DE69208381T2 - Antriebsschlupfermittlung und -regelung - Google Patents

Antriebsschlupfermittlung und -regelung

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Antriebsschlupfermittlung und -regelung.
  • Um Antriebsschlupf eines angetriebenen Rades eines Fahrzeugs zu ermitteln, wird die Geschwindigkeit des Rades mit der Fahrzeuggeschwindigkeit verglichen, welche beispielsweise von der Geschwindigkeit eines oder mehrerer nichtangetriebener Räder oder von der Geschwindigkeit über einem Bodensensor gewonnen wird. Übersteigt die Geschwindigkeit des angetriebenen Rades die Fahrzeuggeschwindigkeit um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert, so wird das Rad als durchrutschend gemeldet und Abhilfemaßnahmen können ergriffen werden. Beispielsweise reagiert eine Antriebsschlupfregelung auf das Ermitteln von übermäßigem Antriebsschlupf durch Reduktion der Motorleistung, so daß ein nichtdurchrutschender Kontakt zwischen dem Rad und dem Boden wiederhergestellt oder der Antriebsschlupf auf ein erträgliches oder gewünschtes Maß beschränkt werden kann. Beispielsweise kann ein kleines Maß an Antriebsschlupf erwünscht sein, um die Fahrzeugleistung zu verbessern. Allerdings führt übermäßiger Antriebsschlupf zu seitlicher Instabilität eines Fahrzeuges und sollte daher vermieden werden.
  • Bekannte Antriebsschlupfermittlungs- und -regelungssysteme, beispielsweise von jener Art, welche im US-Patent 4432430 offenbart wird, nehmen zum Ermitteln des Antriebsschlupfes einen konstanten Schwellwert über der Fahrzeuggeschwindigkeit an. Allerdings stellt ein derartiger konstanter Schwellwert einen Kompromiß zwischen widersprüchlichen Anforderungen dar. Beispielsweise ist bei relativ niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten auf reibungsarmen Oberflächen ein relativ niedriger Schwellwert erstrebenswert, beispielsweise um Übersteuern bei Niedergeschwindigkeitsmanövern zu vermeiden. Um jedoch das Fehlauslösen eines Antriebsschlupfregelungssystems durch relativ große Bodenwellen und Bodenunebenheiten zu vermeiden, ist ein relativ großer Schwellwert erstrebenswert. Außerdem treten bei relativ hohen Geschwindigkeiten Schwankungen der Radgeschwindigkeit, welche durch Bodenunebenheiten hervorgerufen werden, häufiger auf, so daß ein höherer Schwellwert erstrebenswert ist.
  • EP-A-0405984 offenbart ein Antriebsschlupfregelungssystem vom Bremseingriffstyp mit zwei Betriebsarten. In der ersten Betriebsart wirkt der Bremseingriff "gemeinsam" auf die angetriebenen Räder. Bei der zweiten Betriebsart, wirkt der Bremseingriff getrennt auf die angetriebenen Räder. Die gemeinsame Betriebsart wird verwendet, wenn das Fahrzeug relativ rasch dahinfährt, so daß die Fahrzeugstabilität wichtig ist. Die getrennte Betriebsart wird verwendet, wenn das Fahrzeug relativ langsam dahinfährt, beispielsweise, um ein getrennte Regelung der linken und der rechten angetriebenen Räder vorzusehen, welche eventuell über Oberflächen mit unterschiedlichen Reibbeiwerten rollen. In der getrennten Betriebsart kann, wenn eines der angetriebenen Räder durchrutscht, der Motor mit einer übermäßigen Belastung beaufschlagt werden, was zu "Sägen" führen kann. Unter diesen Umständen werden höhere Radgeschwindigkeitsschwellwerte verwendet, um zu vermeiden, daß die Motorleistung mehr als nötig vermindert wird.
