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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
einer Antriebseinheit.
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Beim Übergang
von der Schubbetriebs- oder Leerlaufphase in die Zugbetriebsphase
(Antriebsphase) einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs kommt es bei
einigen Fahrzeugen in einigen Betriebssituationen zu instabilem
Fahrverhalten, welches im Extremfall zu einem Übersteuern des Fahrzeugs führen kann.
Zur Verbesserung des Übergangs
ist aus der
EP 0 383
882 A2 (
US-Patent
5 048 482 A ) bekannt, eine sich zeitlich erhöhende Begrenzungsdrehzahl beim Übergang
vorzusehen, die von der Drehzahl der Antriebseinheit nicht überschritten
werden kann. Dadurch wird in einigen Situationen, insbesondere bei
einem Fehler im Bereich des den Luftdurchsatz zu einer Brennkraftmaschine
beeinflussenden Stelleinrichtung, der Übergang in den Zugbetrieb verbessert.
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Aus
der
DE 196 15 806
A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
eines Antriebseinheit eines Fahrzeugs bekannt, bei der die Begrenzung
der Momentenänderung
der Antriebseinheit durch ein Motorsteuersystem abhängig ist
von wenigstens einer Statusinformation wenigstens eines anderen
Steuersystems.
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Aus
der
DE 41 07 115 A1 ist
eine Schaltungsanordnung zum Verhindern von Drehzahlschwingungen
nach Lastwechsel der Brennkraftmaschine von Fahrzeugen durch Veränderung
des Zündwinkels
bekannt.
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Aus
der
DE 196 48 055
A1 ist eine Antriebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug bekannt,
durch die die als vom Fahrer gewünschtes
Radmoment oder Getriebeausgangsmoment interpretierte Stellung des
Fahrpedals zum Berechnen von Soll-Werten für das von dem Antriebstrang
abzugebende Drehmoment verwendet wird. Sie enthält eine Auswahl- und Steuerschaltung,
in der das gewünschte Radmoment
zusammen mit weiteren Betriebsparametern des Fahrzeugs in einem
Fuzzy-System ausgewertet werden. Sie gibt ein Ausgangssignal ab, durch
welches das von den Rädern
auf die Fahrbahn abzugebende Raddrehmoment festgelegt wird.
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Aus
der
DE 28 01 790 A1 bekannt,
nach Beendigung eines Schubbetriebs beim Gasgeben die einer Brennkraftmaschine
zugeführte
Kraftstoffmenge nach einer wählbaren
Zeitfunktion zu erhöhen. Auch
hier steht der weiche Übergang
in den normalen Fahrbetrieb im Vordergrund.
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Maßnahmen,
welche beim Übergang
vom Schub- oder Leerlaufbetrieb in den Zugbetrieb der Antriebseinheit
ein möglicherweise
auftretendes instabiles Fahrverhalten vermeiden, werden nicht beschrieben.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben,
mit deren Hilfe ein beim Übergang
in den Zugbetrieb einer Antriebseinheit auftretendes instabiles
Fahrverhalten vermieden wird.
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Dies
wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht.
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise
der Begrenzung einer das Drehmoment der Antriebseinheit bestimmenden
Betriebsgröße beim Übergang vom
Schub- oder Leerlaufbetrieb in den Zugbetrieb (Lastwechsel) abhängig vom
Schlepp- und/oder Bremsschlupf während
der Schubphase verringert die Gefahr von Instabilitäten beim
Lastwechsel, da dem Fahrer nicht mehr das ganze Motormoment zur Verfügung steht.
Dadurch wird auch die Gefahr des Übersteuerns des Fahrzeugs durch
die Instabilität verringert.
Eine generelle Verbesserung der Fahrstabilität des Fahrzeugs beim Lastwechsel
ist die Folge.
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Besonders
vorteilhaft ist die Begrenzung des Drehmoments bei Systemen, bei
denen im Schubbetrieb ausgekuppelt wird und beim darauffolgenden Gasgeben
wieder eingekuppelt wird. Bei derartigen Steuerkonzepten wird die
dann auftretende Instabilität
beim Wiedereinkuppeln erheblich verringert.
