DE3741247C1 - Verfahren zur Anpassung von Schlupfschwellwerten fuer ein Antriebsschlupf- und/oder Bremsschlupf-Regelsystem an die Bereifung eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Verfahren zur Anpassung von Schlupfschwellwerten fuer ein Antriebsschlupf- und/oder Bremsschlupf-Regelsystem an die Bereifung eines Kraftfahrzeuges

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Anpassung von Schlupfschwellwerten für ein Antriebsschlupf- und/oder Bremsschlupf-Regelsystem an die Bereifung eines Kraftfahr­ zeuges. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vor­ richtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Eine Einrichtung zum Ermitteln von Schlupfschwellwerten für ein Antriebsschlupf-Regelsystem ist aus der DE-OS 35 45 652 bekannt. Bei dieser Einrichtung wird eine mittlere Schlupfschwelle durch einen niedrigeren Wert ersetzt, wenn das Fahrzeug schneller als mit einer vor­ gegebenen Geschwindigkeit in einer Kurve fährt, die Fahr­ zeuglängsbeschleunigung innerhalb eines bestimmten Be­ reiches liegt und eine Antriebsschlupfregelung stattfindet. Hingegen wird die mittlere Schlupfschwelle durch einen höheren Wert ersetzt, wenn das Fahrzeug ebenfalls in einer Kurve fährt und die Fahrzeuglängsbeschleunigung oberhalb des vorgenannten Bereiches liegt. Bei Kurvenfahrt ist so­ mit in gewissem Sinne eine Anpassung der Schlupfschwelle an die bei Kurvenfahrt benötigte Stabilität erkennbar, der Reib­ beiwert, d. h. die Griffigkeit des Fahrzeuges bezüglich der Beschaffenheit der gerade befahrenen Straße bleibt hierbei unberücksichtigt, so daß beispielsweise bei trockener, griffiger Fahrbahn auf einen niedrigeren Schlupfschwellwert umgeschaltet wird, obwohl dies gerade nicht erforderlich wäre.
Bislang ist eine Veränderung von Schlupfschwellwerten ledig­ lich bei Antriebsschlupf-Regelsystemen zur Anpassung an be­ stimmte Fahrzustände bzw. zur Verbesserung von Traktion bzw. Stabilität bekannt. Auf unterschiedliche Ausrüstung der Fahrzeuge hinsichtlich der Bereifung wird bislang keine Rücksicht genommen, obwohl Fahrzeuge mit Antriebsschlupf- wie auch Bremsschlupf-Regelsystemen auf ein und derselben Fahr­ bahn recht unterschiedlich reagieren, je nachdem, ob sie mit Sommer- oder Winterreifen bzw. mit neuen oder abgefahrenen Reifen ausgerüstet sind.
Bei bekannten Regelsystemen werden überwiegend konstante Schlupfschwellen verwendet, die auf den ungünstigsten Fall - Glatteis - abgestimmt sein mußten. Diese Schlupfschwellen sind jedoch für höheren Reibwert zu niedrig, so daß dann nur geringe Beschleunigungen möglich sind und die Antriebs­ schlupfregelung unnötig oft zugeschaltet wird. Unter­ schiedliche Bereifungen und die dadurch veränderten Fahr­ zeugreaktionen werden nicht berücksichtigt.