  • GB-A-2246179 offenbart eine Antriebsschlupfregelung vom Bremseingriffstyp, welche einen Regelschwellwert aufweist, der aus einem Grundschwellwert und einem Korrekturwert, welcher auf der Antriebsschlupfbeschleunigung beruht, gebildet wird. Der Grundschwellwert weist einen ersten Abschnitt auf, in welchem der Schwellwert linear mit der Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt. Beim angegebenen Beispiel nimmt der Grundschwellwert von einem Ausgangswert von 20 kmh&supmin;¹ bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von Null auf ungefähr 12 kmh&supmin;¹ bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 25 kmh&supmin;¹ ab. Daraufhin steigt der Schwellwert mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit wieder an. Der relativ hohe Anfangsschwellwert wird dahingehend beschrieben, daß er das Startverhalten des Fahrzeugs verbessert, während der mit zunehmender Geschwindigkeit abnehmende Schwellwert die Regelempfindlichkeit verbessert. Die Zunahme des Schwellwertes bei weiteren Geschwindigkeitszunahmen ist ausgebildet, um die relativ hohen Belastungen zu berücksichtigen, denen die Bremsen ausgesetzt sein können.
  • Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Ermitteln des Antriebsschlupfes vorgesehen, umfassend Mittel zum Ermitteln des Ausmaßes an Antriebsschlupf eines angetriebenen Rades und einen Vergleicher zum Melden der Ermittlung eines Antriebsschlupfes, wenn das Ausmaß an Antriebsschlupf jenen Antriebsschlupfwert übersteigt, der durch ein erstes Schwellensignal dargestellt wird, gekennzeichnet durch Mittel zum Erzeugen des ersten Schwellensignals als eine erste Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit, die einen ersten Wert aufweist, welcher einem ersten Ausmaß an Antriebsschlupf bei einer ersten Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, sowie einen zweiten Wert, welcher einem zweiten Ausmaß an Antriebsschlupf, welches größer als das erste Ausmaß ist, bei einer zweiten Fahrzeuggeschwindigkeit, welche größer als die erste Fahrzeuggeschwindigkeit ist, entspricht, wobei die erste Funktion eine monoton wachsende Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
  • Vorzugsweise weist die Antriebsschlupffunktion, welche durch das Schwellensignal dargestellt wird, für Fahrzeuggeschwindigkeiten, die größer als eine erste vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit und kleiner als eine zweite vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit sind, welche größer als die erste vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit ist, einen konstanten Wert auf. Die Funktion kann stetig sein und unter der ersten vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit stetig ansteigen, beispielsweise linear ansteigen. Die Funktion kann stetig sein und über der zweiten vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit stetig ansteigen, beispielsweise linear ansteigen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Antriebsschlupfregelungsystem vorgesehen, gekennzeichnet durch eine erf indungsgemäße Vorrichtung und Mittel zur Reduktion des Antriebs, wenn der von der Vorrichtung ermittelte Antriebsschlupf ein zweites Schwellensignal überschreitet. Das zweite Schwellensignal stellt einen Zielschlupfwert dar und kann eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit sein, wobei dieses Signal beispielsweise unter einer vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit einen konstanten Wert und über der vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit einen linear ansteigenden Wert aufweist.
  • Bei einem Fahrzeug, welches mit einem Differential mit begrenztem Schlupf ausgestattet ist, kann die Funktion des Zielwerts in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit von der in EP-A-0508643 offenbarten Art sein.
  • Es ist demnach möglich, eine Antriebsschlupfermittlungsvorrichtung, beispielsweise zur Verwendung in einem Antriebsschlupfregelungssystem, vorzusehen, welche ermöglicht, daß sich der Ermittlungsschwellwert für den Antriebsschlupf in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit verändert, um dadurch die Ermittlung von echtem Antriebsschlupf zu verbessern und zugleich weniger anfällig für die Fehlermittlung von Antriebsschlupf zu sein. Bei relativ niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten ermöglicht ein niedriger Ermittlungsschwellwert die frühzeitige Ermittlung von Antriebsschlupf, beispielsweise auf reibungsarmen Oberflächen. Indem ermöglicht wird, daß der Ermittlungsschwellwert mit zunehmender Geschwindigkeit ansteigt, wird die Anfälligkeit für durch große Bodenwellen oder andere Bodenunebenheiten verursachte Fehlermittlung von Antriebsschlupf verringert. Für einen linearen Anstieg des Ermittlungsschwellwertes mit zunehmender Geschwindigkeit kann die Steigung oder Neigung der Funktion derart angeordnet werden, daß sie leicht über dem Ausmaß an Antriebsschlupf liegt, welches erforderlich ist, um für eine Vollgasbeschleunigung auf Oberflächen mit hoher Reibung zu sorgen, sodaß kein Eingriff der Antriebsschlupfregelung ausgelöst wird, wenn dieser nicht erforderlich ist.