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Entsprechende
Vorteile werden auch erreicht, wenn in der Schubphase ein Antiblockierregler aktiv
ist oder generell eine Bremsphase vorliegt, wobei in diesem Fall
der Bremsschlupf während
der Schub- bzw. Bremsphase Ausgangspunkt des Begrenzungswertes ist.
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Von
besonderem Vorteil ist, daß der
Begrenzungswert nach Maßgabe
einer Zeitfunktion erhöht wird,
so daß dem
Fahrer das gesamte Drehmoment der Antriebseinheit nach und nach
wieder zur Verfügung
gestellt wird, und so die Dynamik des Fahrzeugs nicht beeinträchtigt ist.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen beziehungsweise
aus den abhängigen
Patentansprüchen.
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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 Übersichtsblockschaltbild
einer Steuereinheit für
eine Antriebseinheit eines Fahrzeugs, während in den 2 und 3 ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
als Flußdiagramm
skizziert ist, welches eine Realisierung der beschriebenen Vorgehensweise
als Rechnerprogramm darstellt. In 4 ist
die Wirkung der Momentenbegrenzung anhand von Zeitdiagrammen dargestellt.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt
eine Steuereinheit 10, welche wenigstens eine Eingangsschaltung 12,
wenigstens einen Mikrocomputer 14 und wenigstens eine Ausgangsschaltung 16 umfaßt. Diese
Elemente werden durch ein Kommunikationssystem 18 zum gegenseitigen
Datenaustausch miteinander verbunden. Der Eingangsschaltung 12 werden
Eingangsleitungen zugeführt, über die
Signale übermittelt
werden, die Betriebsgrößen repräsentieren
oder aus denen Betriebsgrößen ableitbar
sind. Im nachfolgenden sind aus Übersichtlichkeitsgründen lediglich
Eingangsleitungen 20 bis 24 dargestellt, welche
die Radgeschwindigkeiten repräsentierende
Signale zuführen. Diese
werden in Meßeinrichtungen 26 bis 30 ermittelt.
Die Radgeschwindigkeitssignale werden im Zusammenhang mit der Bestimmung
des Begrenzungswertes ausgewertet. Daneben werden je nach Ausführungsbeispiel
weitere Größen zugeführt. Im bevorzugten
Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei der Steuereinheit 10 um die Steuereinheit
für eine Antriebseinheit,
vorzugsweise eine Brennkraftmaschine. Daher sind als weitere Eingangsgrößen Signale
vorgesehen, welche die Motordrehzahl, die Motorlast, den Drosselklappenwinkel,
die Fahrpedalstellung, etc. repräsentieren. Über die
Ausgangsschaltung 16 und die daran angebundenen Ausgangsleitungen
gibt die Steuereinheit 10 Stellgrößen im Rahmen der von der Steuereinheit 10 durchgeführten Regelungen
ab. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel führt wenigstens
eine Ausgangsleitung 32 zu wenigstens einem Stellelement 34,
welches das Drehmoment der Brennkraftmaschine beeinflußt. Im bevorzugten
Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei dem Stellelement 34 um eine Drosselklappe
einer Brennkraftmaschine, welche durch eine entsprechende Stellgröße über die
Leitung 32 betätigt
wird. Neben der Betätigung
der Drosselklappe steht zur Steuerung bei einer gedrosselt betriebenen
Benzinbrennkraftmaschine ferner der Zündwinkel und/oder eine Beeinflussung
der Kraftstoffzufuhr zur Verfügung.
Bei Dieselbrennkraftmaschinen und/oder bei ungedrosselt betriebenen
Benzinbrennkraftmaschinen bildet die Hauptstellgröße zur Momentenbeeinflussung
die einzuspritzende Kraftstoffmasse. Bei Elektromotoren, bei denen
die nachfolgend beschriebene Vorgehensweise entsprechend anzuwenden
ist, ist beispielsweise der Motorstrom die von der Steuereinheit 10 ausgegebene
Stellgröße.
