DE4211173A1 - Antriebsschlupfregelung für ein Kraftfahrzeug mit einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsschlupfregelung für ein Kraftfahrzeug mit einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Antriebsschlupfregelungen sind als Anfahrhilfen oder für den Fahrbetrieb zur Erhöhung der Fahrstabilität und in der Kombi­ nation beider Möglichkeiten bekannt.

In einer bekannten Ausführung wird durch eine Steuereinheit ein Durchdrehen des Rades in Antriebsrichtung erkannt und dieses Rad durch eine Ansteuerung der entsprechenden Brems­ leitung abgebremst. Dadurch wird eine Traktionskontrolle zur Erhöhung der Fahrstabilität im Fahrbetrieb erreicht.

Bei dieser Traktionskontrolle wird jedes einzelne Rad auf Schlupf überwacht und auch jedes einzelne Rad der Antriebs­ achse gezielt abgebremst. Üblicherweise erfolgt dabei eine einseitige Abbremsung, da beide Räder in der Antriebsachse zum Ausgleich unterschiedlich zu fahrender Wege über ein Ausgleichsgetriebe miteinander verbunden sind.

Ein Problem bei der beschriebenen Traktionskontrolle durch in der Regel einseitiges Abbremsen eines angetriebenen Rads besteht darin, daß bei einer angenommenen Fehlfunktion in der Steuerung ein Rad einseitig und für den Fahrer unerwartet abgebremst werden würde, wodurch ein Fahrzeug, besonders bei höheren Geschwindigkeiten nur schwer beherrschbar wäre. Es ist daher ein relativ großer Aufwand an Sicherheitsvorkeh­ rungen zur Vermeidung solcher Fehlfunktionen erforderlich.

Es ist weiter eine grundsätzlich andere Art einer Antriebs­ schlupfregelung bekannt, die nicht unmittelbar auf die Räder wirkt sondern das Antriebsmoment beim Auftreten eines An­ triebsschlupfs reduziert. Eine solche Antriebsschlupfregelung umfaßt Teile einer Motorsteuereinheit zur Steuerung des Betriebs der Brennkraftmaschine, insbesondere in Abhängigkeit der Last und der Drehzahl.

Die Motorsteuereinheit enthält eine Kraftstoffeinspritz- Steuereinrichtung, mit der zylinderselektiv eine Kraftstoff­ zumessung und eine Kraftstoffeinspritzung in jeden der Zylin­ der der Brennkraftmaschine steuerbar sind. Ersichtlich reduziert eine Ausblendung und damit Verringerung von Ein­ spritzungen das Antriebsmoment. Für die Ausblendung von Einspritzungen steht die gesamte Zylinderzahl z zur Verfü­ gung.

Die Motorsteuereinheit enthält weiter eine Zündsteuereinheit mit einer Zündwinkel-Steuereinrichtung, wobei diese einen in Abhängigkeit von Betriebsparametern optimierten, praktisch kontinuierlich einstellbaren, bestimmten Zündwinkel vorgibt. Eine Änderung des Zündwinkels gegenüber diesem bestimmten Zündwinkel führt zu einer Änderung des aktuellen Motordrehmo­ ments und damit des gesamten Antriebsmoments des Fahrzeugs.

Die Antriebsschlupfregelung enthält weiter eine Antriebs­ schlupf-Erkennungseinrichtung, die über Drehzahlaufnehmer an den Rädern des Kraftfahrzeugs Differenzdrehzahlwerte, insbe­ sondere Differenzdrehbeschleunigungswerte zwischen angetrie­ benen und nicht angetriebenen Rädern bzw. an einer angetrie­ benen und nicht angetriebenen Achse ermittelt, woraus sich die Größe eines Antriebsschlupfs ergibt und errechnet wird.

