DE19958772B4

DE19958772B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Antriebsschlupfregelung (ASR) eines Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von Kurvenradius und Querbeschleunigung

Info

Publication number: DE19958772B4
Application number: DE19958772A
Authority: DE
Inventors: Johannes 71706 Schmitt; Thomas 71686 Sauter; Andreas 71706 Zoebele
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2019-12-08
Also published as: JP4728550B2; JP2003523865A; EP1152913A1; DE19958772A1; US6564138B1; CN1338998A; WO2001042039A1; CN1269666C

Abstract

Verfahren zur Antriebsschlupfregelung (ASR) eines Kraftfahrzeugs, wobei mehrere Sensoren (1, 2, 3) – die Beschleunigung in der Querachse (AY), – die Fahrgeschwindigkeit der Räder und – den Kurvenradius (R) der Straße erfassen, und wobei aus den erfassten Werten ein Schlupfwert eines jeden Rades ermittelt und dieser mit einer vorgegebenen Schlupfschwelle (LAMB AY B) verglichen wird und wobei bei Überschreiten der vorgegebenen Schlupfschwelle (LAMB AY B) die Schlupfschwelle für das angetriebene kurveninnere Rad geändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlupfschwelle nach der Geradengleichung: LAMB AY RAD LAMB AY·G = (OFF AY + AY FAK·AY)·Gbestimmt wird, wobei OFF AY eieter für die Geradengleichung und G ein Wichtungsfaktor ist, der den Kurvenradius (R) berücksichtigt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung zur Antriebsschlupfregelung eines Kraftfahrzeugs nach der Gattung der nebengeordneten Ansprüche 1 und 7. Aus der DE 35 45 716 A1 ist schon eine Einrichtung zur Vortriebsregelung an Kraftfahrzeugen bekannt, bei der im Sinne der Verhinderung eines unerwünschten Durchdrehens der angetriebenen Fahrzeugräder (Schlupf) diese abgebremst bzw. deren 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 Fahrzeuggeschwindigkeit zur Wirkung kommen. So wird beispielsweise über eine Kurvenfahrt-Erkennungseinrichtung die Querbeschleunigung erfaßt und daraus ein Wert für eine Verringerung 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.
Aus der DE 39 33 653 A1 ist weiterhin ein Radschlupfregelungssystem bekannt. Dort wird bei Erkennung einer Kurve auf unterschiedliche zulässige Schlupfwerte umgeschaltet, derart, dass ein Giermoment erzeugt wird, das dem durch die Über- oder Untersteuerneigung des Fahrzeugs entstehenden Giermoment entgegengerichtet ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den zulässigen Schlupfwert an den Radius der Kurve anzupassen.
Diese Augabe wird durch ein Verfahren zur Antriebsschlupfregelung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung nach den nebengeordneten Ansprüchen 1 bzw. 7 haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß der Schwellwert für den Schlupf in Querrichtung zum Kraftfahrzeug in Abhängigkeit vom Kurvenradius der Straße bestimmt wird. Bei einer Kurvenfahrt wird das kurveninnere 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 kurvenäußere Rad. Das führt zwangsläufig dann dazu, daß das Antriebsdrehmoment 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 Maßnahmen 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 Querbeschleunigung des Fahrzeugs, gegebenenfalls der „mittleren Achse” berücksichtigt wird, da die Querbeschleunigung neben dem Kurvenradius auch ein Maß für die Traktionsreserve darstellt.
Durch zusätzliche Erfassung der Fahrgeschwindigkeit kann auf einfache Weise der Schlupfwert für einzelne Räder ohne großen Aufwand vorteilhaft bestimmt werden.
Günstig ist auch, daß die Schlupfschwelle in Abhängigkeit von der Kurvenrichtung bestimmt wird, da dadurch die Zuordnung der Querbeschleunigung zu dem entsprechenden kurveninneren Rad möglich ist.
Als besonderer Vorteil wird angesehen, daß die Steuerung einen Wichtungsfaktor zur Ermittlung des Schlupfes bestimmt. Dadurch können Straßenverhältnisse, beispielsweise Landstraßen mit unterschiedlicher Ordnung oder Autobahnen mit ihren unterschiedlichen Eigenschaften bezüglich der Befahrbarkeit besser berücksichtigt werden.
Die Abhängigkeit des Wichtungsfaktors als Funktion einer Geraden ist mit einem Softwareprogramm einfach realisierbar und benötigt in vorteilhafter Weise keinen größeren Speicherbedarf.
Durch Erhöhen der Schlupfschwelle für das kurveninnere Rad, das vom Motor angetrieben wird, ergeben sich höhere Fahrgeschwindigkeiten, 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 anzupassen.
Da bei langgezogenen Kurven mit sehr großem Kurvenradius das Risiko für ein riskantes Fahrmanöver relativ gering ist, genügt es, die Schlupfschwelle auf einen Mindestwert zu begrenzen.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. 1 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung und 2 zeigt ein Diagramm zur Ermittlung des Wichtungsfaktors G.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das Blockschaltbild der 1 zeigt ein Steuergerät 4, in dem im wesentlichen der Schwellwert für den Schlupf in Abhängigkeit vom Kurvenradius und ggf. weiteren Parametern berechnet 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 desweiteren 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 denen prinzipiell die Giergeschwindigkeit und die Querbeschleunigung berechnet werden. An einem Ausgang wird die berechnete Schlupfschwelle für jedes Rad dem im Fahrzeug bereits vorhandenen Antriebsschlupfgerät ASR 6 zugeführt. Dieses Gerät 6 hat wiederum Einfluß entweder auf entsprechende Aktuatoren für die Bremse oder zur Reduzierung des Drehmoments.
In alternativer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Steuergerät 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 seinen einzelnen Baugruppen wie Filter, Mikrocomputer, Vergleicher, 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 Schlupfschwellen 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 2 näher erläutert. Bei der Antriebsschlupfregelung (ASR) wird die Aufgabe bewältigt, das ein zum Durchdrehen neigendes Antriebsrad abgebremst wird, so daß das weniger durchdrehende Rad mit entsprechend weniger Schlupf ein größeres Antriebsmoment auf die Straße übertragen kann. Ohne ASR-Regelung können beispielsweise bei einer Kurvenfahrt typische Situationen auftreten, die zu einem Schleudern des Fahrzeugs führen können. In solch einer Situation ist ein Autofahrer oftmals überfordert und bringt das Fahrzeug nicht mehr unter Kontrolle. Mit der erfindungsgemäßen ASR-Regelung wird dagegen beim Erkennen einer gefährlichen Situation, wenn aufgrund von größer werdenden Querbeschleunigungskräften des Fahrzeugs ein bestimmter Schwellenwert für den Schlupf überschritten wird, das angetriebene kurveninnere Rad abgebremst oder gegebenenfalls die Traktion durch Reduktion des Antriebsmomentes des Motors begrenzt. Dadurch stabilisiert sich das Fahrzeug unter 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 sicherheitsrelevant, da dieses Rad eine geringe oder keine Seitenführung übernimmt. Aus diesem Grund ist es nicht erforderlich, das Antriebsmoment in jedem Fall zu reduzieren. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, für das angetriebene kurveninnere Rad die Schlupfschwelle in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung nach folgender Formel zu erhöhen: LAMB AY = OFF AY + AY FAK·AY
Die so gewonnene neue Schlupfschwelle LAMB AY, die über die Querbeschleunigung AY aufgeweitet wurde, wird nun in Abhängigkeit vom ermittelten Kurvenradius mit einem Wichtungsfaktor G gewichtet. 2 zeigt die Wichtungsfunktion für den Wichtungsfaktor G in Abhängigkeit vom Radius R der Straßenkurve. 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 die gewichtete Schlumpfschwelle für das angetriebene kurveninnere Rad dar. Der Wichtungsfaktor wird dabei 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 vorzugsweise 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 der radiusabhängigen Schlumpfschwelle LAMB AY RAD wird stets die Schlupfschwelle an die aktuelle Querbeschleunigung des Fahrzeugs bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Straßenverlauf 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 Antiblockiersystem ABS zu verbinden, um das gesamte Fahrdynamikkonzept möglichst einfach und kostengünstig aufzubauen.

