DE19916096C2 - Antriebsschlupfregelsystem für Fahrzeuge mit angetriebener Vorder- und Hinterachse - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Antriebsschlupfregelsystem für Fahrzeuge mit angetriebener Vorder- und Hinterachse.

Ein solches Antriebsschlupfregelsystem ist beispielsweise aus der DE 34 21 776 A1 (US-Patent 4 589 511) bekannt. Dort wird ein oder mehrere Räder eines allradgetriebenen Fahr­ zeugs gebremst, wenn dieses oder diese Räder im Vergleich zu den anderen Rädern durchdrehen. Dadurch wird beim Anfahren eine Sperrwirkung erreicht, welche die Traktion des Fahr­ zeugs verbessert. Mechanische Sperren sind somit weitgehend überflüssig. Maßnahmen zur Stabilisierung des Fahrzeugs über Bremseneingriff an der Hinterachse werden jedoch nicht be­ schrieben.

Die DE 44 00 685 A1 zeigt ein Allradfahrzeug mit einem Zwischenachs­ differential, mittels dessen die Antriebsmomentenverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse einstellbar ist. Dieses Differential wird in Abhängigkeit vom erfassten und vorgegebenen Gierwinkel des Fahrzeugs gesteuert. Eine Stabilisierung in Verbindung mit einer Traktionsre­ gelung wird nicht erreicht.

Die DE 196 39 621 A1 zeigt ein Traktionssteuersystem für ein allrad­ getriebenes Fahrzeug. Abhängig vom Radschlupf wird dabei für jedes Rad die aufzubauende Bremskraft berechnet, wobei die Bestimmung der Sollbremskraft für jedes Rad in Abhängigkeit der Differenz zwischen Ist-Schlupf und Soll-Schlupf erfolgt. Stabilitätsverbesserende Ef­ fekte treten nicht auf.

Die DE 196 03 427 A1 zeigt eine Traktionsregelung in Verbindung mit einem Allradfahrzeug. Es wird der Bremsdruck in Abhängigkeit der Differenz zwischen dem Schlupfwert des Rades und dem Sollschlupf be­ stimmt. Stabilitätsverbesserende Effekte treten auch hier nicht auf.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei Fahrzeugen mit angetriebe­ ner Vorder- und Hinterachse Maßnahmen anzugeben, mit denen durch Bremseneingriff an der Hinterachse die Fahrzeugbewe­ gung stabilisiert wird.

Dies wird durch die Merkmale des unabhängi­ gen Patentanspruchs erreicht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lösung, bei Auftreten einer Radinstabi­ lität an einem Rad der Hinterachse das stabil laufende Hin­ terrad durch Bremskraftaufbau zu stabilisieren, und somit eine Antriebsmomentenverteilung von der Hinterachse auf die Vorderachse zu bewirken, verbessert die Fahrstabilität eines Fahrzeugs mit angetriebener Vorder- und Hinterachse.

Besonders vorteilhaft ist, daß dies ohne mechanische Diffe­ rentialsperren realisiert wird, so daß ein kostengünstiges Konzept für allradgetriebene Fahrzeuge sich ergibt.

Besonders vorteilhaft ist, daß durch die nachfolgend be­ schriebene Vorgehensweise bei Fahrzeugen mit Hecktriebscha­ rakteristik das Übersteuern bei niedrigen Reibwerten redu­ ziert wird. Dies deshalb, weil durch die Antriebsmomenten­ verlagerung von der Hinterachse auf die Vorderachse letztere in Schlupf gebracht werden kann. Dieser Schlupf führt zu ei­ ner Untersteuerungstendenz. Das Fahrzeug schiebt zum kur­ venäußeren Rand. Dadurch wird das Fahrzeug beherrschbarer, weil das unangenehme Übersteuerungsverhalten deutlich abge­ schwächt wird.