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Im
bevorzugten Ausführungsbeispiel
stellt die Steuereinheit 10 eine Steuereinheit zur Steuerung
der Antriebseinheit dar. Im Rahmen der in dem Mikrocomputer 14 der
Steuereinheit 10 implementierten Programme wird eine Steuerung
der Antriebseinheit nach Maßgabe
des Fahrerwunsches durchgeführt.
So wird in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
auf der Basis der Fahrpedalstellung eine Sollstellung für die Drosselklappe
vorgegeben, welche im Rahmen eines Lageregelkreises unter Berücksichtigung
der tatsächlichen
Stellung der Drosselklappe eingeregelt wird. In anderen vorteilhaften Ausführungsbeispielen
wird aus der Fahrpedalstellung, gegebenenfalls unter Berücksichtigung
weiterer Betriebsgrößen, ein
Sollmomentenwert gebildet, welcher gegebenenfalls unter Berücksichtigung
des gemessenen oder berechneten Istmoments in eine Stellgröße umgesetzt
wird, die zur Steuerung der Antriebseinheit und zur Einstellung
des Drehmoments der Antriebseinheit auf das vorgegebene Sollmoment über die
Leitung 32 ausgegeben wird.
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Anstelle
von Drosselklappenstellung oder Drehmoment (z. B. das indizierte
Drehmoment oder das Ausgangsdrehmoment) wird in anderen Ausführungen
die Steuerung der Antriebseinheit auf der Basis einer die Leistung
der Antriebseinheit repräsentierende
Größe oder
der einzuspritzenden Kraftstoffmasse, etc. durchgeführt. Alle
diese Größen sind
im folgenden unter dem Begriff einer das Drehmoment der Antriebseinheit
repräsentierenden
Größe zusammengefaßt.
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Wird
die Antriebseinheit primär
vom Antrieb angetrieben, beispielsweise bei losgelassenem Fahrpedal,
befindet sich das Fahrzeug in der Schubphase. In dieser Phase wird
infolge der geschobenen Antriebseinheit die Radgeschwindigkeiten
zumindest der Antriebsräder
verlangsamt, so daß diese
gegenüber
der Geschwindigkeit der freilaufenden Räder kleiner sind. Dieses Verhalten
der Antriebsräder
in der Schubphase wird Schleppschlupf genannt, wobei sich auf der
Basis eines Vergleichs der Geschwindigkeiten der angetriebenen mit
denen der nicht angetriebenen Räder
die Größe des Schlupfes
ermitteln läßt. Da in
der Regel der Schlupfwert auf der Basis eines Vergleichs der Radgeschwindigkeiten
der angetriebenen mit denen der nicht angetriebenen ermittelt wird,
ist in der Schubphase der Radschlupf der Antriebsräder negativ,
in der Zugphase positiv. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird in der
Schubphase ausgekuppelt, das heißt der Kraftschluß zwischen
Antriebseinheit und Antriebsrädern
unterbrochen. Beim Gasgeben wird dann wieder eingekuppelt, was zur
Instabilität
des Fahrzeugs führen
kann. Im ausgekuppelten Zustand laufen die Antriebsräder ebenfalls
frei, so daß kein
Schleppschlupf auftritt. Schleppschlupf tritt auf, bevor ausgekuppelt
und nachdem wieder eingekuppelt wird, bis durch die Momentenerhöhung die
Zugphase beginnt. In anderen vorteilhaften Ausführungsbeispielen wird nicht
ausgekuppelt, so daß während der
ganzen Schubphase Schleppschlupf auftritt.
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Bremst
der Fahrer während
der Schubphase, so wird bei vorderradgetriebenen Fahrzeugen der Schleppschlupf
erhöht,
bei hinterachsgetriebenen Fahrzeugen anstelle des Schleppschlupfes
Bremsschlupf aufgebaut, weil die Vorderräder langsamer laufen als die
Hinterräder.
Der Bremsschlupf oder Schleppschlupf ist während einer ABS-Regelphase hoch.
