DE102015223504A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (5, 6), das zumindest eine mit wenigstens einem Antriebsrad wirkverbundene Antriebsmaschine aufweist, die in Abhängigkeit von einer Fahrpedalstellung angesteuert wird, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen, wobei zur Vermeidung eines Rutschens des Antriebsrads, wenn das Fahrpedal in Richtung einer Nullstellung bewegt wird, eine Motor-Schleppmoment-Regelung durchgeführt wird. Es ist vorgesehen, dass ein maximal zulässiges Motorschleppmoment der Motor-Schleppmoment-Regelung in Abhängigkeit von einem aktuell wirkenden Fahrbahnreibwert vorgegeben wird, der in Abhängigkeit von einer aktuellen Position des Kraftfahrzeugs bestimmt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, das zumindest eine mit wenigstens einem Antriebsrad wirkverbundene Antriebsmaschine aufweist, die in Abhängigkeit von einer Fahrpedalstellung angesteuert wird, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen, wobei zur Vermeidung eines Rutschens des Antriebsrads, wenn das Fahrpedal in Richtung einer Nullstellung bewegt wird, eine Motor-Schleppmoment-Regelung durchgeführt wird.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
  • Stand der Technik
  • Antriebsmaschinen von Kraftfahrzeugen, also insbesondere Verbrennungsmotoren und Elektromotoren, erzeugen ein Schleppmoment, wenn der Fahrer abrupt den Fuß vom Fahrpedal nimmt oder beim Herunterschalten eine die Antriebsmaschine mit dem Antriebsrad verbindende Kupplung schnell kommen lässt. Je nachdem, wie groß die dabei wirkenden Kräfte sind, kann es entsprechend dem Kammschen Kreis dazu kommen, dass das maximale Kraftübertragungsvermögen des Antriebsrads zwischen Fahrzeug und Fahrbahn, insbesondere die Seitenführungskraft überschritten wird. Je nach Fahrzeugtyp, Ausbildung der Antriebsmaschine und Antriebsart kann sich das Schleppmoment somit negativ auf das Fahrzeugverhalten auswirken. Im schlimmsten Fall kann das Schleppmoment dazu führen, dass das Antriebsrad rutscht und das Kraftfahrzeug in Folge instabil wird.
  • Um dies zu vermeiden, ist es bekannt, eine Motor-Schleppmoment-Regelung durchzuführen, wenn der Fahrer den Fuß vom Fahrpedal nimmt oder derart weit bewegt, dass die Antriebsmaschine ein Schleppmoment erzeugt. Üblicherweise ist diese Regelung Bestandteil des weit verbreiteten elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) und der Antriebsschlupfregelung (ASR). Die Motor-Schleppmoment-Regelung verhindert ein Rutschen des oder der Antriebsräder insbesondere auf glatter Fahrbahn, indem bei Bedarf die Motordrehzahl kurzfristig erhöht wird, um das Fahrzeug stabil und lenkbar zu halten. Der Antriebsmaschine wird insofern ein positives Antriebsdrehmoment vorgegeben, obwohl ein Schleppmoment angefordert wird, um ein Instabilwerden des Fahrzeugs zu vermeiden. Das Instabilwerden kann dabei auf herkömmliche Art und Weise, mittels des elektronischen Stabilitätsprogramms oder der Antriebsschlupfregelung ermittelt werden. Üblicherweise wird beispielsweise in Abhängigkeit vom Fahrzeugtyp dabei ein maximales Motorschleppmoment vorgegeben, das nicht überschritten werden darf, um ein Rutschen des oder der Antriebsräder zu vermeiden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Motor-Schleppmoment-Regelung an eine aktuelle Fahrsituation und Fahrbahnverhältnisse angepasst wird, sodass beispielsweise auch bei unterschiedlichen Fahrbahnbelägen ein Rutschen des Antriebsrads durch ein Schleppmoment sicher verhindert und damit die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs dauerhaft gewährleistet wird. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass ein maximales Motorschleppmoment in Abhängigkeit von einem aktuell wirkenden Fahrbahnreibwert vorgegeben wird, der in Abhängigkeit einer aktuellen Position des Kraftfahrzeugs bestimmt wird. Die Erfindung sieht also vor, dass in Abhängigkeit der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs ein Fahrbahnreibwert ermittelt wird, der bezogen auf die aktuelle Position Gültigkeit hat. Dadurch wird in Abhängigkeit des aktuellen Fahrbahnreibwertes das maximale Motorschleppmoments variiert oder vorgegeben, sodass auch dann, wenn der Fahrbahnreibwert sich aufgrund einer Fahrbahneigenschaft verändert, die Stabilität des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs gewährleistet ist.