Weiter umfaßt die Antriebsschlupfregelung eine Überschuß­ moment-Bestimmungseinheit, die aus dem Wert für die Größe des Antriebsschlupfs bzw. den Differenzdrehbeschleunigungswerten, der anliegenden Getriebeübersetzung, dem aktuellen Motordreh­ moment entsprechend dem Betrieb der Motorsteuereinheit sowie dem Massenträgheitsmoment des Antriebsstrangs und der Räder die Größe eines Überschußdrehmoments errechnet. Durch Verrin­ gerung des aktuellen Motordrehmoments um den Betrag dieses Überschußmoments wird der Antriebsschlupf beseitigt.

Die Antriebsschlupfregelung umfaßt weiter eine Reduktions- Steuereinrichtung, mit der die Kraftstoffeinspritz-Steuerein­ richtung so gesteuert wird, daß in einem Ausblendmuster über eine bestimmte Zylinderzahl und eine bestimmte Anzahl von Arbeitshüben Einspritzungen ausgeblendet werden. Dadurch wird ein Antriebsmoment als Reduktionsmoment entsprechend dem er­ rechneten Überschußdrehmoment ausgeblendet und beseitigt.

Die Größe und die Ausblendung des Reduktionsmoments ist nur diskontinuierlich in Stufen möglich, da nur Beiträge zum Aus­ blendmoment auf ganze Zylinder bezogen geleistet werden können. Zum Beispiel besteht ein solcher Stufenbeitrag bei einem Sechszylindermotor in 1/12 des aktuellen Motordreh­ moments bezogen auf zwei Arbeitshübe. Dies ist eine relativ grobe Rasterung und Abstufung, die in gewissen Betriebs­ zuständen den Regelkomfort durch eine ruckende Einstellung des Motordrehmoments negativ beeinflussen kann. Weiter besteht die Gefahr, daß durch die nur gestufte Möglichkeit, das Überschußdrehmoment abzubauen, trotz der Antriebs­ schlupfregelung Radschlupfphasen mit einer negativen Beein­ flussung der Fahrstabilität auftreten können.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine gattungsge­ mäße Antriebsschlupfregelung hinsichtlich der Funktion und des Regelkomforts zu verbessern.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 ist die Reduktionssteuereinrichtung auch mit der Zündsteuereinheit verbunden. Diese wird durch die Reduk­ tionssteuereinrichtung so gesteuert, daß gleichzeitig mit der Ansteuerung der Kraftstoffeinspritz-Steuereinrichtung für eine Einspritzausblendung der ursprüngliche Zündwinkel um einen Betrag so verschoben wird, daß dadurch das Antriebs­ moment um ein Anpassungsmoment geändert wird. Dieses Anpas­ sungsmoment ist Teil des Reduktionsmoments und entspricht in seiner Größe wenigstens einem Teil der durch die Einspritz­ ausblendung gegebenen Stufenbereiche für das Reduktions­ moment. Dadurch ist es möglich, Reduktionsmomente mit einer feineren Inkrementierung vorzugeben. Weiter wird anschließend der aktuelle Zündwinkel so gesteuert, daß eine kontinuier­ liche Verstellung und ein homogener Übergang des aktuellen Zündwinkels auf den ursprünglichen Zündwinkel erfolgt. Da­ durch wird das Reduktionsmoment nicht die Stufen sondern bei entsprechender Auslegung und Dimensionierung praktisch konti­ nuierlich abgebaut, so daß eine ruckfreie Einstellung des neuen Motormoments erreicht wird. Insgesamt wird dadurch der Regelkomfort erhöht und Radschlupfphasen, die die Fahrstabili­ tät negativ beeinflussen können, werden sicher unterbunden.

Der vorstehend beschriebene Teil der Antriebsschlupfregelung betrifft eine "Vorsteuerung" zum Abbau eines Überschußdreh­ moments. Wenn dieses abgebaut ist, wird in an sich bekannter Weise die Regelung so weiterbetrieben, daß ein geringer, als Antriebsbedingung notwendiger Antriebsschlupf an der Antriebs­ achse gegenüber der nicht angetriebenen Achse zugelassen wird.

Für einen kontinuierlichen Übergang zum Abbau des Überschuß­ drehmoments wird gemäß Anspruch 2 konkret vorgeschlagen, daß bei einem Erfordernis, das Ausblendmuster von l/zk auf m/zk zu ändern, der Zündwinkel um einen Betrag verschoben wird, der momentenmäßig der Differenz (n-m)/zk entspricht.