  • Bei mittleren Fahrzeuggeschwindigkeiten, beispielsweise wenn einer der höheren Gänge eingelegt wurde, werden die angetriebenen Räder mit weniger Antrieb versorgt, so daß die Wahrscheinlichkeit, daß es über dem Schwellwert zu Antriebsschlupf kommt, geringer ist, weshalb ein höherer Schwellwert zulässig ist.
  • Bei höheren Geschwindigkeiten kann die Ermittlungsempfindlichkeit weiter reduziert werden, da das Fahrzeug im allgemeinen übersteuert, bei derartigen Geschwindigkeiten sogar in der Leerlaufstellung, wenn scharfe Manöver versucht werden. Der Ermittlungsschwellwert reicht aus, um die seitliche Haftung stets zu maximieren. Allerdings verringert die reduzierte Empfindlichkeit bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten die Anfälligkeit für Fehlermittlungen, welche durch Radgeschwindigkeitsstörungen, die auf einer holprigen oder unebenen Straßenoberfläche auftreten können, hervorgerufen werden.
  • Die Erfindung wird des weiteren beispielhaft mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
  • Figur 1 ein Schema eines Fahrzeugs, in welchem ein Antriebsschlupfregelungssystem eingebaut werden kann;
  • Figur 2 ein Blockschaltbild eines Antriebsschlupfregelungssystems, welches eine Ausführungsform der Erfindung darstellt;
  • Figur 3 ein Schaubild des Antriebsschlupfschwellwertes in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit; und
  • Figur 4 ein Schaubild des Antriebsschlupfes in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit, welches den Zielantriebsschlupf darstellt
  • Das in Figur 1 dargestellte Fahrzeug weist ein nichtangetriebenes linkes bzw. rechtes Vorderrad 1 bzw. 2 sowie ein angetriebenes linkes bzw. rechtes Hinterrad 3 bzw. 4 auf. Ein Verbrennungsmotor 5 liefert Drehmoment über ein Getriebe 6 und eine Gelenkwelle 7 zu einem Differential 8.
  • Das Differential 8 ist über Halbwellen 9 bzw. 10 mit den Hinterrädern 3 und 4 verbunden.
  • Jedes der Räder 1 bis 4 ist mit einem Raddrehmomentsgeber 11 bis 14 ausgestattet. Die Geber können beispielsweise vom Typ mit veränderlicher Reluktanz sein, bei welchem ein fester Sensor mit veränderlicher Reluktanz mit einem Rad derart zusammenwirkt, daß die Frequenz der Ausgangssignale des Sensors zur Laufradgeschwindigkeit proportional ist. Die Geber 11 bis 14 können einen Teil einer ABS-Bremsanlage eines Fahrzeugs bilden.
  • Wie aus Figur 2 hervorgeht, liefern die Radgeschwindigkeitsgeber 11 und 12 für die nichtangetriebenen Räder 1 und 2 die Signale UL und UR, welche die Geschwindigkeit des jeweiligen Rades darstellen, zu einem Kreis 20 zum Bilden des Mittels 5 aus den Geschwindigkeiten der nichtangetriebenen Räder. Das Signal 5 stellt somit die Fahrzeuggeschwindigkeit dar.
  • Die Geber 13 und 14 liefern die Signale DL und DR, welche die Geschwindigkeiten der angetriebenen Räder darstellen, zu Addiereingängen von Subtrahierern 21 bzw. 22. Die Subtrahiereingänge der Subtrahierer 21 und 22 sind mit dem Ausgang des Kreises 20 verbunden. Die Subtrahierer 21 und 22 liefern somit die Signale WSL und WSR, welche das Maß an Antriebsschlupf des linken bzw. des rechten angetriebenen Rades 3 bzw. 4 darstellen.