Der herkömmliche traktionsverbessernde Bremseneingriff bei Schlupf an wenigstens einem Vorderrad trägt zudem weiter zur Verbesserung der Stabilität des Fahrzeugverhaltens bei. Dies zeigt sich bei Kurvenfahrt, insbesondere bei Abbiegevorgän­ gen auf Schnee oder Eis mit zügiger Weiterfahrt, da die dort auftretende Übersteuerungstendenz reduziert ist.

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

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein Übersichtsblockschaltbild einer Steuereinrichtung zur Steuerung einer Bremsanlage eines Fahrzeugs im Rahmen des Antriebsschlupfregelsystems. In Fig. 2 ist ein bevor­ zugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorgehens­ weise als Flußdiagramm skizziert. Dieses stellt eine Reali­ sierung als Rechnerprogramm dar.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 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 zu­ geführt werden, die Betriebsgrößen repräsentieren oder aus denen Betriebsgrößen ableitbar sind. Im nachfolgenden werden aus Übersichtlichkeitsgründen lediglich Eingangsleitungen 20 bis 24 dargestellt, welche die Radgeschwindigkeiten reprä­ sentierenden Signale zuführen. Diese werden in Meßeinrich­ tungen 26 bis 30 ermittelt. Daneben werden je nach Ausfüh­ rungsbeispiel weitere Größen zugeführt, z. B. ein die Fahr­ zeuggeschwindigkeit repräsentierendes Signal. Über die Aus­ gangsschaltung 16 und die daran angebundenen Ausgangsleitun­ gen gibt die Steuereinheit 10 Stellgrößen im Rahmen der von der Steuereinheit 10 durchgeführten Steuerungen ab. Über die wenigstens eine Ausgangsleitung 36 wird dabei die Bremsanla­ ge 38 des Fahrzeugs betätigt. Die Bremsanlage ist je nach Ausführungsbeispiel eine hydraulische oder pneumatische Bremsanlage, bei der Bremsdruck in den Radbremsen gesteuert wird oder eine Bremsanlage mit elektromotorischer Zuspan­ nung, bei der die Bremskraft oder das Bremsmoment am Rad eingestellt wird. Im folgenden wird unter Bremskraft daher je nach Ausführung Bremsdruck, Bremskraft, Bremsmoment oder eine mit diesen Größen zusammenhängende Größe verstanden.

Wie nachfolgend beschrieben wird im Rahmen der Antriebs­ schlupfregelung bei einem allradgetriebenen Fahrzeug bezie­ hungsweise einem Fahrzeug mit angetriebener Vorder- und Hin­ terachse durch entsprechenden Bremseneingriff an der Hinter­ achse ein zusätzlicher Stabilitätsgewinn erreicht. Die Vor­ derachse wird dabei abhängig vom jeweiligen Radschlupf gere­ gelt, wobei ein durchdrehendes Rad abhängig vom Radschlupf gebremst wird, um die Traktion des Fahrzeugs aufrechtzuer­ halten. Die stabilitätsverbessernde Wirkung wird erreicht, indem an der Hinterachse Bremskraft auch am nichtschlupfen­ den Rad aufgebaut wird, wenn eines der Hinterachsräder unzu­ lässigen Schlupf aufweist und sich deshalb in Regelung be­ findet.

Es werden verschiedene Geschwindigkeitsbereiche in Bezug auf die Steuerung der Hinterachsräder im Rahmen der Antriebs­ schlupfregelung vorgegeben. Im Anfahrbereich (z. B. unter 10 km/h) gibt es keinen Stabilitätseingriff an der Hinterachse. Es wird eine reine Traktionsregelung durchgeführt, das heißt jedes schlupfende Rad wird durch Bremskraftaufbau individu­ ell abgebremst, während am nicht schlupfenden Rad kein Bremskraftaufbau stattfindet. Die entsprechende Regelung findet auch in Bezug auf die Vorderachsräder statt. Zwischen dem Anfahrbereich und einer Maximalgeschwindigkeit (z. B. 80 km/h), innerhalb dem eine Traktions- und Stabilitätsregelung durch entsprechende Bremsbetätigung der Hinterachsbremsen durchgeführt wird, wird am durchdrehenden Rad (Low-Rad) der Schlupf nach dem folgenden Grundprinzip geregelt. Dieses Grundprinzip gilt auch für die Traktionsregelung.

