fall zum Aufbau der für die Stabilität notwendigen Seitenführungskräfte nur die Kupp­ lungsscheiben getrennt werden, ohne daß hierbei die Stellung der Drosselklappe verändert werden müßte. Hiermit wird dem Um­ stand Rechnung getragen, daß eine plötzliche auftretende Gefah­ rensituation einen schnell wirkenden Eingriff zur Fahrzeugsta­ bilisierung erforderlich macht. Die Trennung der Kupplungs­ scheiben wirkt sich als unmittelbarer Eingriff in den Antriebs­ strang schneller aus als eine Beschränkung des maximalen Öff­ nungswinkels der Drosselklappe, da die Änderung der Drossel­ klappenstellung sich über die Verbrennung des eingeführten Kraftstoff/Luftgemisches erst mit zeitlicher Verzögerung be­ merkbar macht und außerdem keine vollständige, sondern nur eine teilweise Entlastung der angetriebenen Achse bewirkt, weil auch bei geschlossener Drosselklappe zumindest das Schleppmoment des Motors übertragen wird. Werden die Kupplungsscheiben wieder ge­ schlossen, so befindet sich die Drosselklappe noch in der der Fahreranforderung entsprechenden Stellung bzw. in der auf den Maximalwert begrenzten Stellung, wodurch trägheitsbedingte Ver­ zögerungen im Ansprechverhalten vermieden werden.

Umgekehrt ist es auch bei hohen Geschwindigkeiten und großen Querbeschleunigungen nicht unbedingt erforderlich, den An­ triebsstrang zu trennen, sondern es reicht in der Regel aus, eine maximale Drosselklappenstellung vorzugeben.

Es kann aber angezeigt sein, beide Maßnahmen gleichzeitig aus­ zuführen, also sowohl die Drosselklappenstellung zu begrenzen als auch die Kupplungsscheiben zu trennen.

Die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Querbeschleunigung werden sensorisch in diskreten Zeitabständen erfaßt, wobei die Fahr­ zeuggeschwindigkeit insbesondere aus der Raddrehzahl ermittelt wird.

Die Grenzwerte für die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Querbe­ schleunigung sowie für die Änderung der Querbeschleunigung kön­ nen fahrzeugspezifisch angepaßt und in einer Speichereinheit der Regel- und Steuereinheit abgelegt werden. Zweckmäßig sind die Drosselklappenpositionen in Abhängigkeit der Fahrzeugge­ schwindigkeit und der Querbeschleunigung in einem Kennfeld der Regel- und Steuereinheit abgespeichert, so daß jedem aktuellen Wert einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Querbeschleunigung eine maximale Drosselklappenposition zugeordnet werden kann.

Um zu verhindern, daß durch die Änderung der Drosselklappen­ stellung eine Lastwechselreaktion infolge eines sich schnell ändernden Antriebsmoments ausgelöst wird, wird vorteilhaft ein Grenzwert für die maximal mögliche zeitliche Änderung der Dros­ selklappenposition - mithin ein Gradient für die Drosselklap­ penbewegung - vorgegeben, auf den jede Drosselklappenänderung begrenzt wird. Unterhalb des Grenzwertes erfolgt keine Begren­ zung der Drosselklappenänderung. Die Begrenzung der Drossel­ klappenänderung wirkt sich insbesondere bei einer Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit oder der Querbeschleunigung vorteilhaft aus, weil eine derartige Änderung in der Regel auch eine Ände­ rung des Grenzwertes der Drosselklappenstellung auslöst. Geht die Fahreranforderung über den höchsten Grenzwert hinaus, wErd die Drosselklappe immer bestrebt sein, den maximal möglichen Öffnungswinkel einzunehmen. Der Bewegungsverlauf - sowohl ein Ansteigen als auch ein Reduzieren - zwischen zwei möglichen Po­ sitionen der Drosselklappe wird durch den Grenzwert der Dros­ selklappenänderung begrenzt, der Lastwechselreaktionen auf ein vertretbares Maß beschränkt.

Liegt die Anforderung des Fahrers unterhalb des aktuell für ei­ ne bestimmte Geschwindigkeit und für eine bestimmte Querbe­ schleunigung geltenden Drosselklappen-Grenzwerts bzw. fällt die Anforderung durch sich ändernde äußere Bedingungen unter diesen Grenzwert ab, so greifen die Drosselklappenlimitierungen zweck­ mäßig nicht durch, sondern die Fahreranforderung wird ohne Ein­ schränkung in eine gewünschte Drosselklappenstellung umgesetzt. Auch die Kupplungsscheiben werden wieder geschlossen, sobald der aktuelle Wert der Änderung der Querbeschleunigung unter den entsprechenden Grenzwert fällt.

