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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Antriebsschlupfregelung
bei Fahrzeugen.
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Bei
Antriebsschlupfregelungen wird der jeweilige Istschlupf an den Antriebsrädern eines
Fahrzeugs auf der Basis der Radgeschwindigkeitssignale ermittelt
und mit einem vorgegebenen Sollschlupf verglichen. Überschreitet
der Istschlupf den vorgegebenen Sollwert an wenigstens einem Antriebsrad,
so wird durch Reduktion des Motormoments und/oder durch aktiven
Bremsdruckaufbau an dem die Durchdrehneigung zeigenden Antriebsrad
der Radschlupf an diesem Rad auf den vorgegebenen Sollwert geregelt.
Beispiele für
derartige Antriebsschlupfregelungen sind aus dem Stand der Technik
in vielfältiger Weise
bekannt.
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Die
DE 44 30 l08 A1 beschreibt
ein Antriebsschlupfregelsystem, bei welchem der Reibwert zwischen
den Fahrzeugrädern
und der Fahrbahnoberfläche
abhängig
vom Schlupf ermittelt wird und das maximal übertragbare Antriebsmoment
abhängig von
diesem schlupfabhängigen
Reibwert bestimmt wird. Ergänzend
wird der berechnete schlupfabhängige
Reibwert und damit das maximal übertragbare Antriebsmoment
bei erhöhtem
Schlupfbedarf infolge der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der verwendeten
Reifenmischung korrigiert.
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Die
DE 196 03 427 A1 offenbart
ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Antriebsschlupfregelung,
wobei ein das Radverhalten repräsentierender Sollschlupf
für die
Antriebsschlupfregelung gebildet wird, dieser Sollwert mit dem entsprechenden
Istschlupf wenigstens eines Antriebsrads verglichen wird und das
Motormoment reduziert bzw. die entsprechende Radbremse betätigt wird.
Darüber
hinaus ist eine Schneeketten-Detektiereinheit vorgesehen, welche
bei festgestellten Schneeketten eine Erhöhung des Antriebsschlupfes
an den Schneeketten tragenden Rädern
bewirkt.
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Die
DE 39 33 652 A1 beschreibt
ein insbesondere für
das Fahren im Gelände
günstiges
ABS- bzw. ASR-System,
bei dem die über
die Radgeschwindigkeiten ermittelte Fahrzeugverzögerung bzw. Fahrzeugbeschleunigung
mit der mittels eines Sensors gemessenen Fahrzeugverzögerung bzw. Fahrzeugbeschleunigung
verglichen wird. Die durch ein Gefälle oder eine Steigung verursachte
Falschmessung der Fahrzeugverzögerung
bzw. Fahrzeugbeschleunigung wird erkannt und dazu benutzt, den Regler
in Richtung einer geringeren Empfindlichkeit zu verändern.
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Die
DE 42 28 413 A1 beschreibt
ein Verfahren zur Bestimmung von Fahrzeugmasse und Fahrwiderstand.
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Besonderes
Augenmerk ist bei derartigen Antriebsschlupfregelungen auf die Vorgabe
des Sollwertes zu richten. Um ein zufriedenstellendes Fahrverhalten,
insbesondere in Verbindung mit einer Fahrdynamikregelung, zu erreichen,
sollte die Sollvorgabe an den jeweiligen Untergrund angepaßt sein.
Manche Untergründe,
wie z.B. Tiefsand, Schlamm oder grober Schotter, aber auch Fahren
im Tiefschnee, besonders bergauf, können nur unter hohem Antriebsschlupf
mit ausreichender Traktion bewältigt
werden. Diese Forderung steht im Widerspruch zur Forderung eines
geringen Schlupfes auf glatten, vereisten Fahrbahnen, auf denen
aus Gründen
der Fahrzeugstabilität
ein niedriges Antriebsschlupfniveau angestrebt wird.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, Lösungen
für den
angegebenen Zielkonflikt bereitzustellen.
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Dies
wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht.
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Durch
die Adaption des Sollwertes, insbesondere des Sollschlupfes, für eine Antriebsschlupfregelung
wird der Zielkonflikt zwischen großem Antriebsschlupf in speziellen
Betriebssituationen zur Herbeiführung
einer ausreichenden Traktion und einem geringen Antriebsschlupf
aus Gründen
der Fahrstabilität
in anderen Betriebssituationen erreicht. Dadurch wird das Fahrverhalten
des Fahrzeugs verbessert, da die Antriebsschlupfregelung an den
jeweils vorhandenen Untergrund angepaßt ist.