Des weiteren ist eine Einrichtung zum Überwachen des Aus­ nutzungsgrades des vorherrschenden Fahrbahnreibwertes beim Bremsen und/oder Beschleunigen eines Kraftfahrzeuges bekannt (DE-OS 37 05 983), bei welcher aus der Rad- und Fahrzeug­ geschwindigkeit der momentane Schlupf berechnet und als Funktion der gemessenen Fahrzeugbeschleunigung dargestellt wird. Aus abgespeicherten Schlupfkennlinien für typische Fahrbahnzustände wird dann die der momentanen Schlupffunktion am nächsten kommende Kennlinie ermittelt und sodann das Ver­ hältnis zwischen dem erfaßten höchsten Beschleunigungswert und dem höchsten Beschleunigungswert der ermittelten Schlupf­ kennlinie gebildet und angezeigt, wobei diese Anzeige den Fahrer darüber informiert, wie weit er den vorherrschenden Fahrbahn-Reibwert ausnutzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Anpassung von Schlupfschwellwerten für ein Antriebsschlupf- und/oder Bremsschlupf-Regelsystem anzugeben, welches in der Lage ist, der vorhandenen Bereifung eines Kraftfahrzeuges besser zu­ geordnete Schlupfschwellen vorzugeben und damit optimale Regelbedingungen sowohl bei Antriebsschlupf- als auch bei Bremsschlupf-Regel­ systemen zu schaffen. Aufgabe der Erfindung ist auch, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens an­ zugeben.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Mit diesem Verfahren ist es möglich, während der Fahrt die Schlupfschwellen automatisch an die jeweilige Be- reifung anzupassen und damit optimale Regelbedingungen zu schaffen.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruchs 4.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens und eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu entnehmen.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Fahrleistungsdiagramm,
Fig. 2 ein Diagramm der erzielbaren Fahrzeug­ längsbeschleunigung abhängig vom Reibbeiwert,
Fig. 3 ein aus den beiden Diagrammen nach Fig. 1 und Fig. 2 erstelltes Fahrleistungs-Reib­ wert-Diagramm,
Fig. 4 ein Diagramm mit unterschiedlichen Reib­ beiwert-Schlupf-Kurven und
Fig. 5 ein schematisches Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt ein an sich bekanntes Fahrleistungsdiagramm für einen bestimmten Typ eines Kraftfahrzeuges, welches durch Versuche empirisch ermittelt oder mit Hilfe eines physikalischen Modells eines kippstabilen starren Zwei­ rades aus bekannten Fahrzeuggrößen mit bestimmten Verein­ fachungen errechnet werden kann. Aus diesem Fahrleistungs­ diagramm ist zu ersehen, welche Fahrzeuglängsbeschleuni­ gung - auf der Ordinate aufgetragen - in den einzelnen Gängen bei einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit - auf der Abszisse aufgetragen - bei Vollast der Antriebs­ maschine erzielbar ist.
Mittels des gleichen physikalischen Modells eines kipp­ stabilen starren Zweirades ist für den bestimmten Kraft­ fahrzeugtyp auch die in Abhängigkeit vom Reibbeiwert zwischen Fahrzeug und Fahrbahn erzielbare Fahrzeuglängs­ beschleunigung aus dem Fahrzeugstillstand berechenbar. Das Ergebnis dieser Rechnung ist die in Fig. 2 dargestellte Kurve 1. Da sie nur für die Fahrzeuggeschwindigkeit v F= 0 km/h gültig ist, geht sie durch den Ursprung des Koordinatensystems. Fahrwiderstände treten dabei nicht auf. Werden die Fahrwider­ stände (Roll-, Luftwiderstand u.s.w.) in der Berechnung berücksichtigt, so ergeben sich die in Fig. 2 einge­ zeichneten Linien 2, die hier nur für einige diskrete Ge­ schwindigkeiten bis zur maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit v Fmax dargestellt sind. Der Anstieg der Geschwindigkeit ist durch einen Pfeil verdeutlicht. Diese Kurvenschar wird von einer gestrichelten Kurve 3 begrenzt, welche aus dem Fahrleistungsdiagramm in Fig. 1 gewonnen wird und die maximale Fahrzeuglängsbeschleunigung angibt, die bei der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit erreichbar ist. Daraus ist ersichtlich, daß die maximale Beschleunigung nur aus dem Fahrzeugstillstand bei optimalem Reibbeiwert erzielbar ist (Punkt 4) und daß bei Fahrzeughöchstgeschwindigkeit v F max keine Beschleunigung mehr möglich ist (Punkt 5). Aus diesem Diagramm ist aber auch der Mindestreibwert ablesbar, der erforderlich ist, um eine bestimmte Fahr­ zeuggeschwindigkeit zu erreichen. Dieser Wert ist auf der Abszisse abzulesen, wo die der gewünschten Fahrzeug­ geschwindigkeit zugeordnete Kurve 2 sie schneidet bzw. berührt. Die beiden Diagramme nach Fig. 1 und Fig. 2 können nun miteinander zu einem Fahrleistungs-/Reibbei­ wert-Diagramm verbunden werden, wie in Fig. 3 dargestellt.
