DE19958772A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Antriebsschlupfregelung (ASR) eines Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von Kurvenradius und Querbeschleunigung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Antriebsschlupfregelung (ASR) eines Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von Kurvenradius und Querbeschleunigung

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Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Antriebsschlupfregelung eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, bei dem der Schlupf des angetriebenen kurveninneren Rads des Kraftfahrzeugs erst dann geregelt wird, wenn dessen Schlupf eine vorgegebene Schlupfschwelle überschreitet. Die vorgegebene Schlupfschwelle wird jedoch als Funktion in Abhängigkeit von der auftretenden Querbeschleunigung mit einem Wichtungsfaktor gewichtet. Der Wichtungsfaktor ist dabei umgekehrt proportional zum Kurvenradius der Straße mittels einer Gleichung vorgegeben.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren bzw. einer Vor­ richtung zur Antriebsschlupfregelung eines Kraftfahrzeugs nach der Gattung der nebengeordneten Ansprüche 1 und 8. Aus der DE 35 45 716 A1 ist schon eine Einrichtung zur Vor­ triebsregelung an Kraftfahrzeugen bekannt, bei der im Sinne der Verhinderung eines unerwünschten Durchdrehens der ange­ triebenen Fahrzeugräder (Schlupf) diese abgebremst bzw. de­ ren Antriebsdrehmoment reduziert wird, wenn ein vorgegebener Schwellwert für den Schlupf (Schlupfschwelle) überschritten wird. Dabei werden mehrere Schlupfschwellen vorgegeben, die in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung und der Fahrzeug­ geschwindigkeit zur Wirkung kommen. So wird beispielsweise über eine Kurvenfahrt-Erkennungseinrichtung die Querbe­ schleunigung erfaßt und daraus ein Wert für eine Verringe­ rung des Ausgangs-Drehmoments ermittelt, wenn nur ein Rad durchdreht und entweder eine niedrige Querbeschleunigung und hohe Fahrgeschwindigkeit oder eine hohe Querbeschleunigung und eine niedrige Fahrgeschwindigkeit vorliegen.
Bedingt durch die fest vorgegebenen Schlupfschwellen kann im groben Maße zwar eine Antriebsschlupfregelung durchgeführt werden, eine Anpassung und Optimierung an den tatsächlichen Kurvenverlauf der Straße ist jedoch nur bedingt möglich.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung nach den nebengeordneten Ansprüchen 1 bzw. 8 haben demgegenüber den Vorteil, daß der Schwellwert für den Schlupf in Querrichtung zum Kraftfahrzeug in Abhängigkeit vom Kurvenradius der Stra­ ße bestimmt wird. Bei einer Kurvenfahrt wird das kurveninne­ re Rad einer Antriebsachse verhältnismäßig stark entlastet, so daß es einen größeren Schlupfwert als das kurvenäußere Rad aufweist. Fest vorgegebene Schwellen haben dabei den Nachteil, daß das kurveninnere Rad früher als erwünscht die fest vorgegebene Schlupfschwelle erreicht als das kurvenäu­ ßere Rad. Das führt zwangsläufig dann dazu, daß das An­ triebsdrehmoment zu früh reduziert wird, obwohl dieses Rad bezüglich seines Schlupfes nicht sicherheitskritisch ist. Es wird daher als Vorteil angesehen, die Schlupfschwelle nicht fest vorzugeben, sondern angepaßt an den Straßenverlauf in Abhängigkeit vom Kurvenradius.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in den nebengeordneten Ansprüchen angegebenen Verfahrens bzw. der Vorrichtung gegeben. Besonders vorteilhaft ist, daß zusätzlich noch zu der Schlupfschwelle die Querbeschleuni­ gung des Fahrzeugs, gegebenenfalls der "mittleren Achse" be­ rücksichtigt wird, da die Querbeschleunigung neben dem Kur­ venradius auch ein Maß für die Traktionsreserve darstellt.
Durch zusätzliche Erfassung der Fahrgeschwindigkeit kann auf einfache Weise der Schlupfwert für einzelne Räder ohne gro­ ßen Aufwand vorteilhaft bestimmt werden.
Günstig ist auch, daß die Schlupfschwelle in Abhängigkeit von der Kurvenrichtung bestimmt wird, da dadurch die Zuord­ nung der Querbeschleunigung zu dem entsprechenden kurvenin­ neren Rad möglich ist.
Als besonderer Vorteil wird angesehen, daß die Steuerung ei­ nen Wichtungsfaktor zur Ermittlung des Schlupfes bestimmt. Dadurch können Straßenverhältnisse, beispielsweise Landstra­ ßen mit unterschiedlicher Ordnung oder Autobahnen mit ihren unterschiedlichen Eigenschaften bezüglich der Befahrbarkeit besser berücksichtigt werden.
Die Abhängigkeit des Wichtungsfaktors als Funktion einer Ge­ raden ist mit einem Softwareprogramm einfach realisierbar und benötigt in vorteilhafter Weise keinen größeren Spei­ cherbedarf.