  • Bevorzugt wird die Position des Kraftfahrzeugs durch ein satellitengestütztes Navigationssystems bestimmt. Hierdurch ist eine schnelle und genaue Positionsbestimmung auf einfache Art und Weise und in der Regel ohne Kostenmehraufwand möglich, weil die meisten Kraftfahrzeuge ohnehin mit einem Navigationssystem ausgestattet sind.
  • Besonders bevorzugt ist das Navigationssystem derart gestaltet, dass es auch Daten bezüglich des Reibwerts der Fahrstrecken beziehungsweise der Fahrbahnen umfasst. Diese werden beispielsweise durch vorherige Versuche ermittelt und in der Datenbank des Navigationssystems zusammen mit den Positionsdaten hinterlegt. Dadurch ist ein Erfassen beziehungsweise Ermitteln des aktuellen Reibwerts der Fahrbahn auf besonders einfache Art und Weise möglich.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Reibwert drahtlos von einer zentralen Datenbank in Abhängigkeit von der durch das satellitengestützte Navigationssystem ermittelten Position abgefragt wird. Insofern bedient sich das Verfahren dabei zweier Datenbanken, einerseits der Datenbank des Navigationssystems zur Positionsbestimmung und andererseits der externen Datenbank, in welcher Reibwerte für unterschiedliche Positionen, Fahrstrecken oder Fahrbahnen hinterlegt sind. Damit kann das Verfahren insbesondere auch unabhängig von dem zur Verfügung stehenden Navigationssystem durchgeführt werden. Insbesondere wird der Reibwert per Funk, bevorzugt mittels eines Mobiltelefonnetzes, abgefragt.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass in Abhängigkeit von dem Reibwert eine Aktivierungsschwelle der Motor-Schleppmoment-Regelung eingestellt wird. Damit wird in vorteilhafter Weise die Empfindlichkeit der Motor-Schleppmoment-Regelung beeinflusst, sodass gewährleistet ist, dass bei erwartungsgemäß niedrigeren Reibwerten die Motor-Schleppmoment-Regelung früher anspringt beziehungsweise eingreift, als bei Fahrbahnen mit höheren Reibwerten.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das maximale Motorschleppmoment einer Motorsteuerung oder einem elektrischen Stabilitätsprogramm, das die Antriebsmaschine ansteuert oder beeinflusst, vorgegeben wird. Damit wird für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Motorsteuerung selbst oder das Steuergerät eines elektrischen Stabilitätsprogramms verwendet. Im ersten Fall erfolgt ein Eingriff in die Motorsteuerung unabhängig davon, ob ein elektronisches Stabilitätsprogramm ein Rutschen eines Rads erkennt oder nicht. Das maximale beziehungsweise maximal zulässige Schleppmoment wird insofern unabhängig vom tatsächlichen Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs eingestellt. Im zweiten Fall wird das maximale Motorschleppmoment durch das Stabilitätsprogramm berücksichtigt, sodass erst dann, wenn es notwendig ist, das Schleppmoment der Antriebsmaschine bei einer Ansteuerung durch das Stabilitätsprogramm begrenzt wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein tatsächlicher Fahrbahnreibwert in Abhängigkeit von einem Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs ermittelt wird. Insbesondere mithilfe des elektronischen Stabilitätsprogramms oder der Antriebsschlupfregelung wird überwacht, ob das Antriebsrad rutscht oder ein Drehmoment auf die Fahrbahn überträgt. Dadurch ist ein tatsächlicher Fahrbahnreibwert ermittelbar.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der ermittelte tatsächliche Fahrbahnreibwert zusammen mit der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs an die zentrale Datenbank übermittelt wird. Dadurch wird die Datenbank in Bezug auf den Reibwert an der jeweiligen Position aktualisiert. Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass die Datenbank durch ein vorausfahrendes Fahrzeug dahingehend aktualisiert wird, dass der Reibwert der Fahrbahn sich verringert hat, beispielsweise aufgrund von Glätte oder Nässe, was von dem darauffolgenden Fahrzeug durch eine weitere Datenbankabfrage in Erfahrung gebracht und bei der Schleppmoment-Regelung berücksichtigt wird. Es findet sozusagen eine Kommunikation mit einer Cloud statt, durch welche aktuelle Fahrbahnreibwerte ermittelbar, aktualisierbar und bei der Schleppmoment-Regelung einsetzbar sind. Hierdurch wird auch die Fahrsicherheit für andere Kraftfahrzeuge, bei welchen das vorteilhafte Verfahren ebenfalls angewendet wird, erhöht und insgesamt eine Optimierung des Verfahrens ermöglicht.
  • Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass zusätzlich zu dem tatsächlichen Fahrbahnreibwert aktuelle Umgebungsdaten, wie beispielsweise eine Umgebungstemperatur, eine Luftfeuchtigkeit und/oder ein Luftdruck, an die Datenbank übermittelt werden, sodass bei einer darauffolgenden Datenbankabfrage nicht nur ein Fahrbahnreibwert in Abhängigkeit einer aktuellen Fahrposition, sondern darüber hinaus auch in Abhängigkeit von aktuellen Umweltwerten ermittelt wird, sodass die Schleppmoment-Regelung auf den Einzelfall weiter optimiert wird.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich durch ein speziell hergerichtetes Steuergerät aus, das das erfindungsgemäße Verfahren bei bestimmungsgemäßem Gebrauch durchführt. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.
  • Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
  • 1 eine Verkehrssituation in einer vereinfachten Darstellung,
  • 2 ein vorteilhaftes Verfahren zum Erhöhen der Fahrstabilität gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 3 das Verfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
  • 4 das Verfahren gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und
  • 5 das Verfahren gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
  • 1 zeigt in einer vereinfachten Draufsicht eine Fahrbahn 1 in Form einer Straße, die zwei Kurven 2, 3 aufweist. Auf der Straße befinden sich zwei Fahrzeuge 4, 5, die auf der Fahrbahn 1 in derselben Richtung bewegt werden. Das in Fahrtrichtung gesehen vorne liegende Fahrzeug 4 befindet sich zwischen den Kurven 2 und 3. Das Fahrzeug 4 weist ein elektronisches Stabilitätsprogramm auf, das anhand der Drehzahlen der Räder des Kraftfahrzeugs 4 einen Radschlupf und damit ein Rutschen einzelner Räder erkennt. Aus diesem Radschlupf bestimmt ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs 4 einen tatsächlichen Reibwert der Fahrbahn 1. Durch ein satellitengestütztes Navigationssystem 7 ermittelt das Kraftfahrzeug 4 außerdem laufend seine aktuelle Position auf der Fahrbahn 1. Erfasst das Kraftfahrzeug 4 in der ersten Kurve 2 beispielsweise aufgrund eines rutschenden Antriebsrads einen tatsächlichen Reibwert der Fahrbahn 1, so sendet es diesen durch eine Funkeinrichtung 8 an eine zentrale Datenbank 9, wo der tatsächliche Reibwert zusammen mit der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs 4 hinterlegt wird.
  • Das folgende Kraftfahrzeug 5, das sich noch vor den Kurven befindet, weist ebenfalls ein satellitengestütztes Navigationssystem 10 sowie ein Funkmodul 11 zur drahtlosen Kommunikation mit der Datenbank 9 auf. Das Kraftfahrzeug 5 weist ebenfalls ein Steuergerät 12 zur Durchführung eines elektronischen Stabilitätsprogramms auf, sowie ein Motorsteuergerät 13, das in Abhängigkeit von einer Fahrpedalstellung, die vom Fahrer des Kraftfahrzeugs 5 vorgegeben wird, ein Antriebsdrehmoment einer Antriebsmaschine, insbesondere ein Verbrennungsmotor, des Kraftfahrzeugs 5 vorgibt. Nimmt der Fahrer seinen Fuß abrupt vom Fahrpedal, sodass das Fahrpedal in seine Nullstellung zurückgelangt, steuert das Motorsteuergerät 13 den Verbrennungsmotor derart an, dass er in einen Schleppbetrieb gelangt und ein Schleppmoment einstellt, also ein auf die Antriebsräder des Kraftfahrzeugs 5 negativ wirkendes Antriebsdrehmoment, das zu einer Verzögerung des Kraftfahrzeugs 5 führt. Dabei wird eine Schleppmoment-Regelung durchgeführt, bei welcher in Abhängigkeit eines maximal zulässigen Schleppmoments der Verbrennungsmotor 13 bei Bedarf angesteuert wird, ein erhöhtes Antriebsdrehmoment zu erzeugen, um zu vermeiden, dass das maximal zulässige Schleppmoment überschritten wird.