Aus Fig. 2 sind jeweils 2 verschiedene Punkte mit gleichem Reibbeiwert zu entnehmen, nämlich z. B. für eine bestimmte konstante Fahrzeuggeschwindigkeit und für den Fahrzeug­ stillstand. Zum Beispiel:
Im Punkt 5, bei Fahrzeughöchstgeschwindigkeit, beträgt der Mindestreibbeiwert etwa µ=0,3. Bei diesem Reibbeiwert ist aus dem Fahrzeugstillstand eine maximale Fahrzeug­ längsbeschleunigung von etwa a x=1,4 m/s² erzielbar (Linien 6, 7 und Punkt 8). Werden diese beiden Punkte in das Fahrleistungsdiagramm (in Fig. 1) übertragen und mit­ einander verbunden, Fig. 3, Punkte 5 und 8 und gestrichelte Linie 9, so ergibt diese Linie 9 etwa eine Kurve konstanten Reibbeiwerts bzw. konstanter Griffigkeit und das Diagramm wird zum Fahrleistungs-/Reibbeiwert-Diagramm. Die Kurven konstanter Griffigkeit sind nur in Vereinfachung Gerade, im praktischen Fall gekrümmte Linien 10. Diese können für das gesamte Kennfeld ermittelt werden und sind in Fig. 3 dargestellt. Somit ist jedem Punkt dieses Kennfeldes, dessen Koordinaten sich aus einem bestimmten Wert der Fahrzeug­ geschwindigkeit v F und einem bestimmten Wert der Fahrzeug­ längsbeschleunigung a x zusammensetzen, ein eindeutiger Reibbeiwert µ zugeordnet.
Fig. 4 zeigt ein an sich bekanntes Diagramm mit zwei Reib­ beiwert-/Schlupfkurven, wobei Kurve 11 mit einem Sommer­ reifen und Kurve 12 mit einem Winterreifen auf ein und derselben Fahrbahn erreicht wird. Für einen bestimmten Reibbeiwert µ₀ ergeben sich also unterschiedliche Schlupf­ werte λ₀ und g₁. Liegt beispielsweise die Schlupfschwelle für ein Antriebsschlupf-Regelsystem bei λ₀ und ist diese optimal auf den der Kurve 11 zugeordneten Sommerreifen abgestimmt, so ist leicht zu sehen, daß bei einem Reifen­ wechsel auf einen der Kurve 12 entsprechenden Winter­ reifen das Regelsystem nun mit der Schlupfschwelle λ₀ bei einem wesentlich niedrigeren Reibbeiwert als µ₀ zu regeln beginnt und damit nicht mehr optimal arbeitet, da dieser Reifen beim gleichen Reibbeiwert µ₀ einen wesentlich größeren Schlupf aufweist.
Aus diesem Grund wird nun im Fahrleistungs-Reibwert- Diagramm nach Fig. 3 ein schmales Meßfenster 21 definiert, welches nach den angegebenen Maßstäben des Diagramms durch µ ≈ 0,4 und einen Fahrgeschwindigkeitsbereich v F≦ωτ l00km/h festgelegt ist.
Wenn sich nun das Kraftfahrzeug in einem in diesem Meß­ fenster 21 enthaltenen Betriebspunkt befindet, beispiels­ weise v F = 50 km/h und a x = 1,8 m/s², was einem momentan genutzten Reibbeiwert von µ ≈ 0,4 entspricht, kann man, wenn sich das Kraftfahrzeug in einem später definierten Fahrzustand befindet, den in diesem Betriebspunkt vor­ handenen Schlupf an den angetriebenen Rädern messen. Ist beispielsweise der vorgegebene Schlupfschwellwert gleich λ₀ und wird mit den momentan gefahrenen Reifen in diesem Betriebspunkt an den angetriebenen Rädern ein Schlupfwert λ₁ gemessen, so wird der gemessene Schlupf­ wert λ₁ übernommen, sodaß im Reibwert-Schlupf-Diagramm nunmehr ein neuer Schwellwert λ₁ festliegt, der dem Reib­ beiwert µ₀ zugeordnet ist.
Dieser Schlupfschwellenabgleich soll nur in einem "normalen" Fahrzustand vorgenommen werden, bei dem keine fahrdynamischen Parameterveränderungen erfolgen, d. h., bei Geradeausfahrt (Lenkwinkel β = 0), wobei die ange­ triebenen Räder keine Drehzahldifferenz Δ v H durch unter­ schiedliche Reibbeiwerte aufweisen (homogene Fahrbahn), wobei die Beschleunigung der angetriebenen Räder der Fahrzeugbeschleunigung a x entspricht (kein Antriebsmomenten­ überschuß) und wobei kein Antriebsschlupf- oder Brems­ schlupf-Regelvorgang stattfindet.