Die Größe des Bremskraftaufbaus ist abhängig von der Größe des Radschlupfes und der Radbeschleunigung. Ist ein großer Radschlupf vorhanden (große Abweichung zwischen erfaßtem Radschlupf und dem Sollschlupf), wird eine große Bremskraft aufgebaut. Solange großer Radschlupf vorhanden ist, wird weiter aufgebaut. Verringert sich der Radschlupf, wird die Bremskraft möglichst lange gehalten. Zeigt sich eine große Raddynamik, das heißt eine große Beschleunigung des Rades findet ein schnellerer Bremskraftaufbau statt. Ist die Rad­ dynamik klein, das heißt ist die Radbeschleunigung gering, wird die Bremskraft gehalten. Im bevorzugten Ausführungsbei­ spiel einer hydraulischen Bremsanlage wird die Bremskraft durch Bremsdruck bereitgestellt. Der Druckaufbau wird dabei gepulst ausgeführt, wobei sich die Pausenzeiten zwischen den einzelnen Pulsen je nach Radgeschwindigkeit und Radbeschleu­ nigung berechnen. Entsprechend findet der Druckabbau über eine Abbaupulsreihe mit Abbaupulsen statt. Auch diese Pau­ senzeiten werden je nach Radverlauf im oben genannten Sinne modifiziert. Allgemein wird Bremskraft im Rahmen der Trakti­ onsregelung der Antriebsschlupfregelung abgebaut, wenn die Regelabweichung für den Antriebsschlupf am geregelten Rad verschwindet oder wenn bei bestehender Regelabweichung der Schlupf kontinuierlich kleiner wird, so daß auf ein zu gro­ ßes Sperrmoment geschlossen werden kann. Die Regelabweichung ist dabei die Abweichung des Schlupfes des geregelten Rades von dem Sollschlupf beziehungsweise dem Schlupfschwellen­ wert.

Neben dieser Traktionsregelung am durchdrehenden Hinterrad wird das nichtgeregelte Rad (High-Rad) durch Vorspannen in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit stabilisiert, ohne daß ein unzulässiger Schlupf auftritt. Dies führt zu einem Grundsperrmoment mit stabilisierter Wirkung. Im bevor­ zugten Ausführungsbeispiel wird der präventiv aufgebaute Bremsdruck in Fahrzeuggeschwindigkeitsbereichen zwischen 10 und 15 km/h auf 10 bar, zwischen 15 und 20 km/h auf 20 bar, und oberhalb 20 km/h auf 30 bar eingestellt. Dieser Druck wird solange konstant gehalten, bis der Druck am achsglei­ chen Hinterrad, welches geregelt wird, diesen Druck unter­ schreitet. Danach wird in beiden Rädern Druck abgebaut. Die präventiv aufgebaute Bremskraft am High-Rad beugt einer mög­ lichen Instabilität des Fahrzeugs vor. Aufgebaut wird die Bremskraft mit Beginn der Regelung am Low-Rad.

Außerhalb des Anfahrbereichs wird eine besondere Maßnahme durchgeführt, wenn beide Räder unzulässigen Schlupf zeigen. In diesem Fall wird die Bremskraft an den Hinterachsrädern synchron an beiden Rädern entsprechend den oben genannten Vorgehensweise moduliert. Dieser Stabilitätseingriff ist auch bei höheren Geschwindigkeiten wirksam. Der dadurch be­ wirkte Bremskraftaufbau an der Hinterachse führt zu einer Momentenverlagerung auf die Vorderräder, die dann für mehr Vortrieb sorgen können.

