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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schätzung des maximal absetzbaren Antriebsmoments bei einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 7.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schätzung des maximal absetzbaren Antriebsmoments ist am Beispiel eines Antriebsschlupfregelsystems aus der
DE 44 30 108 A1 bekannt. Dort wird das maximal übertragbare Antriebsmoment der Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs auf der Basis des geschätzten Reibwertes zwischen den Antriebsrädern des Fahrzeugs und der Fahrbahn geschätzt. Das von der Antriebseinheit erzeugte Antriebsmoment wird dann auf dieses maximal übertragbare Antriebsmoment festgehalten. Durch diese Vorgehensweise wird eine zufriedenstellende Schätzung des maximal übertragbaren Antriebsmoments bereitgestellt, allerdings kann die Schätzung des Reibwertes mit einigen Unsicherheiten behaftet sein.
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Aus der
DE 40 21 810 B4 ist ein Antriebsschlupfregelsystem mit einer Schlupfzustand-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Radschlupfzustands an dem Kraftfahrzeug bekannt. Das Regelsystem umfasst weiter eine Antriebsmomentgrenzwert-Nachführeinrichtung zum aufeinanderfolgenden Ändern eines Antriebsmomentgrenzwerts entsprechend dem Radschlupfzustand, eine Drosselöffnungsgrenzwert-Einstelleinrichtung zum Einstellen eines Grenzwerts zur Verstellung eines Drosselventils entsprechend dem aktualisierten Antriebsmomentgrenzwert, eine Fahrpedalstellung-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln des Ausmaßes der Betätigung des Fahrpedals durch den Fahrer, eine Sperreinrichtung, die das Aktualisieren des Antriebsmomentgrenzwerts unterbindet, wenn die dem Fahrpedalbetätigungsausmaß entsprechende Drosselöffnung kleiner als der Drosselöffnungsgrenzwert ist und eine Maschinensteuereinrichtung, die die Maschine derart steuert, dass das tatsächliche Antriebsmoment unter dem Antriebsmomentgrenzwert gehalten wird.
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Aus der
DE 689 07 160 T2 ist ein Gerät für eine Antriebsregelung eines Fahrzeugs bekannt, um den Schlupf eines Rades zu begrenzen, das von einem Motor angetrieben wird mit einer Drosselbohrung, durch welche Luft in den Motor gezogen wird und einem drehbaren Drosselblatt in der Drosselbohrung zum Begrenzen der effektiven Fläche der Drosselbohrung und dadurch der Luftmengenflußrate in den Motor. Der Gerät weist dabei folgendes auf: ein erstes Bestimmungsmittel zum Bestimmen des Schlupfes des Fahrzeugrades und ein zweites Bestimmungsmittel, wobei das zweite Bestimmungsmittel effektiv ist, wenn der bestimmte Schlupf kleiner als ein vorbestimmter maximaler Wert ist, um wiederholt einen Wert F zu bestimmen, der die Zugkraft zwischen dem Rad und der Straßenoberfläche repräsentiert, gemäß einer vorbestimmten Funktion, welche die effektive Fläche der Drosselbohrung einschließt; ein Speichermittel zum Speichern eines Wertes Flim, der gleich dem zuletzt bestimmten Wert von F ist; ein drittes Bestimmungsmittel, das effektiv ist, wenn der bestimmte Schlupf größer als der vorher bestimmte maximale Wert ist, um wiederholt eine gewünschte effektive Fläche ADES der Drosselbohrung zu bestimmen zum Wiedereinstellen des Zugkraftwertes Flim, als der bestimmte Schlupf kleiner als der vorher bestimmte maximale Wert war; ein Begrenzungsmittel, um die effektive Fläche ADES zu begrenzen, während der bestimmte Schlupf größer als der vorher bestimmte maximale Wert ist, wodurch die Zugkraft zwischen dem Rad und der Straßenoberfläche auf den Wert Flim begrenzt wird, um den Radschlupf bei dem vorher bestimmten maximalen Wert zu begrenzen.
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Aus der Veröffentlichung „FDR – Die Fahrdynamikregelung von Bosch, von Anton van Zanten, Rainer Erhardt und Georg Pfaff, in der ATZ Automobiltechnische Zeitschrift, Jahrg.96, 1994, 11, S.674–689 ist ein dem Fahrdynamikregler untergeordneter Antriebsschlupfregler bekannt, bei welchem ein sogenannter Kardandrehzahlregler eingesetzt wird. Dieser regelt die mittlere Radgeschwindigkeit der Antriebsräder auf einen vorbestimmten Sollwert.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, mit deren Hilfe die Bestimmung des maximal absetzbaren Antriebsmoments optimiert wird. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 bzw. 7 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Lösung stellt eine zuverlässige, optimierte Schätzung des maximal absetzbaren Antriebsmoments (auf Radebene) bereit.