Wenn ein Antriebsschlupf erkannt wird, muß dieser durch die Antriebsschlupfregelung möglichst schnell abgebaut werden, so daß die Regelung entsprechend schnell eingreifen muß. Als Stellglied kann dazu nach Anspruch 3 in an sich bekannter Weise eine elektrisch betätigbare Drosselklappe (E-Gas) vorgesehen sein. Dabei kann das Problem einer relativ großen Totzeit zwischen Drosselklapppen-Winkeländerung und korrespon­ dierender Motorreaktion auftreten. Diese Totzeit ist durch die Laufzeit einer Luftsäule über die Länge des Ansaugtrakts bestimmt. Zur Kompensierung dieser Totzeit wird vorgeschla­ gen, gleichzeitig mit einer Drosselklappen-Winkelverstellung eine Zündwinkelverschiebung durchzuführen. Diese Zündwinkel­ verschiebung ist in der Größe so zu wählen, daß sie der (sofortigen) Motorreaktion der Drosselklappen-Winkelver­ stellung entspricht, so daß eine entsprechende Motorreaktion sofort verzögerungsfrei erfolgt. Anschließend wird diese Zündwinkelverschiebung nach der Laufzeit der Luftsäule durch den Ansaugtrakt wieder homogen zurückgenommen, da dann die neue Drosselklappenstellung wirkt. Somit sind keine länger an­ dauernden Zündwinkelverschiebungen nötig, so daß thermische Probleme beim Einsatz eines Abgaskatalysators nicht auf­ treten.

Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung mit weiteren Einzelheiten, Merkmalen und Vorteilen näher erläutert.

In der einzigen Figur ist schematisch eine Antriebsschlupf­ regelung 1 für ein Kraftfahrzeug mit einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine dargestellt. Zur Steuerung der Brennkraft­ maschine ist eine Motorsteuerelektronik 2 vorgesehen, die insbesondere eine Kraftstoffeinspritz-Steuereinrichtung 3 und eine Zündsteuereinheit 4 mit einer Zündwinkel-Steuereinrich­ tung 5 umfaßt.

Der Motorsteuerelektronik 2 sind eine Reihe von Betriebspara­ metern als Signale zugeführt, wovon als wesentliche Parameter die Drehzahl 6 die Temperatur 7 und die Last 8 schematisch eingezeichnet sind.

Anhand von Kennfeldern 9 werden in Abhängigkeit der Betriebs­ parameter über die Steuereinrichtungen 3, 4, 5 zylinder­ selektiv die Kraftstoffzumessung und die Kraftstoffein­ spritzung sowie der Zündwinkel berechnet und entsprechende Signalgrößen 10, 11 an die nachgeschalteten Stellglieder aus­ gegeben.

Weiter sind schematisch vier Räder 12, 13, 14, 15 des Fahrzeugs dargestellt, wovon die Räder 12, 13 an einer ange­ triebenen und die Räder 14, 15 an einer nicht angetriebenen Achse angebracht sind. An den Rädern sind berührungslose Dreh­ zahlaufnehmer 16, 17, 18, 19 angeordnet, die die ermittelten Drehzahlsignale an eine Antriebsschlupf-Erkennungseinrichtung 20 weiterleiten. In der Antriebsschlupf-Erkennungseinrichtung 20 werden aus den Drehzahlsignalen Differenzbeschleungiungs­ werte zwischen den angetriebenen Rädern 12, 13 und den nicht angetriebenen Rädern 14, 15 ermittelt und daraus die Größe eines Antriebsschlupfs errechnet.

