DE4414129C2 - Verfahren zur Bestimmung eines maximal zulässigen Antriebsmoments eines Kraftfahrzeugmotors zur vorsteuernden Vermeidung instabiler Fahrzustände bei Kurvenfahrten - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung eines maximal zulässigen Antriebsmoments eines Kraftfahrzeugmotors zur vorsteuernden Vermeidung instabiler Fahrzustände bei Kurvenfahrten

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines maximal zulässigen Antriebsmoments eines Kraftfahrzeugmotors zur vorsteuernden Vermeidung instabiler Fahrzustände bei Kurvenfahrten.
Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 441 176 A1 ist ein System bekannt, bei dem ein Fahrerwunschmoment und ein von der Querbeschleunigung abhängiges Kurvenantriebsmoment ermittelt und die beiden Momente in einem definierten Verhältnis additiv verknüpft werden. Das Fahrerwunschmoment wird hierbei über die Drosselklappenstellung und die Motordrehzahl aus einem Motorkennfeld bestimmt. Die Querbeschleunigung wird aus Signalen eines Lenkwinkelsensors berechnet.
Das dargestellte System erweist sich in seinem Aufbau und seinen Verfahrensabläufen als relativ komplex und aufwendig.
DE 39 38 444 C1 beschreibt ein Verfahren zur Regelung des Antriebsschlupfes, bei dem das von den angetriebenen Rädern maximal übertragbare Antriebsmoment eines Kraftfahrzeug­ motors bei Kurvenfahrten bestimmt wird, wobei sich der Wert des maximal zulässigen Antriebsmoments durch Verminderung des maximal möglichen Antriebsmoments um eine vom Kurvenradius und der Geschwindigkeit, also auch von der Querbeschleunigung und auch von dem Gangübersetzungsverhältnis abhängigen Größe ergibt.
Aus der DE 41 40 239 A1 ist es bekannt, die Quer­ beschleunigung des Fahrzeugs aus den Drehzahlen der Räder einer nicht angetriebenen Achse zu berechnen.
Aus den Fig. 3 und 5 der DE 42 00 997 A1 gehen von der Querbeschleunigung abhängige Kraftschlußwerte und Grenzkurven hervor, die zur Einhaltung einer fahrdynamischen Sicherheitsreserve korrigiert werden.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zu schaffen, um auf besonders einfache und kostengünstige Weise ein maximal zulässiges Antriebsmoment eines Kraftfahrzeugmotors zu bestimmen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Querbeschleunigung des Kraftfahrzeuges aus Raddrehzahlen berechnet wird und daß der Wert des maximal zulässigen Antriebsmomentes dadurch bestimmt wird, daß der Wert des maximal möglichen Antriebsmomentes des Kraftfahrzeugmotors durch Differenzbildung um einen Reduktionswert vermindert wird, wobei in den Reduktionswert das Gangübersetzungsverhältnis und die Querbeschleunigung als Faktoren eingehen und daß eine Einrichtung zur Einstellung des Motormomentes vorgesehen ist und daß das von der Einrichtung maximal einstellbare Motormoment auf den Wert des maximal zulässigen Antriebsmomentes begrenzt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dabei durch einen besonders geringen Aufwand an Hardware und Software aus. Insbesondere kann es als Funktion eines Antriebsschlupfregelsystems oder eines Motorsteuergerätes zur Ansteuerung der Drosselklappe realisiert werden.
Besonders vorteilhaft ist, daß die Querbeschleunigung auf einfache Weise aus Raddrehzahlsignalen berechnet wird. Da die Erfassung von Raddrehzahlsignalen bei modernen Kraftfahrzeugen für verschiedene Funktionen (Anti-Blockier-System, Antriebsschlupfregelung, Motorsteuerung) ohnehin vorgesehen wird, ist hierdurch die Bestimmung der Querbeschleunigung ohne Mehraufwand für spezielle Querbeschleunigungssensoren oder Lenkwinkelsensoren möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren wirkt dabei als vorsteuerndes System, so daß bei Kurvenfahrten instabile Fahrzustände, bei denen zum Beispiel die Antriebsschlupfregelung eingreifen müßte, vermieden werden können.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Besonders vorteilhaft ist beispielsweise, daß der eingelegte Gang ebenfalls aus Drehzahlsignalen speziell aus dem Verhältnis von Motordrehzahl zur mittleren Drehzahl der angetriebenen Räder, beispielsweise über ein Kennfeld, bestimmt werden kann.
Hierdurch werden zur Gangerkennung keine zusätzlichen Sensoren, wie zum Beispiel Schalter im Getriebe benötigt.
Das zu dem so ermittelten eingelegten Gang gehörende Gangübersetzungsverhältnis ist vorteilhafterweise in einer Tabelle oder einem Kennfeld abgelegt, kann von dort auf besonders einfache Weise ausgelesen werden.