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Von besonderem Vorteil ist, daß die Schätzung verhältnismäßig einfach und genau ist, wobei weder Gefälle oder Steigungen der Fahrbahn, variierende Masse des Fahrzeugs noch Fahrzeugbeschleunigungen das Ergebnis der Schätzung beeinträchtigen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Schätzung des maximal absetzbaren Antriebsmoments unter bestimmten Bedingungen, wenn die Schätzung zu einem nicht zufriedenstellenden Ergebnis führen würde, nicht angepaßt wird. Derartige Betriebssituationen sind Kurvenfahrt, ein Betriebszustand, in dem Aquaplaning auftritt, während eines Schaltvorgangs und/oder bei einem aktiven Fahrdynamikregler- und/oder Antriebsschlupfreglereingriff.
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Besonders vorteilhaft ist, daß bei der Schätzung des maximal absetzbaren Antriebsmoments auch das Trägheitsmoment des Antriebsstrangs berücksichtigt werden kann, womit die Schätzung noch genauer wird.
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Zeichnung
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. 1 zeigt ein Übersichtsschaltbild einer Steuereinheit zur Steuerung des Antriebsmoments einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs, in welcher die erfindungsgemäße Schätzung des maximal absetzbaren Antriebsmoments implementiert ist. In 2 ist anhand von Schlupfkurven das Prinzip der Schätzung dargestellt, während ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand des Floßdiagramms in 3 gezeigt ist.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt eine Steuereinheit 10, die im wesentlichen aus wenigstens einem Mikrocomputer 12, einer Eingangsschaltung 14, einer Ausgangsschaltung 16 und einem Kommunikationssystem 18 besteht, welches die vorstehend genannten Komponenten verbindet. Über Eingangsleitungen 20 bis 24 werden der Steuereinheit 10, dort der Eingangsschaltung 14 Signale von Meßeinrichtungen 26 bis 30 zugeführt, welche die Geschwindigkeiten der Räder des Fahrzeugs repräsentieren. Ferner wird über eine Leitung 32 von einer entsprechenden Meßeinrichtung 34 der Eingangsschaltung 40 eine die aktuelle Übersetzung im Triebstrang repräsentierende Betriebsgröße, beispielsweise die aktuell eingelegte Gangstellung, übermittelt. Ferner wird über eine Eingangsleitung 50 beispielsweise von einer Meßeinrichtung 52, die Teil einer Motorsteuereinheit sein kann, ein das Ist-Drehmoment der Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs repräsentierendes Signal übermittelt. Über eine Eingangsleitung 54 wird von einer entsprechenden Meßeinrichtung 56 der Eingangsschaltung 14 eine Größe zugeführt, die die gemessene oder geschätzte Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs repräsentiert. Ferner sind Eingangsleitungen 36 bis 40 vorgesehen, welche von Meßeinrichtungen 42 bis 46 weitere Betriebsgrößen der Antriebseinheit und/oder des Fahrzeugs zuführen, die in Verbindung mit Antriebsschlupfregelungen und/oder Fahrdynamikregelungen benötigt werden. Beispiele für derartige Betriebsgrößen sind die Motordrehzahl, verschiedene Temperaturgrößen, der Lenkwinkel, etc. Die Meßeinrichtungen stellen dabei Sensoren dar, die die bezeichneten Größen ermitteln oder in anderen Ausführungen Einrichtungen, die die Größen aus einem oder mehreren Meßsignalen bestimmen und auch Teil der Steuereinheit 10 bzw. des Mikrocomputers 12 sein können. Über die Ausgangsleitung 48 beeinflußt die Steuereinheit 10 eine Stelleinrichtung 58, zum Beispiel eine Motorsteuereinheit zur Beeinflussung der Antriebseinheit des Fahrzeugs.
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Je nach Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Antriebseinheit um eine Brennkraftmaschine, einen Elektromotor, etc. Dies ist im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lösung unwesentlich, da es dort um die Schätzung des maximal auf die Fahrbahn absetzbaren Antriebsmoments geht.