Oberhalb des Antriebsschlupfregelbereichs mit Traktions- und Stabilitätsregelung wird auch bei einseitigem Schlupf ober­ halb der oberen Fahrzeuggeschwindigkeitsgrenze (z. B. 80 km/h) die Bremskraft an beiden Hinterrädern synchron modu­ liert, entsprechend der Vorgehensweise im unteren Geschwin­ digkeitsbereich, wenn beide Räder durchdrehen. Dies führt zu einer Stabilitätsverbesserung, die in diesem Geschwindig­ keitsbereich im Vordergrund steht.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die beschriebene Lö­ sung als Programm des Mikrocomputers 12 der Steuereinheit 10 realisiert. Ein Beispiel für ein derartiges Programm ist an­ hand des Flußdiagramms nach Fig. 2 skizziert. Dieses wird zu vorgegebenen Zeitpunkten durchlaufen und zeigt die Steue­ rung der Hinterradbremsen gemäß der oben dargestellten Vor­ gehensweise. An den Vorderachsbremsen bei wenigstens einem durchdrehenden Rad ein Eingriff durchgeführt, welcher in Fig. 2 nicht dargestellt ist und der ohne Stabilitätsverbes­ serung lediglich die Traktion an den Vorderrädern verbes­ sert, indem das durchdrehende Rad gebremst, das nicht durch­ drehende Rad nicht gebremst wird.

Das Programm wird durchlaufen, wenn für ein Hinterrad die Antriebsschlupfregelung aktiv ist, d. h. ab dem Zeitpunkt, an dem an wenigstens einem der Hinterräder Durchdrehneigung (unzulässiger Radschlupf) auftritt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der aufgebaute Bremsdruck in den Radbremsen abgebaut ist. Eine Durchdrehneigung wird erkannt durch Vergleich des jeweiligen Radschlupfwertes mit einem vorgegebenen Soll- be­ ziehungsweise Schwellenwert. Überschreitet der Radschlupf den Sollwert, liegt am entsprechenden Durchdrehneigung vor. Im ersten Schritt 100 nach Start des Programms werden die Radgeschwindigkeiten Vradi der Hinterräder, die Fahrzeugge­ schwindigkeit VFZ eingelesen. Darüber hinaus werden im Schritt 100 die in den Radbremsen eingesteuerten Bremsdrücke eingelesen, welche entweder gemessen oder beispielsweise auf der Basis der Anzahl und/oder der Länge der Aufbau- und Ab­ baupulse geschätzt werden. Im Schritt 102 wird für beide Rä­ der der vorliegende Radschlupf λi ermittelt und mit dem Schwellenwert zur Bildung der Regelabweichung verglichen.

Im Schritt 104 wird dann anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit überprüft, ob sich das Fahrzeug im Anfahrbereich befindet. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Fahrzeugge­ schwindigkeit kleiner als ein vorgegebener unterer Grenz­ wert, z. B. 10 km/h, ist. Ist dies der Fall, wird der unzu­ lässige Radschlupf an dem oder den Rädern gemäß Schritt 106 im Rahmen einer reinen Traktionsregelung reduziert. Dies be­ deutet, daß in der Hinterradbremse Druck aufgebaut wird, de­ ren Rad durchdreht, während am nicht durchdrehenden Rad kein Bremskraftaufbau erfolgt. Stabilitätsverbessernde Maßnahmen wie nachfolgend beschrieben werden im Rahmen der Traktions­ regelung also nicht durchgeführt. Nach Schritt 106 wird das Programm beendet und zum nächsten Zeitpunkt erneut gestar­ tet.