  • Das maximale beziehungsweise maximal zulässige Schleppmoment wird dabei in Abhängigkeit von einem aktuellen Reibwert der Fahrbahn 1 vorgegeben, um zu gewährleisten, dass bei Einstellen des maximal zulässigen Schleppmoments keines der Antriebsräder, die mit der Antriebseinrichtung verbunden sind, aufgrund des negativen Antriebsdrehmoments rutscht. Dazu wird laufend die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs mittels des Navigationssystems 10 überwacht und Daten der zentralen Datenbank 9 mittels des Kommunikationsmoduls 11 abgefragt, um für die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs 5 den aktuellen Reibwert der Fahrbahn 1 abzufragen. Weil dieser von dem vorausfahrenden Kraftfahrzeug 4 gegebenenfalls neu bestimmt und in der Datenbank 9 hinterlegt wurde, erhält das Kraftfahrzeug 5 beziehungsweise das dazu vorgesehene Steuergerät den von dem Kraftfahrzeug 4 tatsächlich erfassten Reibwert der Fahrbahn 1 als aktueller Reibwert zugespielt. Weil sich der Reibwert der Fahrbahn in Abhängigkeit von Witterungsbedingungen ändern kann, wird dadurch gewährleistet, dass das Kraftfahrzeug 5 stets mit dem aktuellsten Reibwert versorgt wird, sodass das maximale Schleppmoment optimal einstellbar ist.
  • Dieses Verfahren soll im Folgenden anhand der 2 bis 5 näher erläutert werden.
  • 2 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel des vorteilhaften Verfahrens. Wie bereits beschrieben wird in einem ersten Schritt S1 mittels der Fahrzeugsensorik, insbesondere in Abhängigkeit einer Radgeschwindigkeit, einer Fahrzeuglängsbeschleunigung, einen Ist-Motor-Schleppmoment und das Kraftfahrzeug 5 auf eine Stabilität eines Fahrverhaltens überwacht. Insbesondere mittels eines Schlupfmodells, das in einem Schritt S2 angewendet wird, um zu erfassen, ob eines der Antriebsräder rutscht, wird in einem Schritt S3 eine Motor-Schleppmoment-Regelung durchgeführt. Dabei wird ein maximales zulässiges Motorschleppmoment durch eine Prädiktion in einem Schritt S4 vorherbestimmt. In Abhängigkeit von der aktuellen Position und der Fahrstrecken des Kraftfahrzeugs 5 kann der aktuelle Reibwert an der in Kürze zu erreichenden Position des Kraftfahrzeugs 5 vorhergesagt werden, indem die aktuelle Position durch das Navigationssystem 10 und daraus die zukünftige Position und der dazugehörige Reibwert der Fahrbahn 1 von der Datenbank 9 ermittelt werden. Als maximaler Schleppmoment wird der Motor-Schleppmoment-Regelung in Schritt S3 vorgegeben, die in Abhängigkeit davon die Antriebsmaschine, insbeonsdere den Verbrennungsmotor alternativ oder zusätzlich auch eine elektrische Maschine in Schritt S5 ansteuert, sodass ein Rutschen der Antriebsräder verhindert wird.
  • 3 zeigt in weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens, wobei aus den vorhergehenden Figuren bereits bekannte Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, sodass insofern auf die oben stehende Beschreibung verwiesen wird. Im Folgenden soll im Wesentlichen auf die Unterschiede eingegangen werden.
  • Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Aktivierungsschwelle der Motor-Schleppmoment-Regelung in Schritt S3 in einem Vorschritt S3‘ in Abhängigkeit des aktuellen Reibwerts angepasst wird. Der aktuelle Reibwert wird insbesondere wie zuvor bereits beschrieben in Abhängigkeit von der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs und den in der Datenbank 9 hinterlegten Daten bestimmt, die gegebenenfalls durch vorausfahrende Kraftfahrzeuge aktualisiert wurden. Vorteilhafterweise wird die Aktivierungsschwelle reduziert, wenn der aktuelle Reibwert eine vorgebbare Schwelle unterschreitet, sodass die Motor-Schleppmoment-Regelung frühzeitig in den Betrieb des Kraftfahrzeugs eingreift. Überschreitet der Reibwert eine vorgebbare Schwelle, so wird die Aktivierungsschwelle vorteilhafterweise erhöht, sodass der Fahrer des Kraftfahrzeugs das theoretisch zur Verfügung stehende Schleppmoment maximal ausnutzen kann.
  • Das Ausführungsbeispiel von 4 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel von 2 dadurch, dass die Motor-Schleppmoment-Vorsteuerung aus Schritt S4 das maximale Motor-Schrittmoment nicht der Motor-Schleppmoment-Regelung in Schritt S3, sondern der Motoransteuerung in Schritt S5 zur Verfügung stellt, sodass eine Anpassung an den aktuellen Reibwert nicht durch die Motor-Schleppmoment-Regelung selbst, sondern durch die Motorsteuerung erfolgt, die unabhängig vom Eingriff der Motor-Schleppmoment-Regelung das maximale Schleppmoment der Antriebsmaschine begrenzt.
  • 5 zeigt das mit Bezug auf 1 schon beschriebene Verfahren, bei welchem in Abhängigkeit von erfassten Radschlupfdaten und eine aktuelle Position des Kraftfahrzeugs ein aktuell erfasster Reibwert der Fahrbahn an die Datenbank 9 gesendet wird, um die dort hinterlegten Daten zu aktualisieren.
  • Durch das vorteilhafte Verfahren und seine Varianten wird erreicht, dass ein schlupfendes beziehungsweise rutschendes Antriebsrad das Kraftfahrzeug aufgrund eines überhöhten Schleppmoments sicher vermieden und dadurch die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs 5 sicher gewährleistet wird.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (5, 6), das zumindest eine mit wenigstens einem Antriebsrad wirkverbundene Antriebsmaschine aufweist, die in Abhängigkeit von einer Fahrpedalstellung angesteuert wird, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen, wobei zur Vermeidung eines Rutschens des Antriebsrads, wenn das Fahrpedal in Richtung einer Nullstellung bewegt wird, eine Motor-Schleppmoment-Regelung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximal zulässiges Motorschleppmoment der Motor-Schleppmoment-Regelung in Abhängigkeit von einem aktuell wirkenden Fahrbahnreibwert vorgegeben wird, der in Abhängigkeit von einer aktuellen Position des Kraftfahrzeugs bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Kraftfahrzeugs durch ein satellitengestütztes Navigationssystem (10) bestimmt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibwert aus Daten des Navigationssystems bestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibwert in Abhängigkeit von der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs (5) von einer zentralen Datenbank insbesondere drahtlos abgefragt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem ermittelten Reibwert eine Aktivierungsschwelle der Motor-Schleppmoment-Regelung eingestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das maximal zulässige Motorschleppmoment einer Motorsteuerung oder einem elektrischen Stabilitätsprogramm, das die Antriebsmaschine ansteuert, vorgegeben wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein tatsächlicher Fahrbahnreibwert in Abhängigkeit von einem Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs ermittelt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte tatsächliche Fahrbahnreibwert zusammen mit der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs an die zentrale Datenbank übermittelt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich wenigstens ein aktueller Umgebungswert an die Datenbank übermittelt wird.
  10. Vorrichtung zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (5, 6), das zumindest eine mit wenigstens einem Antriebsrad wirkverbundene Antriebsmaschine aufweist, die in Abhängigkeit von einer Fahrpedalstellung angesteuert wird, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen, wobei zur Vermeidung eines Rutschen des Antriebsrads, wenn das Fahrpedal in Richtung einer Nullstellung bewegt wird, eine Motor-Schleppmoment-Regelung durchgeführt wird, gekennzeichnet durch ein speziell hergerichtetes Steuergerät, das bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchführt.
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