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Die Kenntnis des maximal absetzbaren Antriebsmoments ist bei Antriebsschlupf- und/oder Fahrdynamikreglern wichtig. Beispielsweise sind bei Antriebsschlupfreglern je nach Betriebszustand unterschiedliche Regelverstärkungsfaktoren sinnvoll. Auf niedrigen Reibwerten ist die zulässige Verstärkung sehr viel kleiner als auf hohen. Die Kenntnis des maximal absetzbaren Antriebsmoments erleichtert die Variation der Reglerparameter, weil auch das absetzbare Antriebsmoment auf niedrigem Reibwert viel kleiner ist als auf höherem Reibwert. Entsprechend dem maximal absetzbaren Antriebsmoments können dann die Reglerverstärkungsfaktoren gewählt werden.
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Eine weitere Betriebssituation, in der die Kenntnis des maximal absetzbaren Antriebsmoments sehr wichtig ist, ist eine Fahrsituation nach einem Eingriff des Antriebsschlupfreglers bzw. des Fahrdynamikreglers, bei dem das Motormoment reduziert wurde, und/oder nach Abschluß einer Kurvenfahrt, welche ebenfalls mit einer Reduktion des Motormoments einhergeht. In diesem Fall dient das maximal absetzbaren Antriebsmoment dazu, sehr frühzeitig nach Abschluß der dargestellten Betriebssituation das Antriebsmoment auf den letztendlich stationären Endwert zu setzen. Dies ist besonders bedeutsam in Verbindung mit dem im eingangs genannten Stand der Technik geschilderten Kardanregler einer Antriebsschlupfregelung, welche einen Integrator enthält, der den stationären Endwert des Antriebsmoments einstellen soll. Durch die Kenntnis des absetzbaren Antriebsmoments kann bereits nach Ende einer der oben dargestellten Betriebssituationen zu Beginn der momentenerhöhenden Zugabephase der stationäre Endwert recht genau eingestellt werden, so daß, unerwünschte Verzögerungen vermieden werden.
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Das Grundprinzip der Bestimmung des maximal absetzbaren Antriebsmoments wird im folgenden auf der Basis der Diagramme der 2 dargestellt. Dort ist jeweils das Antriebsmoment MAnt, das von den Antriebsrädern auf die Fahrbahn wirkt, über den mittleren Radschlupf Slkar aller Antriebsräder aufgetragen. Wie 2a zeigt, stellt das maximal absetzbare Antriebsmoment MMaxAnt das Maximum der Schlupfkurve dar. Das maximal absetzbare Antriebsmoment ist also dadurch zu ermitteln, daß das Antriebsmoment dann abgespeichert wird, wenn der mittlere Radschlupf SlKar der Antriebsräder des Fahrzeugs den optimalen Schlupfwert SlOpt, der dem Maximum der Schlupfkurve zugeordnet ist, in positiver Antriebsschlupfrichtung durchläuft. Dieses Grundprinzip wird in der praktischen Realisierung an die dort herrschenden Bedingungen angepaßt, indem wie in 2b dargestellt ist anstatt des Schlupfoptimums die Schlupfschwelle SlStabGR zur Bestimmung des maximal absetzbaren Antriebsmoments in der oben dargestellten Weise herangezogen wird. Der Grund hierfür ist, daß der optimale Schlupf SlOpt in der Praxis zum Beispiel in Abhängigkeit des Reibwertes variiert. Die Schlupfschwelle zur Bestimmung des maximal absetzbaren Antriebsmoments wird auf der Basis des Sollschlupfwertes für den Antriebsschlupfregler, der wegen der notwendigen guten Traktion immer in der Nähe des Schlupfoptimums liegt, abgeleitet.
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Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das maximal absetzbare Antriebsmoment durch ein Rechnerprogramm des Mikrocomputers 12 bestimmt. Ein Beispiel hierfür ist als Flußdiagramm in 3 dargestellt.
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Das in 3 skizzierte Programm wird in vorgegebenen Zeitintervallen durchlaufen. Im ersten Schritt 100 wird der der Antriebsmomentenbestimmung zugrunde liegende Schlupfschwellenwert SlStabGR bestimmt. Dazu wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel, in welchem ein wie eingangs genannter Antriebsschlupfregler eingesetzt wird, der Sollschlupf für den Kardanregler SlSoASR herangezogen, der zur Bereitstellung einer guten Traktion in der Nähe des Schlupfoptimums liegt. In kritischen Fahrzuständen wird bei der bekannten Lösung dieser Sollschlupf zugunsten der Seitenführung und zu Lasten der Traktion abgesenkt. Daher wird zusätzlich zur Bestimmung des Schlupfschwellenwertes SlStabGR ein weiterer applizierbarer Parameter herangezogen (K_SlStabGR). Der Schlupfschwellenwert wird dann als Maximalwertauswahl dieser beiden Größen gebildet. Ein Beispiel für den Wert des applizierbaren Parameters ist 4%.