  • Die Antriebsschlupfsignale werden zu nichtinvertierenden Eingängen von Vergleichern 23 bzw. 24 geführt. Invertierende Eingänge der Vergleicher 23 und 24 sind mit dem Ausgang eines Schwellwertrechengeräts 25 verbunden, dessen Eingang mit dem Ausgang des Kreises 20 verbunden ist. Das Schwellwertrechengerät 25 liefert ein Schwellensignal T1, welches eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit ist, wie in der Folge beschrieben wird.
  • Die Ausgänge der Vergleicher 23 und 24 sind mit den Eingängen eines ODER-Glieds 26 verbunden. Der Ausgang des Kreises 20 ist mit einem Schwellwertrechengerät 27 verbunden, welches ein zweites Schwellensignal T2 als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit liefert, wobei diese Funktion in der Folge beschrieben wird.
  • Die Antriebsschlupfsignale werden zu einem Kreis 28 geführt, in welchem "der Höchste gewinnt". Der Kreis 28 liefert an seinem Ausgang jenes der Antriebsschlupfsignale, welches den höheren Wert aufweist.
  • Die Ausgänge des Rechengeräts 27 und des Kreises 28 werden zu einem Vergleicher 29 geführt, welcher das größere der Antriebsschlupf signale mit dem zweiten Schwellensignal T2 vergleicht. Wenn der größere Antriebsschlupf den Schwellwert, welcher durch das Signal T2 dargestellt wird, überschreitet, liefert der Vergleicher 29 ein Signal zu einem Motormanagementsystem 30, welches bewirkt, daß die Leistungsanforderung an den Motor 5 reduziert wird. Der Ausgang des ODER-Glieds 26 ist mit einem Freigabeeingang des Vergleichers 29 verbunden, um zu ermöglichen, daß die Leistungsanforderung nur dann reduziert wird, wenn ermittelt wird, daß eines oder beide der angetriebenen Räder durchrutschen, d.h., wenn WSL und/oder WSR größer als T1 ist. Somit regelt der Ausgang des ODER-Glieds 26 den Einstieg in die Antriebsschlupfregelung. Allerdings wird der Ausstieg aus der oder die Beendigung der Antriebsschlupfregelung durch andere Mittel (nicht dargestellt) geregelt, beispielsweise nach Ermittlung von null Antriebsschlupf während eines vorgegebenen Zeitraums.
  • Figur 3 veranschaulicht die Funktion des Schwellwertrechengeräts 25, welches das Schwellensignal T1 als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit bildet. In einem Niedergeschwindigkeitsbereich unter S1 (z.B. 32 Kilometer pro Stunde) steigt der Antriebsschlupfermittlungsschwellwert von TA (z.B. 4 Kilometer pro Stunde) für ein stillstehendes Fahrzeug auf TB (Z.B. 6 Kilometer pro Stunde) für eine Fahrzeuggeschwindigkeit TB (z.B. 32 Kilometer pro Stunde) linear gemäß der Formel:
  • Tl=TA+((TB-TA)S1)S
  • an, wobei S die tatsächliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist.
  • Während eines mittleren Geschwindigkeitsbereiches von S1 bis S2 (z.B. 32 bis 80 Kilometer pro Stunde) verharrt der Schlupfermittlungsschwellwert auf dem Wert TB, wobei der Schlupfermittlungsschwellwert in einem darüber liegenden Hochgeschwindigkeitsbereich wieder im wesentlichen linear gemäß der Formel:
  • T1=TB+α(S-S2)
  • ansteigt, wobei α die Neigung der nachfolgenden Linie ist und einen Wert, beispielsweise von 1/16, aufweisen kann. Der lineare Anstieg des Schwellensignals T1 kann unbegrenzt (wie dargestellt wird) andauern oder einen an einer vorgegebenen Geschwindigkeit einen Grenzwert erreichen, über welchem T1 konstant wird.
  • Figur 4 ist ein Schaubild, welches Zielschlupfwerte veranschaulicht. Das Schwellensignal T2 weist bis zu einer Fahrzeugsgeschwindigkeit S3, beispielsweise 50 Kilometer pro Stunde, einen konstanten Wert, beispielsweise 0,5 Kilometer pro Stunde, auf.