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Zur
Verbesserung des Lastwechselverhaltens, das heißt zur Verbesserung des Übergangs
von der Schubphase (oder bei ausgekuppeltem Zustand von der Leerlaufphase)
in die Zugphase wird die das Drehmoment beeinflussende Betriebsgröße begrenzt.
Zu diesem Zweck wird aus dem Radschlupf während der Schubbetriebsphase
ein Begrenzungswert für
die Betriebsgröße, insbesondere
für deren Sollwert
ermittelt. Dies erfolgt im bevorzugten Ausführungsbeispiel auf der Basis
von Kennfeldern oder Kennlinien, welche wenigstens in Abhängigkeit des Betrags
des Radschlupfes einen Begrenzungswert für die Betriebsgröße (Drosselklappenstellung,
Drehmoment oder Motorleistung) enthalten. Neben dem Radschlupf wird
in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
auch noch die Fahrzeuggeschwindigkeit beziehungsweise eine der Fahrzeuggeschwindigkeit angenäherte Größe berücksichtigt.
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Für die Ermittlung
des Begrenzungswertes aus dem Radschlupf werden je nach Ausführungsbeispiel
verschiedene Vorgehensweisen eingesetzt. Zum einen wird der maximale
Schlupf während
einer Schubphase ermittelt, oder ein Schlupfwert, der unmittelbar
vor dem Lastwechsel vorliegt oder ein Schlupfwert, der unmittelbar
vor dem Auskuppeln vorlag. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt der Schlupfwert,
der unmittelbar vor dem Lastwechsel (ggf. nach dem Einkuppeln) vorliegt,
der Bestimmung des Begrenzungswert zugrunde.
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Wechselt
das Fahrzeug von der Schubphase in die Zugphase, was beispielsweise
durch ein Überschreiten
einer Nullmomentenkennlinie der Betriebsgröße erkannt wird, wird der vom
Fahrer vorgegebene Sollwert oder der eingestellte Istwert der Betriebsgröße auf den
abhängigen
vom Radschlupf vorgegebenen Begrenzungswert begrenzt. Der Begrenzungswert
wird dann gemäß einer
Zeitfunktion erhöht,
beispielsweise gemäß einer
linearen Zeitfunktion, so daß nach
und nach dem Fahrer ein größeres Moment
zur Verfügung
steht. Die Erhöhung
des Begrenzungswertes findet bis auf einen Maximalwert statt, der
keine Begrenzung mehr zur Folge hat. Die Zeitfunktion ist dabei
derart bestimmt, daß durch
die Begrenzung keine wesentliche Beeinträchtigung der Dynamik erfolgt
und daß Instabilitäten wirksam
vermieden werden.
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Im
bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird vom Fahrer ein Solldrosselklappenwinkel vorgegeben, welcher über einen
Lageregler durch Betätigen der
Drosselklappe eingeregelt wird. Bei Lastwechsel wird ein Begrenzungswinkel
für die
Drosselklappenstellung abhängig
vom Betrag des Radschlupfs bestimmt, welcher den vom Fahrer vorgegebenen
Sollwert, beispielsweise durch eine Minimalwertauswahl begrenzt.
Nach dem Lastwechsel wird der Begrenzungswert zeitlich linear bis
auf den maximal möglichen
Sollwert erhöht.
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Im
bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird der Radschlupf durch Vergleich der Geschwindigkeit eines ausgewählten (z.
B. durch eine Maximalwertauswahl) Antriebsrades und eines (z. B.
entsprechend) ausgewählten
freirollenden Rades oder auf der Basis des Mittelwerts der Geschwindigkeiten
der Antriebsräder
und des Mittelwerts der freirollenden Räder bestimmt.
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Im
bevorzugten Ausführungsbeispiel
erfolgt die Realisierung der beschriebenen Vorgehensweise als Rechenprogramm.
Die Flußdiagramme
der 2 und 3 skizzieren solche Rechenprogramme.
Sie werden zu vorgegebenen Zeitpunkten durchlaufen.