Mit dem so ermittelten neuen Schlupfwert λ₁, der dem Reibbeiwert µ₀ zugeordnet ist, kann nun auf einfache Weise für ein Antiblockiersystem, bei dem beispielsweise ein einem Reibbeiwert von µ R = 0,15 zugeordneter Schlupfschwell­ wert g S verwendet wird, dieser aus einer vorgegebenen Funktion λ = f (µ) ermittelt werden. Ist diese Funktion beispielsweise linear, so ist
g S = λ₁.µ R /µ₀.
Dieser Wert ist etwa konstant, solange die Reifeneigen­ schaften dieselben bleiben. Nützen sich die Reifen ab oder werden durch andere ersetzt, ändert sich auch die Schlupfschwelle λ S .
Bei einem Antriebsschlupf-Regelsystem gelten in der Regel andere Schlupfschwellen, die nach dem genannten Verfahren auch periodisch mit Abständen im Millisekundenbereich der momentan befahrenen Fahrbahn angepaßt werden können, indem aus dem Kennfeld (10) entsprechend den Eingangsgrößen Fahr­ zeuggeschwindigkeit v F und Fahrzeuglängsbeschleunigung a x ein momentaner Reibbeiwert µ K ermittelt wird und ein diesem zugeordneter Schlupfschwellwert g' S bei beispielsweise ebenfalls linearer vorgegebener Funktion λ = f (µ) aus:
λ' S = g₁.µ K /µ₀
berechnet wird.
Mit diesen Schlupfschwellwerten λ S bzw. g' S arbeiten Brems­ schlupf- bzw. Antriebsschlupf-Regelsystem entsprechend ihren Programmen in an sich bekannter Weise.
Ein schematisches Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 5 dargestellt. Mit 13 sind Drehzahlsensoren der vier Fahrzeugräder bezeichnet, welche den Raddrehzahlen bzw. Radumfangsgeschwindigkeiten v VL, v VR, v HL, v HR der linken und rechten Vorder- und Hinterräder zugeordnete Signale an eine Elektronikschaltung 14 liefern, welche daraus Fahrzeuggeschwindigkeit v F, Fahrzeuglängsbeschleunigung a x sowie Drehzahldifferenz Δ v H, Beschleunigung a R und die Schlupfwerte λ R , λ L der angetriebenen Räder errechnet.
Mit 15 ist ein gespeichertes Kennfeld bezeichnet, welchem die Fahrzeuggeschwindigkeit v F und die Fahrzeuglängsbe­ schleunigung a x als Eingangsgrößen zugeführt werden und welches einen diesen Eingangsgrößen zugeordneten Reib­ beiwert µ K ausgibt.
Wenn die Bedingungen
  • a) Lenkwinkel β = 0,
  • b) keine Drehzahldifferenz Δ v H der angetriebenen Räder,
  • c) Beschleunigung a R entspricht der Fahrzeugbe­ schleunigung a x und
  • d) kein ABS- bzw. ASR-Regelvorgang
zutreffen und ein durch ein im Kennfeld (10) definiertes Meßfenster festgelegter Betriebszustand erreicht ist, wird der momentan an den angetriebenen Rädern gemessene Schlupf λ₁ erfaßt und ersetzt den fest vorgegebenen Schlupfwert λ₀, der zusammen mit den oben definierten Größen µ₀ und µ R gespeichert ist.
In einer Rechenschaltung 20 wird entsprechend den oben angegebenen Formeln ein Schlupfschwellwert λ S für die Bremsschlupfregelung 16 und/oder ein fester oder variabler Schlupfschwellwert λ' S für die Antriebsschlupfregelung 16′ ermittelt und den Regelsystemen 16 bzw. 16′ zusammen mit den übrigen benötigten Größen (Schlupf der angetriebenen Räder, Beschleunigungen u.s.w., wie an sich bekannt), die über Leitungen 19 den Regelsystemen zugeleitet werden, zugeführt, die entsprechend ihren Programmen auf den Antrieb, angedeutet durch eine Drosselklappe 17 bzw. auf die Bremsen 18 der angetriebenen und nicht angetriebenen Räder in bekannter Weise einwirken.