Durch Erhöhen der Schlupfschwelle für das kurveninnere Rad, das vom Motor angetrieben wird, ergeben sich höhere Fahrge­ schwindigkeiten, ohne daß das Fahrzeug instabil wird oder in einen sicherheitskritischen Zustand gerät. Die Wichtung mit dem Wichtungsfaktor stellt dabei eine einfache Möglichkeit dar, die Schlupfschwelle linear an den Kurvenradius anzupas­ sen.
Da bei langgezogenen Kurven mit sehr großem Kurvenradius das Risiko für ein riskantes Fahrmanöver relativ gering ist, ge­ nügt es, die Schlupfschwelle auf einen Mindestwert zu be­ grenzen.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er­ läutert. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung und Fig. 2 zeigt ein Diagramm zur Ermitt­ lung des Wichtungsfaktors G.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das Blockschaltbild der Fig. 1 zeigt ein Steuergerät 4, in dem im wesentlichen der Schwellwert für den Schlupf in Ab­ hängigkeit vom Kurvenradius und ggf. weiteren Parametern be­ rechnet werden. Ihm angeschlossen ist ein Speicher 5, in dem berechnete Werte, wie die aktuelle Schlupfschwelle für die einzelnen Räder, der Wichtungsfaktor G und andere Parameter und Größen gespeichert sind. An das Steuergerät 4 sind des­ weiteren Sensoren, beispielsweise ein Winkelsensor 1, ein Geschwindigkeitsmesser 2 und/oder ein Beschleunigungssensor 3 zur Ermittlung der Querbeschleunigung angeschlossen. Diese Sensoren liefern ihre Meßdaten an das Steuergerät 4, aus de­ nen prinzipiell die Giergeschwindigkeit und die Querbe­ schleunigung berechnet werden. An einem Ausgang wird die be­ rechnete Schlupfschwelle für jedes Rad dem im Fahrzeug be­ reits vorhandenen Antriebsschlupfgerät ASR 6 zugeführt. Die­ ses Gerät 6 hat wiederum Einfluß entweder auf entsprechende Aktuatoren für die Bremse oder zur Reduzierung des Drehmo­ ments.
In alternativer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Steu­ ergerät 4 Bestandteil der Antriebsschlupfregelung (ASR- Gerät) ist. Dabei ist das Steuergerät 4 vorzugsweise in Form eines Softwareprogrammes ausgebildet und im Steuerprogramm für das ASR-Gerät 6 integriert. Das ASR-Gerät 6 ist mit sei­ nen einzelnen Baugruppen wie Filter, Mikrocomputer, Verglei­ cher, Speicher usw. per se bekannt, muß daher nicht näher erläutert werden.
Das ASR-Gerät 6 liefert je nach Größe der auftretenden Schlupfwerte im Vergleich zu den berechneten Schlupfschwel­ len entsprechende Steuersignale zur Betätigung der einzelnen separat ansteuerbaren Bremszylinder bzw. zur Drosselung des Drehmoments des Antriebsmotors. Ziel ist dabei, daß das Fahrzeug auch bei einer Kurvenfahrt eine stabile Spurführung hat, ohne das die Frontpartie oder das Heck ausbrechen und das Fahrzeug durch Rotation um die Gierachse für den Fahrer unkontrollierbar wird.
Im folgenden wird die Funktionsweise des Verfahrens bzw. der Vorrichtung unter Berücksichtigung der Fig. 2 näher erläu­ tert. Bei der Antriebsschlupfregelung (ASR) wird die Aufgabe bewältigt, das ein zum Durchdrehen neigendes Antriebsrad ab­ gebremst wird, so daß das weniger durchdrehende Rad mit ent­ sprechend weniger Schlupf ein größeres Antriebsmoment auf die Straße übertragen kann. Ohne ASR-Regelung können bei­ spielsweise bei einer Kurvenfahrt typische Situationen auf­ treten, die zu einem Schleudern des Fahrzeugs führen können. In solch einer Situation ist ein Autofahrer oftmals überfor­ dert und bringt das Fahrzeug nicht mehr unter Kontrolle. Mit der erfindungsgemäßen ASR-Regelung wird dagegen beim Erken­ nen einer gefährlichen Situation, wenn aufgrund von größer werdenden Querbeschleunigungskräften des Fahrzeugs ein be­ stimmter Schwellenwert für den Schlupf überschritten wird, das angetriebene kurveninnere Rad abgebremst oder gegebenen­ falls die Traktion durch Reduktion des Antriebsmomentes des Motors begrenzt. Dadurch stabilisiert sich das Fahrzeug un­ ter bestimmten Voraussetzungen selbsttätig, ohne daß der Fahrer eingreifen muß.