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Nach
Start des in 2 dargestellten Programms wird
im ersten Schritt 100 ein die Schubphase kennzeichnendes
Flag eingelesen. Dies wird gesetzt, wenn sich das Fahrzeug in der
Schubphase befindet (z. B. Unterschreiten der Nullmomentenkennlinie,
losgelassenes Fahrpedal, etc.). Die Schubphase tritt immer dann
auf, wenn die Antriebseinheit vom Antrieb angetrieben wird. Im Schritt 102 wird überprüft, ob die
Schubphase vorliegt. Ist dies der Fall, wird gemäß Schritt 104 der
Radschlupf der Antriebsräder
bestimmt, beispielsweise indem die mittlere Antriebsraddrehzahl
mit der mittleren Geschwindigkeit der nichtangetriebenen Rädern verglichen
wird. Daraufhin wird im Schritt 106 der Begrenzungswert
DKgrenz für
die Drosselklappenstellung wenigstens nach Maßgabe des Betrags des ermittelten
Radschlupfes und einer vorgegebenen Kennlinie beziehungsweise einem
vorgegebenen Kenn feld bestimmt. Nach Schritt 106 wird das
Programm beendet und zum nächsten
Zeitpunkt wiederholt.
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Hat
Schritt 102 ergeben, daß keine Schubphase vorliegt,
wird im Schritt 108 überprüft, ob gerade
ein Lastwechsel stattgefunden hat, das heißt ob im letzten Programmdurchlauf
noch die Schubbetriebsphase vorlag. Ist dies der Fall, wird gemäß Schritt 110 der
im letzten Programmdurchlauf ermittelte Begrenzungswert DKgrenz
gespeichert, im gegenteiligen Fall das Programm wie auch nach Schritt 110 beendet.
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Zur
Begrenzung der Drosselklappenstellung in bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird das in 3 skizzierte Programm durchgeführt. Auch
dieses Programm wird zu vorgegebenen Zeitpunkten nach erkanntem
Lastwechsel durchlaufen. Im ersten Schritt 200 wird der
abhängig
vom Fahrerwunsch gebildete Drosselklappensollwert DKsoll eingelesen.
Im Schritt 208 wird überprüft, ob das
Programm erstmalig nach einem Lastwechsel durchlaufen wird. Ist
dies der Fall, wird im Schritt 210 der Maximalwert der Drosselklappenstellung
DKmax auf den gespeicherten Grenzwert DKgrenz festgelegt. Daraufhin
wird im Schritt 212 der vom Fahrer vorgegebene Sollwert DKsoll
mit diesem Maximalwert verglichen. Überschreitet der Sollwert den
Maximalwert, so wird gemäß Schritt 214 der
auszugebende Sollwert DKs auf den Maximalwert DKmax festgelegt.
Unterschreitet der Sollwert den Maximalwert, so wird gemäß Schritt 216 der
auszugebende Sollwert DKs auf den vom Fahrer vorgegebenen Sollwert
DKsoll gesetzt. Danach wird das Programm beendet. In einem anderen Programm
wird Sollwert DKs an den Lageregler ausgegeben.
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Hat
Schritt 208 ergeben, daß das Progamm nicht erstmalig
durchlaufen wird, so wird gemäß Schritt 218 der
Maximalwert um den Wert Δ erhöht. Der
Schritt 218 stellt die zeitliche Veränderung des Begrenzungswertes
dar. Danach wird gemäß Schritt 220 überprüft, ob der
Grenzwert Dkmax einen Maximalwert max erreicht hat. Ist dies der
Fall, wird das Programm beendet und erst bei nächsten Lastwechsel wieder durchlaufen.
Ist der Maximalwert noch nicht erreicht, wird mit Schritt 212 und
der Bestimmung des Sollwerts fortgefahren.
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Neben
der Darstellung der Begrenzung auf der Basis des Drosselklappenstellungssollwertes
erfolgt in einem anderen Ausführungsbeispiel
in analoger Weise die Begrenzung auf der Basis des Drosselklappenistwertes.