Der aktuelle Wert der Änderung der Querbeschleunigung wird be­ vorzugt als Differenzenquotient bestimmt, indem die Differenz aufeinanderfolgender Meßwerte von Querbeschleunigungen durch das zwischen den Meßwerten liegende Zeitintervall dividiert wird. Diese einfach durchzuführende Methode liefert insbesonde­ re bei kleinen zeitlichen Abständen aufeinanderfolgender Mes­ sungen zuverlässige Ergebnisse.

Zusätzliche Eingriffsmöglichkeiten zur Stabilisierung des Fahr­ zeugs sind durch eine Limitierung der Kraftstoffeinspritzung und durch eine Aktivierung der Radbremse gegeben. Über die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung kann das Antriebsmoment beeinflußt werden, wohingegen über die Einstellung der Radbrem­ se unmittelbar die Höhe des Bremsmoments bestimmt wird.

Die Kraftstoffeinspritzung wird zweckmäßig für den Fall ausge­ setzt, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit einen Grenzwert über­ schreitet, wobei dieser Grenzwert identisch mit dem die Dros­ selklappenposition bestimmenden Fahrzeuggeschwindigkeits- Grenzwert sein kann, gegebenenfalls sich aber auch hiervon un­ terscheiden kann, insbesondere höher sein kann.

Als zusätzliches Kriterium für die Aussetzung der Kraftstoff­ einspritzung kann die Querbeschleunigung oder die Änderung der Querbeschleunigung herangezogen werden, wobei zweckmäßig nur eines dieser Kriterien, jedoch in Kombination mit dem vorge­ nannten Fahrzeuggeschwindigkeits-Kriterium verwendet wird. Die Grenzwerte für die Querbeschleunigung bzw. die Änderung der Querbeschleunigung können wiederum identisch mit den für den Drosselklappen- und den Kupplungseingriff herangezogenen Grenz­ werten sein, gegebenenfalls sich aber auch von diesen unter­ scheiden, insbesondere höher liegen.

Die Kraftstoffeinspritzung wird vorzugsweise wieder aufgenom­ men, sobald die Querbeschleunigung und die zeitliche Änderung der Querbeschleunigung jeweils einen zugeordneten Grenzwert un­ terschreiten, wobei auch in diesem Fall die Grenzwerte iden­ tisch sein können mit den Grenzwerten, bei denen die Einsprit­ zung ausgesetzt wurde, gegebenenfalls sich aber auch unter­ scheiden können, insbesondere niedriger liegen können.

Als stabilisierende Maßnahme kann unmittelbar die Fahrzeugge­ schwindigkeit beschränkt werden, insbesondere durch Aktivierung der Radbremse. Dies kann bei Vorliegen verschiedener Kriterien erfolgen, die je nach Auslegung einzeln oder kumulativ erfüllt sein müssen. Als Kriterium kann herangezogen werden, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit einen Grenzwert erreicht, ob die Fahr­ zeugbeschleunigung einen Grenzwert erreicht und/oder ob die Än­ derung der Querbeschleunigung einen Grenzwert erreicht, wobei die jeweiligen Grenzwerte mit den entsprechenden Grenzwerten für den Drosselklappeneingriff, den Kupplungseingriff oder den Eingriff für die Kraftstoffeinspritzung identisch sein können oder aber sich unterscheiden können.

Die Aktivierung der Radbremse wird bevorzugt wieder aufgehoben, wenn die Querbeschleunigung und die zeitliche Änderung der Querbeschleunigung jeweils einen zugeordneten Grenzwert unter­ schreiten, wobei sich auch in diesem Fall diese Grenzwerte von den vorhergehenden Grenzwerten unterscheiden, insbesondere niedriger sein können.

Für die Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Querbe­ schleunigung sind Sensoren vorgesehen, wobei die Fahrzeugge­ schwindigkeit auch über die Messung der Raddrehzahlen ermittelt werden kann. Die Meßsignale werden als Eingangssignale der Re­ gel- und Steuereinheit zugeführt, in der in Abhängigkeit der Eingangssignale aus einem Kennfeld die maximal zulässige Dros­ selklappenposition bestimmt und als Stellsignal einer Stellein­ richtung zur Einstellung der Drosselklappe zugeführt wird. Au­ ßerdem wird in der Regel- und Steuereinheit aus zumindest zwei aufeinanderfolgenden Signalen der Querbeschleunigung die Ände­ rung der Querbeschleunigung bestimmt, mit einem abgespeicherten Grenzwert verglichen und ein Kupplungs-Stellsignal erzeugt, falls der Grenzwert erreicht bzw. überschritten wird. Das Kupp­ lungs-Stellsignal wird einer Stelleinrichtung zugeführt, über die die Kupplungsscheiben zur Unterbrechung des Antriebsstran­ ges getrennt werden.