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Die
Anpassung des Sollwertes führt
zu einer verbesserten Regelung des Motormoments besonders unter
winterlichen Bedingungen, da je nach Untergrund ein großer Antriebsschlupf
zur Traktionsverbesserung oder ein kleiner Antriebsschlupf aus Gründen der
verbesserten Fahrstabilität
eingestellt wird.
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Besondere
Vorteile zeigt die Anpassung des Sollwertes für die Antriebsschlupfregelung
dann, wenn erhöhte äußere Fahrwiderstände ohne
diese Maßnahme
ein ausreichendes Beschleunigen des Fahrzeuges unterbinden würden. Die
Anpassung des Sollwertes führt
in diesen Betriebssituationen dazu, daß ein ausreichendes Beschleunigen
sichergestellt ist, während
das Beschleunigen auf glatten Fahrbahnen, beispielsweise festgefahrenem Schnee-
oder Eisbahnen unberührt
bleibt.
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Von
besonderem Vorteil ist, daß die
Betriebssituation, in der äußere Fahrwiderstände wirken,
anhand der Impulsbilanz des Fahrzeugs auf einfache und sichere Weise
erkannt wird.
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Vorteilhaft
ist ferner, daß auch
bei Anhängerbetrieb
oder bei extremen Steilstrecken die traktionsfördernde Anpassung des Sollwertes
das Fahrverhalten des Fahrzeugs verbessert, ohne die Stabilität in anderen
Betriebssituationen zu gefährden.
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Die
angesprochenen Vorteile ergeben sich bei der Anwendung der Adaption
des Sollwertes für eine
Antriebsschlupfregelung für
alle Antriebsarten, ob Front-, Heck- oder Allradantrieb.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen erläutert. Die 1 bis 3 zeigen
Ablaufdiagramme, welche die Adaption eines Sollwertes für eine Antriebsschlupfregelung
skizzieren. Die Ablaufdiagramme repräsentieren Programme eines Mikrocomputers,
der in einer Steuereinheit zur Antriebsschlupfregelung vorhanden
ist.
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Das
nachfolgend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel zeigt eine Antriebsschlupfregelung,
welche auf der Basis eines vorgegebenen Sollschlupfwertes für die Antriebsräder des
Fahrzeugs und dem für
jedes Antriebsrad ermittelten Istschlupfwert arbeitet. Überschreitet
der Istschlupf den Sollschlupf, wird das Motormoment reduziert und/oder
in die Bremse des entsprechenden Antriebsrads eingegriffen. In diesem
Ausführungsbeispiel
ist der Sollwert für
die Antriebsschlupfregelung ein Sollschlupfwert. In anderen Ausführungsbeispielen
arbeitet die Antriebsschlupfregelung auf Geschwindigkeitsebene,
d.h. es wird eine von einer Referenzgeschwindigkeit abgeleitete
Sollgeschwindigkeit für
die Antriebsräder
vorgegeben, bei deren Überschreiten
durch die Geschwindigkeit eines Antriebsrades die entsprechenden
Eingriffsmaßnahmen
getroffen werden. In diesem Fall ist der Sollwert ein Radgeschwindigkeitswert.