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Nach der Bestimmung des Schlupfschwellenwertes wird im Schritt 102 das aktuelle Antriebsmoment MEstAnt, welches aus dem vom Motorsteuergerät übermittelten Istmoment Mmot und dem Momentenübersetzungsverhältnis Ü im Triebstrang gebildet wird.
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Im darauffolgenden Schritt 118 wird der mittlere Radschlupf Slkar aller Antriebsräder sowie der mittlere Radschlupf SlKarF aller Antriebsräder nach Filterung, z. B. Tiefpassfilterung, eingelesen. Im darauffolgenden Schritt 120 wird überprüft, ob die Zugabephase vorliegt, d. h. ob das Antriebsmoment sich erhöht. Dies ist der Fall, wenn der mittlere Radschlupf und der gefilterte mittlere Radschlupf kleiner als der Sollschlupf SlSoASR ist. In diesem Fall wird gemäß Schritt 122 das maximal absetzbare Antriebsmoment als Maximalauswahl des gespeicherten maximal absetzbaren Antriebsmoments und des im Schritt 102 berechneten Antriebsmoments gebildet. Dieser Wert wird gemäß Schritt 124 an das Motorsteuergerät ausgegeben und das Programm beendet. Das Motorsteuergerät stellt diesen Wert wenigstens in einem Betriebszustand ein. Ist die Bedingung im Schritt 120 nicht erfüllt, so befindet sich der Regler in der Reduktionsphase, d. h. in einer Phase, in der Antriebsmoment zurückgenommen wird.
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Im darauffolgenden Schritt 104 wird der Anteil der Antriebsräder an der Querkraft FQuer geschätzt. Dies erfolgt auf der Basis der gemessenen oder geschätzten Giergeschwindigkeit vGier, der Fahrzeuggeschwindigkeit vFZG, die auf der Basis der Radgeschwindigkeitssignale gebildet wird, einer applizierbaren Maximalgeschwindigkeit K_vFzgMAX zur Reduktion der Empfindlichkeit der Berechnung bei hohen Geschwindigkeiten, sowie eine konstante K_Achslast, welche aus der Summe der statischen Radlasten der angetriebenen Räder gebildet wird, berechnet. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird folgende Zusammenhang verwendet: FQuer = |vGier|·MIN (vFZG, K_vFzgMAX)·K_Achslast
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Im darauffolgenden Abfrageschritt 106 wird überprüft, ob das aktuell gespeicherte maximal absetzbare Antriebsmoment MMaxAnt kleiner ist als das Produkt aus Querkraft FQuer und Radradius K_rRAD ist. Ist dies der Fall, so liegt eine Kurvenfahrt vor, in der das wie nachfolgend bestimmte maximal absetzbare Antriebsmoment zu klein wäre. Daher wird, wenn die Bedingung im Schritt 106 vorliegt, keine Anpassung des maximal absetzbaren Antriebsmoments durchgeführt, sondern das Programm beendet und zu gegebener Zeit wiederholt. Der Hintergrund dieser Maßnahme ist, daß die in 2 dargestellten Schlupfkurven um so flacher verlaufen, je größer der Schräglaufwinkel ist, d. h. je extremer die Kurvenfahrt ist.
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Ist die Bedingung im Schritt 106 nicht erfüllt, so wird gemäß Schritt 108 eine Marke eingelesen, die während eines Schaltvorgangs gesetzt ist. Im Schritt 110 wird anhand dieser Marke überprüft, ob ein Schaltvorgang vorliegt. Während eines Schaltvorgangs können kurzfristig überhöhte Antriebsmomente auftreten, wobei der Radschlupf kurzfristig sehr stark ansteigt. Dies würde die zur Anpassung des maximal absetzbaren Antriebsmoments vorgesehenen Bedingungen erfüllen, so daß im maximal absetzbaren Antriebsmoment eine kurzfristige Störung auftritt. Daher wird, wenn ein Schaltvorgang vorliegt, die Anpassung des Antriebsmoments nicht durchgeführt und das Programm beendet.