Anhand der Zeichnung soll im folgenden das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden.
Es zeigen
Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens
Fig. 2 die an den Antriebsrädern auftretenden Kräfteverhältnisse, dargestellt anhand des "Kammschen Kreises"
Fig. 3 die Gangabhängigkeit der maximalen Vortriebskraft an den Rädern, dargestellt anhand des "Kammschen Kreises".
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt bei Kurvenfahrt die Vortriebskräfte an den angetriebenen Rädern in Abhängigkeit von der auftretenden Querbeschleunigung so ein, daß ein sicheres Durchfahren der Kurve gewährleistet ist.
Zum besseren Verständnis des Verfahrens zeigt die Fig. 2 die an den Antriebsrädern auftretenden Kräfte in der Darstellungsform des "Kammschen Kreises".
Die resultierende Reifenkraft (F) ergibt sich aus der vektoriellen Addition der Vortriebskraft (Fx) und der bei Kurvenfahrt auftretender Querkraft (Fy). Der Kreisradius stellt die maximal am Reifen übertragbare Kraft dar. Um ein Durchdrehen des Reifens zu verhindern und eine stabile Fahrsituation sicherzustellen, muß sich also der resultierende Kraftvektor (F) innerhalb des "Kammschen Kreises" befinden.
Man sieht hierbei, daß die zulässige Vortriebskraft um so kleiner gehalten werden muß je größer die auftretende Querkraft ist. Bei F (Fx1, Fy2) und F (Fx2, Fy1) handelt es sich beispielsweise noch um sichere Zustände, während die Kombination F (Fx2, Fy2) kräftemäßig nicht mehr übertragbar ist. Hier tritt als Folge unerwünschter Antriebsschlupf auf, der dann, soweit vorhanden, von der Antriebsschlupfregelung regelnd beseitigt werden muß.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich das Auftreten solcher Grenzzustände bereits vorsteuernd verhindern. Dazu wird in Abhängigkeit von der Querkraft (Fy) die zulässige Längskraft (Fx) bzw. das maximal zulässige Radvortriebsmoment durch Reduzierung des Motormoments so eingestellt, daß der resultierende Kraftvektor sicher innerhalb des "Kammschen Kreises" bleibt.
Während die Größe der Querkraft (Fy) nur von der auftretenden Querbeschleunigung (aq) abhängt, ist die sich ergebende Reifenlängskraft (Fx) eine Funktion der Gangübersetzung.
Fy = m × aq (m: Fahrzeugmasse)
Fx = TRad/rRad = (Tmot/ig)/rRad
mit ig = nmot/nRad = TRad/Tmot
worin die Größen T jeweils Drehmomente, n Drehzahlen und der Index mot für den Fahrzeugmotor und der Index Rad für die angetriebenen Räder steht.
Dabei ergeben sich für das maximal mögliche Antriebsmoment (Tm) des Fahrzeugmotors im "Kammschen Kreis" beispielhaft die folgenden maximal möglichen Vortriebskräfte (Fxmax) als Funktion des eingelegten Ganges, welche in der Fig. 3 dargestellt sind.
Man sieht aus der Fig. 3, daß bei gleicher Querkraft (Fy1) die zulässige Vortriebskraft in den unteren Gängen, bezogen auf die jeweils maximal mögliche Vortriebskraft (Fxmax) erheblich stärker reduziert werden muß als beispielsweise im 5. Gang.
Um die Vortriebskraft zu reduzieren, wird das vom Fahrzeugmotor erzeugte Antriebsmoment auf einen maximal zulässigen Wert (Tz) begrenzt, und zwar wie die Fig. 1 zeigt, in Abhängigkeit von der auftretenden Querbeschleunigung (aq) und im Übersetzungsverhältnis (ig) des eingelegten Ganges (g).
Ausgewertet werden Drehzahlsignale von den angetriebenen Rädern (n1, n2) und den nicht angetriebenen Rädern (n3, n4) und die Drehzahl des Fahrzeugmotors (nmot).
Aus dem Verhältniswert von der Drehzahl des Fahrzeugmotors (nmot) und der mittleren Drehzahl der angetriebenen Räder (n1 + n2)/2 wird über ein Kennfeld der eingelegte Gang (g) und aus diesem das zugehörige Gangübersetzungsverhältnis (ig) bestimmt.
Das Gangübersetzungsverhältnis (ig) stellt dabei das Übersetzungsverhältnis des Getriebes und des Differentials dar.
Aus den Drehzahlen der nicht angetriebenen Räder (n3, n4) wird deren mittlere Drehzahl (V) und deren Drehzahldifferenz (dv) berechnet. Das Produkt dieser Größen dividiert durch die Spurbreite (= Abstand der nicht angetriebenen Räder) ergibt den Wert der Querbeschleunigung (aq).