Ein Signal entsprechend der Größe eines Antriebsschlupfs wird an eine Überschußmoment-Bestimmungseinheit 21 weitergeleitet. In dieser Einheit 21 wird aus dem Wert für die Größe des Antriebsschlupfs, der anliegenden Getriebeübersetzung (Signal 22), dem aktuellen Motordrehmoment (Signal 23) entsprechend dem Betrieb der Motorsteuereinheit, sowie dem bekannten Massenträgheitsmoment des Antriebsstrangs und der Räder 12 bis 15 die Größe eines Überschußdrehmoments errechnet. Bei Verringerung des aktuellen Motordrehmoments (Signal 23) um den Betrag des Überschußmoments verschwindet der Antriebs­ schlupf.

Ein Signal entsprechend dem Überschußmoment wird einer Reduk­ tionssteuereinrichtung 24 zugeführt, über die die Kraftstoff­ einspritz-Steuereinrichtung 3 so angesteuert wird (Leitung 25), daß in einem Ausblendmuster über eine bestimmte Zylinder­ zahl und eine bestimmte Anzahl von Arbeitshüben durch eine Ausblendung von Einspritzungen ein Reduktionsmoment entspre­ chend dem errechneten Überschußdrehmoment eingestellt wird.

Zugleich wird über eine Leitung 26 auch die Zündsteuereinheit 4 so angesteuert, daß gleichzeitig mit der Ansteuerung der Kraftstoffeinspritz-Steuereinrichtung 3 für eine Einspritz­ ausblendung der ursprüngliche Zündwinkel um einen Betrag so verschoben wird, daß dadurch das Antriebsmoment um ein Anpassungsmoment geändert wird, das Teil des Reduktions­ moments ist und das in seiner Größe wenigstens einem Teil der durch die Einspritzausblendungen gegebenen Stufenbereiche für das Reduktionsmoment entspricht. Im weiteren Verlauf der Ansteuerung wird der aktuelle Zündwinkel in einem homogenen Übergang auf den ursprünglichen Zündwinkel verstellt.

Weiter ist schematisch eine Drosselklappen-Steuereinrichtung 27 eingezeichnet, die im wesentlichen lastabhängig (Last­ signal 8) arbeitet und mit einer Signalgröße 28 auf einen elektrischen Drosselklappenantrieb wirkt.

Diese Drosselklappen-Steuereinrichtung 27 ist über eine Leitung 29 mit der Zündsteuereinheit verbunden. Diese wird so angesteuert, daß eine Totzeit zwischen Drosselklappenwinkel­ änderung und korrespondierender Motorreaktion kompensiert wird. Diese Totzeit entsteht aufgrund der Laufzeit einer Luft­ säule durch die Länge des Luftansaugtrakts. Die Kompensierung wird so vorgenommen, daß gleichzeitig mit einer Drosselklap­ penwinkelverstellung eine Zündwinkelverschiebung durch die Zündwinkel-Steuereinrichtung 5 vorgenommen wird, die in der Größe der Motorreaktion der Drosselklappenwinkelverstellung entspricht. Diese Zündwinkelverschiebung wird anschließend nach der Laufzeit der Luftsäule durch den Ansaugtrakt wieder homogen zurückgenommen. Dadurch ist ein schneller Eingriff der Antriebsschlupfregelung 1 gewährleistet, da durch die Kompensierung keine Totzeit durch die Länge des Luftansaug­ trakts auftritt.

Claims (3)