Befindet sich das Fahrzeug nicht im Anfahrbereich, so wird im Schritt 108 überprüft, ob unzulässiger Radschlupf an bei­ den Hinterrädern aufgetreten ist oder ob die Fahrzeugge­ schwindigkeit größer als ein oberer Grenzwert (beispielswei­ se 80 km/h) ist. Ist dies der Fall, wird gemäß Schritt 110 die Druckmodulation an beiden Hinterrädern synchron ausge­ führt. Dies bedeutet, daß der Bremsdruck in beiden Hinter­ radbremsen nach Maßgabe des jeweils höheren Radschlupfes mo­ duliert wird beziehungsweise im Falle der Überschreitung der Maximalgeschwindigkeit der Bremsdruck in beiden Hinterrad­ bremsen nach Maßgabe des Radschlupfes des schlupfenden Rades eingestellt wird. Bei der Modulation des Bremsdruckes in Ab­ hängigkeit des Radschlupfes werden die eingangs genannten Zusammenhänge aus der Traktionsregelung eingesetzt. Nach Schritt 110 wird das Programm beendet und zum nächsten Zeit­ punkt erneut durchlaufen.

Ist keine der Bedingungen aus Schritt 108 erfüllt, wird im Schritt 112 das Low-Rad und das High-Rad definiert. Low-Rad ist dabei das Rad, an welchem der unzulässige Radschlupf auftritt, welches also gebremst wird. High-Rad ist das ande­ re Rad, welches stabil läuft. Im darauffolgenden Schritt 114 werden die Bremsdruckwerte Plowrad am Low-Rad und am High- Rad phighrad miteinander verglichen. Ist der Bremsdruck im Low-Rad größer als der im High-Rad, wird gemäß Schritt 116 der Low-Radbremsdruck nach Maßgabe des Schlupfes und des Radverhaltens (Radbeschleunigung dvrad, Schlupf λ) bestimmt, während gemäß Schritt 118 der Bremsdruck am High-Rad nach Maßgabe der Fahrzeuggeschwindigkeit z. B. wie oben darge­ stellt bestimmt wird. Nach Schritt 118 wird das Programm be­ endet und zum nächsten Zeitpunkt durchlaufen.

Hat Schritt 114 ergeben, daß der Low-Radbremsdruck unter den High-Radbremsdruck absinkt, wird gemäß Schritt 120 an beiden Hinterrädern synchron Druck abgebaut. Ist keines der Hinter­ räder mehr mit Druck beaufschlagt, wird die Antriebsschlupf­ regelung deaktiviert und das Programm beendet.

Claims (7)

1. Antriebsschlupfregelsystem für Fahrzeuge mit angetriebener Vor­ der- und Hinterachse, bei welchem beim unzulässigen Radschlupf an wenigstens einem Antriebsrad dieses Antriebsrad gebremst wird, da­ durch gekennzeichnet, dass

• - bei unzulässigem Radschlupf an einem der angetriebenen Räder der Hinterachse dieses Hinterrad (Low Rad) mit Bremskraft (Plowrad) be­ aufschlagt wird, welche abhängig von der Größe des Radschlupfes (λi) ist,
• - am anderen Hinterrad (High Rad), an dem kein unzulässiger Rad­ schlupf auftritt, eine Bremskraft (Phighrad) vorgegebener Größe auf­ gebaut wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Bremskraft abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist.

3. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Bremskraft am nicht­ schlupfenden Rad abgebaut wird, wenn die Bremskraft am gere­ gelten Rad den Wert der Bremskraft am nichtgeregelten Rad unterschreitet.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremskraft an beiden Rädern synchron abgebaut wird.

5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Anfahrbereich unterhalb einer Mini­ malgeschwindigkeit das schlupfende Rad nach Maßgabe des Rad­ schlupfes gebremst wird, während im nicht schlupfenden Rad keine Bremskraft aufgebaut wird.

6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremskraftmodulation an beiden Rä­ dern der Hinterachse synchron erfolgt, wenn an beiden An­ triebsrädern der Hinterachse unzulässiger Radschlupf auf­ tritt oder wenn nur ein Hinterrad unzulässigen Radschlupf zeigt, die Fahrzeuggeschwindigkeit aber oberhalb einer vor­ gegebenen Maximalschwelle ist.

7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsräder an der Vorderachse nach Maßgabe des Radschlupfes individuell gebremst werden, wobei nur am schlupfenden Rad Bremskraft aufgebaut wird.