Weiterhin wird zu der mittleren Geschwindigkeit der nicht angetriebenen Räder (V), zum Beispiel über ein Kennfeld, der Wert des Anpaßparameters (K) bestimmt.
Der Faktor (K) wird durch Fahrversuche ermittelt und ist als geschwindigkeitsabhängige Größe ausgelegt, das heißt, er ist im unteren Geschwindigkeitsbereich kleiner als bei hohen Geschwindigkeiten. Hierdurch wird berücksichtigt, daß generell im unteren Geschwindigkeitsbereich deutlich höhere Querbeschleunigungen gefahren werden und dort auch vom Fahrer noch problemlos beherrscht werden können.
Aus den Größen K, ig und aq wird durch Multiplikation der Reduktionswert (R) gebildet. Dieser Reduktionswert (R) wird vom Wert des maximal möglichen Antriebsmoments (Tm) des Kraftfahrzeugmotors abgezogen. Der so erhaltene Wert (Tz) stellt das maximal zulässige Antriebsmoment dar und wird der Steuerungseinrichtung (St) zugeführt, welche den Aktuator zur Einstellung des Antriebsmoments, zumeist ausgeführt als Servodrosselklappe, steuert.
Der Wert (Tz) stellt dabei für die Steuerungseinrichtung (St) die oberste Schranke für das einzustellende Antriebsmoment dar. Hierdurch wird bei Kurvenfahrten vorsteuernd verhindert, daß an den Antriebsrädern zu unzulässigem Schlupf führende Reifenkräfte auftreten.
Zur Ausführung des dargestellten Verfahrens wird neben den zumeist ohnehin vorgesehenen Drehzahlsensoren lediglich eine Recheneinrichtung benötigt, welche mit einer Motorsteuerungs- oder Antriebsschlupf-Regeleinrichtung zusammenwirkt oder als Teil einer der vorgenannten Einrichtungen ausgeführt sein kann.
Bezugszeichenliste
F resultierende Reifenkraft
Fx
, Fx1
, Fx2
Längskraft
Fxmax
maximal zulässige Vortriebskraft
Fy
, Fy1
, Fy2
Seitenkraft
Nmot
Motordrehzahl
n1
, n2
Raddrehzahlen (der angetriebenen Räder)
n3
, n4
Raddrehzahlen (der nicht angetriebenen Räder)
g Gangnummer
ig
Gangübersetzung
v3
, v4
Raddrehgeschwindigkeiten (der nicht angetriebenen Räder)
v mittlere Raddrehgeschwindigkeit (der nicht angetriebenen Räder)
dv Raddrehgeschwindigkeitsdifferenz
aq
Querbeschleunigung
b Spurbreite
K Anpaßparameter
Tm
maximales Antriebsmoment des Fahrzeugmotors
Tz
maximal zulässiges Antriebsmoment
R Reduktionswert
St Steuereinrichtung (für Drehmomentaktuator)

Claims (5)

1. Verfahren zur Bestimmung eines maximal zulässigen Antriebsmomentes eines Kraftfahrzeugmotors zur vorsteuernden Vermeidung instabiler Fahrzustände bei Kurvenfahrten, dadurch gekennzeichnet daß eine Querbeschleunigung (aq) des Kraftfahrzeuges aus Raddrehzahlen (n3, n4) berechnet wird und daß der Wert des maximal zulässigen Antriebsmomentes (Tz) dadurch bestimmt wird, daß der Wert des maximal möglichen Antriebsmomentes (Tm) des Kraftfahrzeugmotors durch Differenzbildung um einen Reduktionswert (R) vermindert wird, wobei in den Reduktionswert (R) das Gangübersetzungsverhältnis (ig) und die Querbeschleunigung (aq) als Faktoren eingehen und daß eine Einrichtung zur Einstellung des Motormomentes vorgesehen ist und daß das von der Einrichtung maximal einstellbare Motormoment auf den Wert des maximal zulässigen Antriebsmomentes (Tz) begrenzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eingelegte Gang (g) aus dem Verhältnis von Motordrehzahl (nmot) und der mittleren Drehzahl der angetriebenen Räder (n1, n2) bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gangübersetzungsverhältnis (ig) in Abhängigkeit vom eingelegten Gang (g) in einer Tabelle gespeichert ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Reduktionswert (R) als weiterer Faktor ein geschwindigkeitsabhängiger Anpaßparameter (K) eingeht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Querbeschleunigung (aq) aus den Drehzahlen (n3, n4) der nicht angetriebenen Räder über die Beziehung
aq = dv × v/b
berechnet, wobei
dv = v3 - v4 und v = (v3 + v4)/2 und
b die Spurbreite der nicht angetriebenen Räder ist.
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