Da bei einer Kurvenfahrt das kurveninnere Rad aufgrund der Querbeschleunigung stark entlastet wird, tritt bei ihm ein größerer Schlupf auf als bei dem kurvenäußeren Rad. Der Schlupf des kurveninneren Rades ist jedoch nicht sicher­ heitsrelevant, da dieses Rad eine geringe oder keine Seiten­ führung übernimmt. Aus diesem Grund ist es nicht erforder­ lich, das Antriebsmoment in jedem Fall zu reduzieren. Erfin­ dungsgemäß ist daher vorgesehen, für das angetriebene kurve­ ninnere Rad die Schlupfschwelle in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung nach folgender Formel zu erhöhen:
LAMB AY = OFF AY + AY FAK * AY B
Die so gewonnene neue Schlupfschwelle LAMB AY, die über die Querbeschleunigung AY B aufgeweitet wurde, wird nun in Ab­ hängigkeit vom ermittelten Kurvenradius mit einem Wichtungs­ faktor G gewichtet. Fig. 2 zeigt die Wichtungsfunktion für den Wichtungsfaktor G in Abhängigkeit vom Radius R der Stra­ ßenkurve. Die Wichtungsfunktion für den Wichtungsfaktor G ist eine Gerade mit negativem Verlauf, die durch folgende Formel gebildet wird:
LAMB AY RAD = LAMB AY * G
Diese Formel stellt den gewichteten Schlupf für das ange­ triebene kurveninnere Rad dar. Der Wichtungsfaktor wird da­ bei nach der Formel ermittelt:
G = OFF RAD - STEI RAD * R
Die einzelnen Faktoren bedeuten dabei:
A Y ist die Querbeschleunigung,
LAMB AY ist der Schlupfschwellen-Offset eines Rades als Funktion der Querbeschleunigung A Y,
OFF AY ist ein Offsetwert (Y-Achsenabschnitt),
AY FAK ist die Steigung der Geradengleichung und wird vor­ zugsweise empirisch ermittelt,
LAMB AY RAD ist der über den Kurvenradius gewichtete Offset der Schlupfschwelle,
G ist der Wichtungsfaktor,
OFF RAD ist der vom Radius abhängige Offsetwert (Y- Achsenabschnitt),
STEI RAD ist die von Radius abhängige Steigung der Geraden R ist der Kurvenradius.
Aufgrund des radiusabhängigen Schlupfes LAMB AY RAD wird stets die Schlupfschwelle an die aktuelle Querbeschleunigung des Fahrzeugs bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Stra­ ßenverlauf angepaßt. Dadurch kann ein maximales Drehmoment auf die Straße übertragen werden, ohne daß die Gefahr eines Ausbrechens des Fahrzeugs gegeben ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, das Steuergerät 4 zusammen mit dem ASR-Gerät 6 oder einem Anti­ blockiersystem ABS zu verbinden, um das gesamte Fahrdynamik­ konzept möglichst einfach und kostengünstig aufzubauen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Antriebsschlupfregelung (ASR) eines Kraft­ fahrzeugs, wobei wenigstens ein Sensor (1, 2, 3) die Be­ schleunigung in der Querachse, die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, der Räder und/oder den Kurvenradius der Straße erfaßt, und wobei aus den erfaßten Werten ein Schlupfwert eines Rades ermittelt und dieser mit einer vorgegebenen Schlupfschwelle (LANB AY B) verglichen wird und wobei bei Überschreiten der vorgegebenen Schlupf­ schwelle der Schwellwert für das kurveninnere Rad geän­ dert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlupfschwel- le (LAMB AY) in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung (AY) nach der Geradengleichung:
LAMB AY = OFF AY + AY FAK * AY
bestimmt wird, wobei OFF AY ein konstanter Offsetwert und AY FAK ein Steigungsparameter für die Geradengleichung ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Offsetwert (OFF AY) für einen Fahrzeugtyp empirisch ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungsparameter (AY FAK) für einen Fahrzeugtyp empirisch ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit vom Radius (RAD) der befahrenen Straße die Schlupfschwelle nach der Gleichung berechnet wird:
LAMB AY RAD = LAMB AY * G,
wobei LAMB AY RAD die Schlupfschwelle unter Berücksichti­ gung des Radius RAD und
G ein Wichtungsfaktor ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wichtungsfaktor (G) nach der Geradengleichung berech­ net wird:
G = OFF RAD - STEI RAD * RAD,
wobei OFF RAD ein fester Offsetwert für den Radius (RAD), STEI RAD ein Steigungsmaß für die Geradengleichung unter Berücksichtigung des Radius und RAD der Kurvenradius ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kurvenrichtung der Straße ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schlupfschwelle auf einen Mindestwert begrenzt wird.
8. Vorrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, mit we­ nigstens einem Sensor (1, 2, 3) zur Erfassung der Querbe­ schleunigung des Kraftfahrzeugs, der Fahrgeschwindigkeit und/oder des Schlupfes eines Rades, mit einem Steuergerät (4) zur Vorgabe einer Schlupfschwelle und mit einer Vor­ richtung zur Regelung des Schlupfes des kurveninneren Ra­ des, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (4) Mittel aufweist, mit denen die Schlupfschwelle (LAMB AY) in Ab­ hängigkeit von der Querbeschleunigung (AY) erhöht und in Abhängigkeit von einem gewichteten Kurvenradius (RAD) re­ duziert wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Bestimmung der Schlupfschwelle (LAMB AY) ein Softwareprogramm enthalten.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vorrichtung Bestandteil eines übergeordneten Fahrzeugsteuergerätes, insbesondere eines Gerätes zur Re­ gelung der Fahrdynamik oder eines Antiblockiersystems ist.
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