Claims

Verfahren zur Antriebsschlupfregelung (ASR) eines Kraftfahrzeugs, wobei mehrere Sensoren (1, 2, 3) – die Beschleunigung in der Querachse (AY), – die Fahrgeschwindigkeit der Räder und – den Kurvenradius (R) der Straße erfassen, und wobei aus den erfassten Werten ein Schlupfwert eines jeden Rades ermittelt und dieser mit einer vorgegebenen Schlupfschwelle (LAMB AY B) verglichen wird und wobei bei Überschreiten der vorgegebenen Schlupfschwelle (LAMB AY B) die Schlupfschwelle für das angetriebene kurveninnere Rad geändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlupfschwelle nach der Geradengleichung: LAMB AY RAD LAMB AY·G = (OFF AY + AY FAK·AY)·G bestimmt wird, wobei OFF AY ein konstanter Offsetwert, AY FAK ein Steigungsparameter für die Geradengleichung und G ein Wichtungsfaktor ist, der den Kurvenradius (R) berücksichtigt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Offsetwert (OFF AY) für einen Fahrzeugtyp empirisch ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungsparameter (AY FAK) für einen Fahrzeugtyp empirisch ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wichtungsfaktor (G) nach der Geradengleichung: G = OFF RAD – STEI RAD·R berechnet wird, wobei OFF RAD ein fester Offsetwert für den Kurvenradius (R) und STEI RAD ein Steigungsmaß für die Geradengleichung unter Berücksichtigung des Kurvenradius (R) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenrichtung der Straße ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlupfschwelle auf einen Mindestwert begrenzt wird.
Vorrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, mit mehreren Sensoren (1, 2, 3) zur Erfassung – der Querbeschleunigung (AY) des Kraftfahrzeugs, – der Fahrgeschwindigkeit der Räder und – des Schlupfes der Räder, mit einem Steuergerät (4) zur Vorgabe einer Schlupfschwelle (LAMB AY B) und mit einer Vorrichtung zur Regelung des Schlupfes des angetriebenen kurveninneren Rades, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (4) Mittel aufweist, mit denen die Schlupfschwelle in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung (AY) erhöht wird und in Abhängigkeit von einem gewichteten Kurvenradius (R) reduziert wird.