Claims (6)

1. Verfahren zur Anpassung von Schlupfschwellwerten für ein Antriebsschlupf- und/oder Bremsschlupf-Regel­ system an die vorhandene Bereifung eines Kraftfahr­ zeuges, dadurch gekennzeichnet,
daß eine für den jeweiligen Fahrzeugtyp bestimmte, aus den Drehzahlen der nicht angetriebenen Räder ermittelte Kurve (1) der erreichbaren Fahrzeugbeschleunigung (a x) aus dem Fahrzeugstillstand (v F= 0) als Funktion des Reibbeiwertes (µ) bestimmt wird,
daß diese Kurve (1) unter Berücksichtigung der von der Fahrzeuggeschwindigkeit (v F) abhängigen Fahrwiderstände zu einem Kennfeld (10) des Reibbeiwertes (µ), abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit (v F) und der Fahrzeug­ beschleunigung (a x) erweitert wird,
daß in diesem Kennfeld (10) ein einem bestimmten Reib­ beiwert (µ₀) zugeordnetes Meßfenster (21) festgelegt wird, und
daß ein dem bestimmten Reibbeiwert (µ₀) zuzuordnender Basis-Schlupfschwellwert (λ₀) dann durch den an den an­ getriebenen Rädern auftretenden Schlupfwert (λ₁) ersetzt wird, wenn das Kraftfahrzeug einen durch das Meßfenster (21) definierten Fahrzustand erreicht und gleichzeitig
  • a) das Fahrzeug geradeaus fährt (β = 0),
  • b) die angetriebenen Räder keine Drehzahldifferenz (Δ v H) aufweisen,
  • c) die Beschleunigung (a R) der angetriebenen Räder der Fahrzeugbeschleunigung (a x) entspricht und
  • d) keine Antriebsschlupf- oder Bremsschlupf-Regelung stattfindet,
wobei der jeweils zur Anwendung kommende Schlupfschwell­ wert (λ S ) dem korrigierten, dem bestimmten Reibbeiwert (µ₀) zugeordneten Schlupfwert (λ₁) entspricht oder zu­ geordnet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Schlupfschwellwert (g S ) nach dem Verhältnis λ S = λ₁. µ R /µ₀ bestimmt wird, wobei der Reibbei­ wert µ R derjenige Reibbeiwert ist, für welchen das Regelsystem ausgelegt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Schlupfschwellwert (g' S ) laufend nach dem Ver­ hältnis λ' S = λ₁.µ K /µ₀ bestimmt wird, wobei µ K laufend aus dem Kennfeld (10) ermittelt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 für ein Antriebsschlupf- und/oder Bremsschlupf- Regelsystem eines Kraftfahrzeuges, mit die Umfangsge­ schwindigkeiten der Fahrzeugräder ermittelnden Sensoren, mit einer aus den Signalen dieser Sensoren die benötigten Betriebsparameter ermittelnden Einrichtung und mit einem auf einen vorgebbaren Schwellwert ansprechenden Schlupf­ komparator für jedes nichtangetriebene und/oder ange­ triebene Fahrzeugrad, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Einrichtung (15) vorgesehen ist, welcher periodisch die Größen Fahrzeuggeschwindigkeit (v F) und Fahrzeuglängsbe­ schleunigung (a x) eingegeben werden und welche einen diesen Größen zugeordneten, in einem Kennfeld (10) gespeicherten Reibbeiwert (µ K ) ausgibt und welche einen vorgegebenen Schlupfwert (λ₀) durch den an den angetriebenen Rädern gemessenen Schlupfwert (λ₁) ersetzt, wenn das Kraftfahr­ zeug sich in einem durch ein diesem Reibbeiwert zuge­ ordnetes Meßfenster (21) innerhalb des Kennfeldes (10) definierten Betriebszustand befindet und gleichzeitig die Bedingungen
  • a) Geradeausfahrt des Kraftfahrzeuges,
  • b) keine Drehzahldifferenz der angetriebenen Räder,
  • c) Beschleunigung der angetriebenen Räder gleich der Fahrzeugbeschleunigung und
  • d) kein Antriebsschlupf- oder Bremsschlupf- Regelvorgang
erfüllt sind,
daß innerhalb der Einrichtung (15) eine Rechenschaltung (20) vorgesehen ist, welche den vorgegebenen Schlupfwert (λ₀) mittels vorgegebener Reibbeiwerte und einer vorgegebenen Funktion (λ = f (µ) ) auf entsprechende Schlupfschwell­ werte (λ S ; g' S ) umrechnet und diese einem Bremsschlupf- Regelsystem (16) und/oder einem Antriebsschlupf-Regel­ system (16′) als Schlupfschwellwerte vorgibt, von welchem sie zu Steuersignalen für den Antrieb (17) und/oder die Bremsen (18) weiterverarbeitet werden.
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