WO2001042039A1 - Verfahren und vorrichtung zur antriebsschlupfregelung (asr) eines kraftfahrzeugs in abhängigkeit von kurvenradius und querbeschleunigung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur antriebsschlupfregelung (asr) eines kraftfahrzeugs in abhängigkeit von kurvenradius und querbeschleunigung Download PDF

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Definitions

  • the invention is based on a method or a device for traction control of a motor vehicle according to the categories of the independent claims 1 and 8.
  • a device for regulating the drive on motor vehicles is already known, in the sense of prevention An unwanted spinning of the driven vehicle wheels (slip) is braked or the drive torque is reduced if a predetermined threshold value for the slip (slip threshold) is exceeded.
  • slip thresholds are specified, which come into effect depending on the lateral acceleration and the vehicle speed. For example, the lateral acceleration is detected by means of a cornering detection device and a value for a reduction in the output torque is determined therefrom when only one wheel is spinning and either a low lateral acceleration and high driving speed or a high lateral acceleration and a low driving speed are present. Due to the fixed slip thresholds, traction control can be carried out to a large extent, but adaptation and optimization to the actual curve of the road is only possible to a limited extent.
  • the inventive method and the device according to the independent claims 1 and 8 have the advantage that the threshold value for the slip in the transverse direction to the motor vehicle is determined as a function of the radius of the curve of the road. When cornering, the wheel on the inside of a drive axle is relieved relatively strongly, so that it has a greater slip value than the wheel on the outside of the curve.
  • Fixed thresholds have the
  • the measures listed in the dependent claims provide advantageous developments and improvements to the method and the device specified in the independent claims. It is particularly advantageous that, in addition to the slip threshold, the lateral acceleration of the vehicle, possibly the “central axis”, is taken into account, since the lateral acceleration also represents a measure of the traction reserve in addition to the curve radius. By additionally detecting the driving speed, the slip value for individual wheels can be advantageously determined in a simple manner without great effort.
  • the slip threshold is determined as a function of the direction of the curve, since this makes it possible to assign the lateral acceleration to the corresponding wheel on the inside of the curve.
  • control system determines a weighting factor for determining the slip.
  • road conditions for example country roads with different orders or highways with their different properties, can be better taken into account with regard to the trafficability.
  • the dependency of the weighting factor as a function of a straight line can be easily realized with a software program and advantageously does not require a large amount of memory.
  • the weighting with the weighting factor represents a simple possibility for linearly adapting the slip threshold to the curve radius.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the device according to the invention and FIG. 2 shows a diagram for determining the weighting factor G.
  • the block diagram in FIG. 1 shows a control unit 4, in which the threshold value for the slip is essentially calculated as a function of the curve radius and possibly other parameters.
  • a memory 5 in which calculated values, such as the current slip threshold for the individual wheels, the weighting factor G and other parameters and quantities are stored.
  • sensors for example an angle sensor 1, a speedometer 2 and / or an acceleration sensor 3 for determining the lateral acceleration, are connected to the control unit 4. These sensors deliver their measurement data to the control unit 4, from which the yaw rate and the lateral acceleration are in principle calculated.
  • the calculated slip threshold for each wheel is fed to the ASR 6 traction slip device already present in the vehicle at an output. This device 6 in turn has an influence either on corresponding actuators for the brake or for reducing the torque.
  • control device 4 is part of the traction control system (ASR device).
  • ASR device traction control system
  • the control device 4 is preferably designed in the form of a software program and integrated in the control program for the ASR device 6.
  • the ASR device 6 is with its individual assemblies such as filters, microcomputers, comparison rather, memory etc. known per se, therefore need not be explained in more detail.
  • the ASR device 6 supplies corresponding control signals for actuating the individual separately controllable brake cylinders or for throttling the torque of the drive motor, in comparison to the calculated slip thresholds.
  • the aim is that the vehicle has stable lane guidance even when cornering, without the front part or the rear breaking out and the vehicle becoming uncontrollable for the driver due to rotation about the yaw axis.
  • ASR traction control system
  • the driven wheel on the inside of the curve is braked or, if necessary, the traction is limited by reducing the drive torque of the engine.
  • the vehicle stabilizes itself automatically under certain conditions without the driver having to intervene. Since the wheel on the inside of the curve is relieved of load when cornering due to the lateral acceleration, it experiences greater slip than on the wheel on the outside of the curve.
  • the slip of the wheel on the inside of the curve is not relevant to safety, since this wheel has little or no cornering. For this reason, it is not necessary to reduce the drive torque in every case. According to the invention, it is therefore provided to increase the slip threshold for the driven inner wheel depending on the lateral acceleration according to the following formula:
  • LAMB AY OFF AY + AY FAK * AY B
  • the new slip threshold LAMB AY obtained in this way which was expanded via the lateral acceleration AY B, is now weighted with a weighting factor G depending on the curve radius determined.
  • FIG. 2 shows the weighting function for the weighting factor G as a function of the radius R of the road curve.
  • the weighting function for the weighting factor G is a straight line with a negative profile, which is formed by the following formula:
  • LAMB AY RAD LAMB AY * G
  • This formula represents the weighted slip for the driven wheel on the inside of the curve.
  • the weighting factor is determined using the formula:
  • a Y is the lateral acceleration
  • LAMB AY is the slip threshold offset of a wheel as a function of the lateral acceleration AY
  • OFF AY is an offset value (Y intercept)
  • AY FAK is the slope of the line equation and is preferably determined empirically
  • LAMB AY RAD is the offset of the slip threshold weighted over the curve radius
  • G is the weighting factor
  • OFF RAD is the offset value dependent on the radius (Y intercept),
  • STEI RAD is the radius-dependent slope of the straight line R is the curve radius.
  • the slip threshold is always adapted to the current lateral acceleration of the vehicle or the vehicle speed and the course of the road. This allows maximum torque to be transmitted to the road without the risk of the vehicle breaking away.
  • control device 4 it is provided to connect the control device 4 together with the ASR device 6 or an anti-lock braking system ABS in order to construct the entire driving dynamics concept as simply and inexpensively as possible.