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1 zeigt
ein Übersichtsablaufdiagramm eines
Antriebsschlupfreglers eines Kraftfahrzeugs. Der Antriebsschlupfregler
ist dabei als Programm eines mit 10 bezeichneten Mikrocomputers
dargestellt. Abhängig
von den dem Mikrocomputer zugeführten, wenigstens
die Radgeschwindigkeiten repräsentierenden
Signale (Meßeinrichtungen 12 bis 16,
Eingangsleitungen 18 bis 22) wird im Istschlupfberechner 24 für jedes
Antriebsrad der aktuelle Istschlupf λi bestimmt. Dies erfolgt in
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
durch Ermittlung der Abweichung der Radgeschwindigkeit des Antriebsrades
von einem Referenzwert, insbesondere von einer mittleren Radgeschwindigkeit
der nicht angetriebenen Räder
oder bei einem allradgetriebenen Fahrzeug von einem auf der Basis
der Radgeschwindigkeiten gebildeten Referenzwert. Die Istschlupfwerte
jedes Antriebsrades werden als Istwerte der Antriebsschlupfregelung 26 zugeführt. Entsprechend
ist ein Sollwertbilder 28 vorgesehen, welcher ein Sollschlupfwert
SLSOASR ermittelt und diesen dem Antriebsschlupfregler 26 zuführt. Der
Sollschlupfwert wird abhängig
von verschiedenen Größen in der
anhand 2 und 3 dargestellten Vorgehensweise
gebildet. Die zur Bestimmung des Sollschlupfes verwendeten Größen sind
wenigstens die Radgeschwindigkeitsgrößen und/oder weitere Betriebsgrößen des
Fahrzeugs, wie beispielsweise der Bremsdruck in den Radbremsen, das
vom Motor des Fahrzeugs abgegebene Drehmoment, das Momentenübersetzungsverhältnis vom Motor
bis zum Differential, etc. Diese Betriebsgrößen werden entweder gemessen
oder aufgrund anderer Größen geschätzt. In 1 ist
die Zuführung
der zur Sollschlupfbestimmung dienenden Betriebsgrößen mit
Hilfe der Meßeinrichtungen 30 bis 34 und
der Eingangsleitungen 36 bis 40 dargestellt. Der
Antriebsschlupfregler 26 vergleicht den Sollschlupf mit
den Istschlupfwerten der einzelnen Antriebsrädern und beeinflußt den Motor 42 des
Fahrzeugs in drehmomentreduzierendem Sinne bzw. die Radbremse 44 des
betroffenen Antriebsrades, wenn ein Istschlupfwert den Sollschlupf überschreitet,
somit ein, beide oder bei Allradfahrzeugen mehrere Antriebsräder Durchdrehneigung
zeigen.
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Bei
der Bestimmung des Sollschlupfwertes sind verschiedene Anforderungen
zu berücksichtigen.
In bestimmten Betriebssituationen, beispielsweise bei Bergauffahren
im Tiefschnee, stehen im Gegensatz zu den Stabilitätsforderungen
auf vereisten Fahrbahnen die Forderung nach guter Traktion im Vordergrund.
Um Kompromißlösungen zu
vermeiden, die keiner der beiden Betriebssituationen vollständig gerecht
werden, beispielsweise Lösungen, die
ein stabiles Fahrverhalten durch Traktionseinbußen beim Fahren beispielsweise
im Tiefschnee erkaufen, ist die nachfolgend anhand der Ablaufdiagramme
in 2 und 3 beschriebene Anpassung des
Sollwertes für
die Antriebsschlupfregelung beschrieben.
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Die
Ermittlung der Notwendigkeit einer Anpassung des Sollwertes, insbesondere
das Erkennen von Fahrbahnen mit hohem Schlupfbedarf, erfolgt auf
der Basis des Impulssatzes für
die Längsbewegung
des Fahrzeugs. Untergründe
mit hohem Schlupfbedarf setzen dem Fahrzeug meist einen hohen Fahrwiderstand
entgegen. Dies ist z.B. bei schwerem Tiefschnee, groben Schotter
oder zähem Schlamm
der Fall. Auch das Fahren auf verschneiten Steigungsstrecken bewirkt
einen erhöhten Fahrwiderstand.
Das Auftreten solch erhöhter
Fahrwiderstände
wird mit Hilfe des Impulssatzes ermittelt und als Kriterium für eine Anhebung
des Sollwertes für die
Antriebsschlupfregelung ausgewertet.
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Dabei
wird zunächst
die Impulsbilanz überschlägig für das Fahrzeug
berechnet. Für
die antreibende Radmomentkomponente gilt: MantRad
= fmomRad * Mmotme * uegew
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Für die bremsende
Radmomentkomponente gilt: MBremsRad = pbRad *
cpRad
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Daraus
erhält
man die Radumfangskraft für jedes
Rad FxRad: FxRad = (fmomRad * Mmotme * uegew – pbRad
* cpRad)/rRad
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Hierbei
sind fmomRad der Anteil des gesamten Kardanmoments, mit dem ein
bestimmtes Rad beaufschlagt wird, uegew das Momentenübersetzungsverhältnis zwischen
Motor, Getriebe und Differential, Mmotme das vom Motor abgegebene
Drehmoment, pbRad der geschätzte
oder gemessene Radbremsdruck, cpRad der Bremsenbeiwert der entsprechenden
Radbremse, d.h. das Verhältnis
zwischen wirkendem Bremsmoment und Raddruck und rRad der Radradius.