1. Antriebsschlupfregelung (ASR) für ein Kraftfahrzeug mit einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine,
wobei die Brennkraftmaschine eine bestimmte Anzahl z von Zylindern aufweist,
mit einer Motorsteuereinheit zur Steuerung des Betriebs der Brennkraftmaschine, insbesondere in Abhängigkeit der Last und der Drehzahl,
die Motorsteuereinheit eine Kraftstoffeinspritz-Steuerein­ richtung umfaßt, mit der zylinderselektiv eine Kraftstoff­ zumessung und eine Kraftstoffeinspritzung in jeden der z Zylinder der Brennkraftmaschine steuerbar sind, wobei eine Ausblendung von Einspritzungen das Antriebsmoment redu­ ziert,
die Motorsteuereinheit weiter eine Zünd-Steuereinheit mit einer Zündwinkel-Steuereinrichtung umfaßt und diese einen in Abhängigkeit von Betriebsparametern optimierten, praktisch kontinuierlich einstellbaren, bestimmten Zünd­ winkel vorgibt, wobei eine Änderung des Zündwinkels gegen­ über diesem bestimmten Zündwinkel zu einer Änderung des Antriebsmoments führt,
mit einer Antriebsschlupf-Erkennungseinrichtung, die über Drehzahlaufnehmer an den Rädern des Kraftfahrzeugs Diffe­ renzdrehzahlwerte, insbesondere Differenzdrehbeschleuni­ gungswerte zwischen angetriebenen und nicht angetriebenen Rädern bzw. an einer angetriebenen und nicht angetriebenen Achse und damit die Größe eines Antriebsschlupfs ermit­ telt,
mit einer Überschußmoment-Bestimmungseinheit, die aus dem Wert für die Größe des Antriebsschlupfs bzw. den Differenz­ drehbeschleunigungswerten, der anliegenden Getriebeüber­ setzung, dem aktuellen Motordrehmoment entsprechend den Betrieb der Motorsteuereinheit sowie den Massenträgheits­ momenten des Antriebsstrangs und der Räder die Größe eines Überschußdrehmoments errechnet, das durch Verringerung des aktuellen Motordrehmoments zum Abbau des Antriebsschlupfs erforderlich ist, und
mit einer Reduktions-Steuereinrichtung, mit der die Kraft­ stoffeinspritz-Steuereinrichtung so gesteuert wird, daß in einem Ausblendmuster über eine bestimmte Zylinderzahl und eine bestimmte Anzahl von Arbeitshüben durch eine Ausblen­ dung von Einspritzungen ein Antriebsmoment als Reduktions­ moment entsprechend dem errechneten Überschußdrehmoment beseitigt wird, wobei die Größe und die Ausblendung des Reduktionsmoments nur diskontinuierlich in Stufen (l/zk) möglich ist, entsprechend der Anzahl (z) der Zylinder der Brennkraftmaschine und entsprechend der Anzahl (k) der für die Ausblendung benutzten Arbeitshübe,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Reduktions-Steuereinrichtung (24) auch mit der Zünd-Steuereinheit (4) verbunden ist und diese so steuert,
daß gleichzeitig mit der Ansteuerung der Kraftstoff­ einspritz-Steuereinrichtung (3) für eine Einspritzausblen­ dung der ursprüngliche Zündwinkel um einen Betrag so verschoben wird, daß dadurch das Antriebsmoment um ein Anpassungsmoment geändert wird, das Teil des Reduktions­ moments ist und das in seiner Größe wenigstens einem Teil der durch die Einspritzausblendung gegebenen Stufenbe­ reiche für das Reduktionsmoment entspricht, und
daß anschließend der aktuelle Zündwinkel so gesteuert wird, daß eine kontinuierliche Verstellung und ein homogener Übergang des aktuellen Zündwinkels auf den ursprünglichen Zündwinkel erfolgt.

2. Antriebsschlupfregelung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beim Erfordernis das Ausblendmuster von n/zk auf m/zk zu ändern, der Zündwinkel um einen Betrag ver­ schoben wird, der momentenmäßig der Differenz (n-m)/zk entspricht.

3. Antriebsschlupfregelung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Stellglied in an sich bekannter Weise eine elek­ trisch betätigbare Drosselklappe (Drosselklappen-Steuerein­ richtung 27) vorgesehen ist,
daß zur Kompensierung der aufgrund der Laufzeit einer Luftsäule durch die Länge des Luftansaugtrakts auftreten­ den Totzeit zwischen Drosselklappen-Winkeländerung und korrespondierender Motorreaktion gleichzeitig mit einer Drosselklappen-Winkelverstellung eine Zündwinkelver­ schiebung durch die Zündwinkel-Steuereinrichtung (4) erfolgt in der Größe, die der Motorreaktion der Drossel­ klappen-Winkelverstellung entspricht, und
daß die Zündwinkelverschiebung nach der Laufzeit der Luft­ säule durch den Ansaugtrakt wieder homogen zurückgenommen wird.