Anstelle eines Kennfeldes kann auch eine Berechnungsvorschrift zur Ermittlung der maximal zulässigen Drosselklappenposition herangezogen werden.

Das Verfahren und die Regel- und Steuereinheit sind für den Einsatz in Fahrzeugen mit Handschaltgetrieben vorgesehen. Es kommt aber auch ein Einsatz in Automatikgetrieben in Frage, wo­ bei in diesem Fall die benachbarten Scheiben des Drehmoment­ wandlers getrennt werden um die Momentenübertragung im An­ triebsstrang zu unterbrechen.

Claims (16)

1. Verfahren zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraftfahr­ zeugs, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Querbeschleu­ nigung als Eingangssignale einer Regel- und Steuereinheit zuge­ führt werden, in der bei Überschreiten eines Grenzwerts einer den Fahrzustand bestimmenden Größe ein Stellsignal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten eines Grenzwerts der Fahrzeuggeschwindig­ keit und/oder der Querbeschleunigung Drosselklappen- Stellsignale zur Begrenzung der Drosselklappenposition erzeugt werden und daß die zeitliche Änderung der Querbeschleunigung bestimmt wird und in der Regel- und Steuereinheit ein Kupplungs- Stellsignal zur Öffnung der Kupplung erzeugt wird, falls die Änderung der Querbeschleunigung einen Grenzwert übersteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Änderung der Querbeschleunigung als Differen­ zenquotient aufeinanderfolgender Messungen von Querbeschleuni­ gungen bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung wieder geschlossen wird, sobald die zeitliche Änderung der Querbeschleunigung den entsprechenden Grenzwert wieder unterschreitet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung der Drosselklappenposition wieder aufgehoben wird, sobald die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder die Querbe­ schleunigung den entsprechenden Grenzwert wieder unterschrei­ ten.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kennfeld für die Drosselklappenposition in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Querbeschleunigung vorgege­ ben wird und in dem Kennfeld jedem aktuellen Wert einer Fahr­ zeuggeschwindigkeit und einer Querbeschleunigung eine maximale Drosselklappenposition zugeordnet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grenzwert für die maximal mögliche zeitliche Änderung der Drosselklappenposition vorgegeben wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzung ausgesetzt wird, falls die Fahr­ zeuggeschwindigkeit einen Grenzwert überschreitet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzung ausgesetzt wird, falls die Quer­ beschleunigung einen Grenzwert überschreitet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzung ausgesetzt wird, falls die zeit­ liche Änderung der Querbeschleunigung einen Grenzwert über­ schreitet.

10. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzung wieder einsetzt, sobald die Querbeschleunigung und die zeitliche Änderung der Querbeschleu­ nigung einen Grenzwert unterschreiten.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit bei Erreichen eines Grenzwerts beschränkt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit begrenzt wird, falls die Quer­ beschleunigung einen Grenzwert überschreitet.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit begrenzt wird, falls die zeit­ liche Änderung der Querbeschleunigung einen Grenzwert über­ schreitet.

14. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit über die Radbremse beschränkt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung der Fahrzeuggeschwindigkeit wieder aufgeho­ ben wird, sobald die Querbeschleunigung und die zeitliche Ände­ rung der Querbeschleunigung einen Grenzwert unterschreiten.

16. Regel- und Steuereinheit zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Regel- und Steuereinheit zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Querbeschleunigung über Sensoren meßbar und als Eingangssignale der Regel- und Steuereinheit zuführbar sind und bei Überschreiten eines Grenz­ werts einer den Fahrzustand bestimmenden Größe ein Stellsignal erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten eines Grenzwerts der Fahrzeuggeschwindig­ keit und/oder der Querbeschleunigung Drosselklappen- Stellsignale zur Begrenzung der Drosselklappenposition erzeug­ bar sind und einer Stelleinrichtung der Drosselklappe zuführbar ist und daß ein Kupplung-Stellsignal zur Öffnung der Kupplung er­ zeugbar ist, falls die zeitliche Änderung der Querbeschleuni­ gung einen Grenzwert übersteigt.