  • Über S3 steigt der Zielwert mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit linear gemäß:
  • T2=TC+(S-S3)/X
  • an, wobei x eine Konstante, beispielsweise gleich 32 ist, und Schlupf sowie Geschwindigkeit in Kilometern pro Stunde gemessen werden.
  • Wenn eines oder beide der angetriebenen Räder 3 und 4 durchrutschen, d.h., die Antriebsschlupfsignale den Schlupfschwellwert T1 aus Figur 3 für die jeweils aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit überschreiten, so reduziert das Motormanagementsystem die Motorleistung bis der Antriebsschlupf auf oder unter den Zielwert T2 aus Figur 4 für die jeweils aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit fällt.
  • Es ist somit möglich, eine Anordnung vorzusehen, welche den widersprüchlichen Anforderungen in bezug auf
  • Antriebsschlupfermittlungsschwellwerte genauer gerecht wird. Der Ermittlungsschwellwert kann fur niedrige Fahrzeuggeschwindigkeiten ein relativ geringer Wert und für mittlere und höhere Fahrzeuggeschwindigkeiten ein höherer Wert sein. Demnach ist ein Eingriff der Antriebsschlupfregelung eher bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten wahrscheinlich, um die Beschleunigung des Fahrzeugs zu verbessern, jedoch wird die Wahrscheinlichkeit eines Eingriffs bei höheren Geschwindigkeiten verringert, um das System weniger anfällig gegenüber Schwankungen der Radgeschwindigkeit zu machen, welche durch unebene Oberflächen verursacht werden.
  • Indem ermöglicht wird, daß der Zielschlupf in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit schwanken darf, kann sich das Gleichgewicht zwischen den widersprüchlichen Anforderungen seitlicher Stabilität und maximaler Fahrzeugbeschleunigung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit verändern. Bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten ist es zulässig und oftmals erstrebenswert, eine gesteigerte Beschleunigung auf Kosten seitlicher Stabilität zuzulassen. Ein derartiger Kompromiß führt zu keiner wesentlichen Beeinflussung des Fahrverhaltens und der Sicherheit eines Fahrzeugs.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Ermitteln des Antriebsschlupfes, umfassend Mittel (20-22) zum Ermitteln des Ausmaßes an Antriebsschlupf (WSL, WSR) eines angetriebenen Rades (3, 4) und einen Komparator (23, 24) zum Melden der Ermittlung eines Antriebsschlupfes, wenn das Ausmaß an Antriebsschlupf jenen Antriebsschlupfwert übersteigt, der durch ein erstes Schwellensignal (T1) dargestellt wird, gekennzeichnet durch Mittel (25) zum Erzeugen des ersten Schwellensignals (T1) als eine erste Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit, die einen ersten Wert aufweist, welcher einem ersten Ausmaß an Antriebsschlupf bei einer ersten Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, sowie einen zweiten Wert, welcher einem zweiten Ausmaß an Antriebsschlupf, welches größer als das erste Ausmaß ist, bei einer zweiten Fahrzeuggeschwindigkeit, welche größer als die erste Fahrzeuggeschwindigkeit ist, entspricht, wobei die erste Funktion eine monoton wachsende Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit ist
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Funktion für Fahrzeuggeschwindigkeiten, die größer als eine vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit (S1) und kleiner als eine zweite vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit (S2) sind, welche größer als die erste vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit ist, einen konstanten Wert aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Funktion stetig ist und unter der ersten vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit (S1) mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit stetig ansteigt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Funktion unter der ersten vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit (S1) linear ansteigt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Funktion über der zweiten vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit (S2) mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit stetig ansteigt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Funktion über der zweiten vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit (S2) linear ansteigt.
7. Antriebsschlupfregelungsystem, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche und durch Mittel (30) zur Reduktion des Antriebs, wenn der von der Vorrichtung ermittelte Antriebsschlupf ein zweites Schwellensignal (T2) überschreitet.
8. Antriebsschlupfregelungsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Schwellensignal (T2) eine zweite Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
9. Antriebsschlupfregelungsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Schwellensignal (T2) unter einer dritten vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit (S3) einen konstanten Wert und über der dritten vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit (S3) einen linear ansteigenden Wert aufweist.
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