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Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Antriebsschlupfregelung eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, bei dem der Schlupf des angetriebenen kurveninneren Rades des Kraftfahrzeugs erst dann geregelt wird, wenn dessen Schlupf eine vorgegebene Schlupfschwelle überschreitet. Die vorgegebene Schlupfschwelle wird jedoch als Funktion in Abhängigkeit von der auftretenden Querbeschleunigung und vom dadurch ermittelten Kurvenradius (R) mit einem Wichtungsfaktor (G) gewichtet. Der Wichtungsfaktor (G) ist dabei umgekehrt proportional zum Kurvenradius (R) der Straße mittels einer Gleichung vorgegeben.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Antriebsschlupfregelung (ASR) eines Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von Kurvenradius und Ouerbeschleunigung
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 8. Aus der DE 35 45 716 AI ist schon eine Einrichtung zur Vor- triebsregelung 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 Verringe- rung 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.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung nach den nebengeordneten Ansprüchen 1 bzw. 8 haben demgegenüber 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 Querbeschleuni- gung 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 Spei- cherbedarf .
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. Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Figur 2 zeigt ein Diagramm zur Ermittlung des Wichtungsfaktors G.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das Blockschaltbild der Figur 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 be- reits 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 sei- nen einzelnen Baugruppen wie Filter, Mikrocomputer, Verglei- eher, 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 Figur 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 gegebenen- falls 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 sicher- heitsrelevant, 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 B
Die so gewonnene neue Schlupfschwelle LAMB AY, die über die Querbeschleunigung AY B aufgeweitet wurde, wird nun in Abhängigkeit vom ermittelten Kurvenradius mit einem Wichtungs- faktor G gewichtet. Figur 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 den gewichteten Schlupf für das angetriebene kurveninnere Rad dar. Der Wichtungsfaktor wird dabei nach der Formel ermittelt:
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 des radiusabhängigen Schlupfes LAMB AY RAD wird stets die Schlupfschwelle an die aktuelle Querbeschleunigung des Fahrzeugs bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Stra- ßenverlauf 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 Anti- blockiersystem ABS zu verbinden, um das gesamte Fahrdynamikkonzept möglichst einfach und kostengünstig aufzubauen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Antriebsschlupfregelung (ASR) eines Kraftfahrzeugs, wobei wenigstens ein Sensor (1,
2, 3) die Beschleunigung in der Querachse, die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, der Räder und/oder den Kurvenradius der
Straße erfaßt, und wobei aus den erfaßten Werten ein Schlupfwert eines Rades ermittelt und dieser mit einer vorgegebenen Schlupfschwelle (LAMB AY B) verglichen wird und wobei bei Überschreiten der vorgegebenen Schlupf- schwelle der Schwellwert für das kurveninnere Rad geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlupfschwelle (LAMB AY) in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung (AY) nach der Geradengleichung:
LAMB AY = OFF AY + AY FAK * AY
bestimmt wird, wobei OFF AY ein konstanter Offsetwert und AY FAK ein Steigungsparameter für die Geradengleichung ist .
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Offsetwert (OFF AY) für einen Fahrzeugtyp empirisch ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungsparameter (AY FAK) für einen Fahrzeugtyp empirisch ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit vom Radius (RAD) der befahrenen Straße die Schlupfschwelle nach der Gleichung berechnet wird:
LAMB AY RAD = LAMB AY * G,
wobei LAMB AY RAD die Schlupfschwelle unter Berücksichtigung des Radius RAD und
G ein Wichtungsfaktor ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wichtungsfaktor (G) nach der Geradengleichung berechnet wird:
G = OFF RAD - STEI RAD * RAD,
wobei OFF RAD ein fester Offsetwert für den Radius (RAD) , STEI RAD ein Steigungsmaß für die Geradengleichung unter Berücksichtigung des Radius und
RAD der Kurvenradius ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenrichtung der Straße ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlupfschwelle auf einen Mindestwert begrenzt wird.
8. Vorrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, mit wenigstens einem Sensor (1, 2, 3) zur Erfassung der Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs, der Fahrgeschwindigkeit und/oder des Schlupfes eines Rades, mit einem Steuergerät
(4) zur Vorgabe einer Schlupfschwelle und mit einer Vorrichtung zur Regelung des Schlupfes des kurveninneren Rades, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (4) Mittel aufweist, mit denen die Schlupfschwelle (LAMB AY) in Ab- hängigkeit von der Querbeschleunigung (AY) erhöht und in
Abhängigkeit von einem gewichteten Kurvenradius (RAD) reduziert wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Bestimmung der Schlupfschwelle (LAMB AY) ein Softwareprogramm enthalten.
10.Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Bestandteil eines übergeordneten Fahrzeugsteuergerätes, insbesondere eines Gerätes zur Regelung der Fahrdynamik oder eines Antiblockiersystems ist.
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