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Die
Berechnung der Radumfangkraft eines Rades gemäß dieser Vorgehensweise ist
in 2a als Ablaufdiagramm dargestellt.
In einer Multiplikationsstelle 100 wird das Übersetzungsverhältnis und das
Drehmoment des Motors miteinander multipliziert. Das Ergebnis wird
in der Multiplikationsstelle 102 mit dem Faktor fmomRad
multipliziert und einer Verknüpfungsstelle 104 zugeführt. In
dieser wird von der in 102 ermittelten Größe das in
der Multiplikationsstelle 106 gebildete Produkt aus Raddruck
und Bremsenbeiwert subtrahiert. Das Ergebnis wird in der Multiplikationsstelle 108 durch
den Radradius dividiert. Ergebnis ist die Radumfangskraft FxRad
für das
Rad x. Diese Vorgehensweise wird für jedes Rad des Fahrzeugs durchgeführt. Somit
ergeben sich bei einem vierrädrigen
Fahrzeug für
die Räder
die Radumfangskräfte
Fxhr (hinten rechts), Fxhl (hinten links), Fxvr (vorne rechts) und
Fxvl (vorne links).
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Zur
Anpassung des Sollwertes für
die Antriebsschlupfregelung wird ein Beschleunigungsoffsetwert gebildet,
welcher aus einem Vergleich der tatsächlichen Fahrzeugbeschleunigung
mit der auf der Basis des Impulssatzes für das Fahrzeug berechneten
Modellbeschleunigung ermittelt wird. Die Ableitung der auf der Basis
ausgewählter
Radgeschwindigkeiten gebildeten Referenzgeschwindigkeit, die annähernd der
Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, ergibt die tatsächliche
Fahrzeugbeschleunigung. Diese Fahrzeugbeschleunigung wird mit der
auf der Basis des Impulssatzes für
das Fahrzeug berechneten Modellbeschleunigung verglichen. Die ansteigende
Flanke dieses Signals wird gefiltert, die abfallende Flanke nicht.
Das Signal wird im folgenden Beschleunigungsoffset axoffFil genannt.
Tritt ein deutlich negativer Beschleunigungsoffset auf, so deutet
dies auf größere externe
Fahrwiderstände
z.B. infolge der oben beschriebenen Untergründe hin. In diesem sind Einflüsse bedingt
durch Steigungen oder Anhängerbetrieb
enthalten.
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Ein
Ablaufdiagramm zur Bestimmung des Beschleunigungsoffsetwertes ist
in 2b dargestellt. Zunächst wird
die auf der Basis der Radgeschwindigkeiten berechnete Referenzgeschwindigkeit
vfzref eingelesen und im Differenzierer 200 beispielsweise
durch zeitliche Ableitung oder durch Vergleich aufeinander folgender
Referenzgeschwindigkeitswerte die Istbeschleunigung ax des Fahrzeugs gebildet.
Ferner werden die für
jedes Rad aus dem Impulssatz abgeleiteten Radumfangskräfte in einer Additionsstelle 202 addiert
und in der Divisionsstelle 204 durch die gemessene, vorgegebene
oder geschätzte
Fahrzeugmasse dividiert. Auf diese Weise entsteht eine Modellbeschleunigung
axmodell des Fahrzeugs. In der Verknüpfungsstelle 206 wird
die Abweichung axoff zwischen der gemessenen Beschleunigung und
der Modellbeschleunigung gebildet. Diese wird einem Filterelement 208 zugeführt, welches
bei positiver Flanke, d.h. wenn die Abweichung größer wird,
zugeführt.
Ferner wird die Abweichung direkt ebenso wie gefiltert einer Minimalwertauswahl 210 zugeführt, die
den jeweils kleineren Wert als Beschleunigungsoffset axoffFil weitergibt. Auf
diese Weise wird bei einer negativen Flanke als Abweichung der ungefilterte
Wert weitergegeben, während
bei einer positiven Flanke der gefilterte Wert weitergegeben wird.