Entsprechend wird bei Lösungen, bei
denen nicht die Drosselklappenstellung, sondern das Drehmoment oder
die Antriebsleistung der Antriebseinheit vorgegeben wird, die Begrenzung
auf der Basis der entsprechenden Soll- oder Istwerte durchgeführt.
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Die
Wirkungsweise der beschriebenen Vorgehensweise ist anhand der Zeitdiagramme
der 4 verdeutlicht. Dabei zeigt 4a das
Vorliegen einer Schubphase bis zum Zeitpunkt t0, 4b den zeitlichen
Verlauf des Betrags des Radschlupfes, 4c den
Verlauf der Fahrpedalstellung und 4d den
Verlauf des Drehmoments M der Antriebseinheit. Zunächst befindet
sich das Fahrzeug in der Schubbetriebsphase. Das Fahrzeug fahre
in der Schubphase (vgl. 4a). Es
liegt ein gewisser Schleppschlupf gemäß 4b vor,
das Fahrpedal ist losgelassen, das Drehmoment negativ. Zum Zeitpunkt
t0 betätigt
der Fahrer das Fahrpedal (vgl. 4c). Entsprechend
wird gemäß 4a die Schubphase
verlassen und der Betrag des Radschlupfes verändert schnell seinen Wert,
wobei er nach dem Zeitpunkt t0, wenn das Drehmoment die Nulllinie
kreuzt, auf den Wert 0 abfällt.
Ohne eine Begrenzung würde
entsprechend eine große,
sprungförmige
Veränderung
des Drehmoments nach dem Zeitpunkt t0 stattfinden (vergleiche 4d,
strichlierte Linie). Infolge der Begrenzung findet nach dem Zeitpunkt
t0 ein begrenzter Anstieg des Drehmoments bis zu dem vom Fahrer
vorgegebenen Drehmoment statt (erreicht zu einem Zeit Punkt t1).
Auch der Schlupfverlauf gemäß 4b zeigt
durch die Begrenzung einen flacheren Verlauf (punktierter Verlauf ohne
Begrenzung, durchgezogener Verlauf mit Begrenzung).
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Die
Bestimmung des Übergangs
von der Schubphase in die Zugphase findet je nach Ausführungsbeispiel
abhängig
von einem Vergleich des Drehmoments mit einer Nullmomentenkennlinie,
der Drosselklappenstellung mit einer solchen Kennlinie, abhängig von
der Fahrpedalstellung, etc. statt. Dabei muß als Übergang nicht immer exakt der
Zeitpunkt getroffen werden, in dem das Drehmoment tatsächlich von
negativen auf positive Werte wechselt. In diesem Sinne bedeutet
im Übergang
in die Zugphase lediglich einen Bereich um diesen exakten Übergangspunkt
herum.
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Entsprechendes
gilt auch, wenn die dargestellte Vorgehensweise beim Übergang
von der Leerlaufphase der Antriebseinheit in die Zugphase angewendet
wird. Hier wird der Schlupf in der Leerlaufphase ermittelt und entsprechend
ein Begrenzungswert abgeleitet, der dann beim direktem Übergang
(z. B. gleichzeitiges Schließen
der Kupplung und schnelles Gasgeben) die Größe begrenzt. Leerlaufphase liegt
dabei dann vor, wenn die Verbindung zwischen Antriebseinheit und
Antrieb offen ist.
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Entsprechendes
gilt auch, wenn die dargestellte Vorgehensweise beim Übergang
von einer Bremsphase des Fahrzeugs in die Zugphase angewendet wird.
Hier wird der Schlupf in der Bremsphase ermittelt und entsprechend
ein Begrenzungswert abgeleitet, der dann beim direktem Übergang
(z. B. gleichzeitiges Schließen
der Kupplung und schnelles Gasgeben) die Größe begrenzt. Eine Bremsphase liegt
dabei dann vor, wenn der Fahrer das Bremspedal betätigt, insbesondere
wenn ein ABS-Eingriff vorliegt.