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Ist die Antwort im Schritt 110 nein, so wird im Schritt 112 ein Flag eingelesen, welches einen Aquaplaning-Betriebszustand anzeigt. Dieses Flag wird z. B. in Abhängigkeit der Radgeschwindigkeiten der angetriebenen und der nicht angetriebenen Rädern gesetzt. Liegt ein Aquaplaning-Betriebszustand gemäß Abfrageschritt 114 vor, wird die Anpassung nicht durchgeführt. Andernfalls wird im Schritt 116 überprüft, ob ein Fahrzeugregler fahrzeugstabilisierend eingreift, d. h. ob ein Eingriff des Antriebsschlupfreglers und/oder des Fahrdynamikreglers vorliegt. In einer solchen Betriebssituation wird das Antriebsmoment vom Regler reduziert, so daß das maximal absetzbare Antriebsmoment nicht das tatsächlich absetzbare Antriebsmoment wiedergeben würde. Daher wird auch bei einem aktiven Eingriff das Programm beendet und die Anpassung des maximal absetzbaren Antriebsmoments nicht durchgeführt.
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In dieser Reduktionsphase kann es vorkommen, daß der Sollschlupf den Schlupfschwellenwert SlStabTGR in positiver Antriebsschlupfrichtung durchläuft. Dies wird in dem auf Schritt 116 im Falle einer Nein-Antwort folgenden Schritt 126 überprüft, wobei dies der Fall ist, wenn der Sollschlupf SlKar größer als der Schlupfschwellenwert ist und der gefilterte mittlere Radschlupf kleiner als dieser Schlupfschwellenwert ist. In diesem Fall wird gemäß Schritt 128 das geschätzte Antriebsmoment MEstAnt als maximal übertragbares Antriebsmoment abgespeichert. Das maximal absetzbare Antriebsmoment wird dann als Minimalauswahl aus dem gespeicherten maximal absetzbaren Antriebsmoment und den im Schritt 102 gebildeten Antriebsmoment gesetzt. Danach folgt Schritt 124 mit der Ausgabe des maximal absetzbaren Antriebsmoments an die Motorregelung. Ist auch die Bedingung in Schritt 126 nicht erfüllt, und wurde, was anhand eines in 3 nicht dargestellten Flags erkannt wird, die Bestimmung des maximal absetzbaren Antriebsmoments im Schritt 128 bereits durchgeführt, kann in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel während der Reduktionsphase zusätzlich das Trägheitsmoment des Antriebsstrangs berücksichtigt werden. Dieses Trägheitsmoment MTraeg wird beispielsweise gebildet durch Multiplikation eines vorgegebenen Massenträgheitsmoments des Antriebsstrangs mit der gefilterten zeitlichen Ableitung der Differenz zwischen der mittleren Radgeschwindigkeiten der Antriebsräder und der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit. In diesem Fall wird gemäß Schritt 130 vom gespeicherten maximal absetzbaren Antriebsmoment das Trägheitsmoment abgezogen, wenn es sein Maximum angenommen hat. Dabei wird eine Wichtungskonstante K_Traeg verwendet, welche sich zwischen Null und Eins bewegt (MMaxAnt = MMaxAnt – K_Traeg·MTraeg). Nach Schritt 130 wird das bestimmte maximal absetzbare Antriebsmoment an die Motorsteuerung ausgegeben und das Programm beendet.
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Das maximal übertragbare Antriebsmoment wird auf Radebene bestimmt, entspricht also dem von den Rädern auf die Fahrbahn ausgeübten Antriebsmoment. In anderen Ausführungsbeispielen wird dieses in ein anderes Moment im Triebstrang umgerechnet, beispielsweise in ein maximal übertragbares Antriebsmoment der Antriebseinheit, welches am Ausgang der Antriebseinheit ansteht. Dies kann unter Berücksichtigung der Momentenübersetzung im Triebstrang aus dem maximal absetzbaren Antriebsmoment ausgerechnet werden. In diesem Sinne ist der Begriff Antriebsmoment zu verstehen.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel wird nicht auf Momentenbasis, sondern auf Leistungsbasis unter Berücksichtigung der Drehzahl im Antriebsstrang gerechnet. Auch eine derartige Lösung wird unter der vorstehend beschriebenen Schätzung des maximal absetzbaren Antriebsmoments verstanden.