Negative Flanke entstehen dabei dann, wenn die gemessene Beschleunigung plötzlich kleiner
als die Modellbeschleunigung wird, somit zusätzliche äußere Fahrwiderstände vorliegen.
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In 3 ist
ein Ablaufdiagramm dargestellt, mit dessen Hilfe der Beschleunigungsoffsetwert
weiter verarbeitet wird und zur Erhöhung bzw. Anpassung des Sollwertes
für die
Antriebsschlupfregelung dient, um einen größeren Schlupfbedarf in ausgewählten Betriebssituationen
bereitzustellen.
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Der
Rohwert für
den Sollschlupfwert slsokenn wird mittels einer Kennlinie 300 im
wesentlichen abhängig
von der Referenzgeschwindigkeit vfzref gebildet. Die Kennlinie 300 ist
dabei derart gewählt,
daß ein
stabiles Fahrzeugverhalten bei Beschleunigungsvorgängen geradeaus
auf Untergründen
mit niedrigem Reibwert erreicht wird.
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Der
Beschleunigungsoffset axoffFil wird zur Bildung eines Anhebefaktors
KoslAnh für
diesen berechneten Rohwert des Sollschlupfes wie folgt ausgewertet.
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Zur
Berechnung des Anhebefaktors wird der eingelesene Beschleunigungsoffsetwert
axoffFil in einem Begrenzer 302 auf einen Minimalwert P_axoffmin
begrenzt. Daraufhin wird er in der Verstärkerstufe 304 mit
dem Verstärkungsfaktor P_KpslsoAnh
multipliziert. Dann wird dieser Wert in der Additionsstelle 306 mit
dem Wert 1 addiert (default-Wert) und auf diese Weise ein Rohwert
KoslaoAnhroh erzeugt, der im Normalfall 1 ist (keine Anhebung des
Sollschlupfes). Im Falle der Notwendigkeit einer Anpassung des Sollwerts
ist dieser Rohwert größer als
1. Der Rohwert wird gegebenenfalls auf einen Maximalwert P_KoslsoAnhrohmax
im Begrenzer 308 begrenzt. Dieser Rohwert wird, wenn die
nachfolgend dargestellten Bedingungen zur Anhebung des Sollwertes
erfüllt
sind (Schaltelement 310 steht in der gezeigten Position)
weiterverarbeitet.
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Das
Schaltelement 310 wird in die gezeigte Position geschaltet,
wenn die Fahrzeugbeschleunigung unterhalb einem Mindestwert bleibt
und dabei der Beschleunigungsoffset eine Mindestabweichung unterschreitet.
Zu beachten ist hierbei, daß im
Fall größerer äußerer Fahrwiderstände der
Beschleunigungsoffset negativ ist, weil die Modellbeschleunigung
auf der Basis von Motormomenten größer ist als die tatsächliche
Beschleunigung. Ferner muß die Fahrzeuggeschwindigkeit
innerhalb eines bestimmten Bereiches sein, der durch Minimal- und Maximalwerte
gekennzeichnet ist. Zusätzlich
(bei Fahrdynamikregelsystemen) muß sich das Fahrzeug in einem neutralen
Fahrzustand befinden, d.h. es darf kein wesentliches Untersteuern
bzw. Übersteuern
vorliegen. Dies wird bei Verwendung einer Fahrdynamikregelung vom
Fahrzeugregler erkannt. Die letzte Bedingung kann entfallen, wenn
keine Fahrdynamikrege lung zur Verfügung steht. Ist eine der Bedingungen nicht
erfüllt,
wird der Wert 1 weiterverarbeitet.
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Der
Rohwert wird mit dem Filter 314 geglättet und auf einen Bereich
zwischen 1 und einem Maximalwert P_KoslsoAnhmax im Begrenzer 316 eingegrenzt.
Dieser Wert wird der Multiplikationsstufe 312 zugeführt, in
dem er mit dem Rohwert des Sollschlupfes zum Sollschlupf slsoASR
multipliziert wird.
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Auf
diese Weise erfolgt bei Vorliegen äußerer Fahrwiderstände eine
Anhebung des Schlupfwertes, wobei der Schwerpunkt der Antriebsschlupfregelung
von der Stabilität-
auf die Traktionsverbesserung verlagert wird.