DE19616584C2 - Steuereinrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Steuereinrichtung für ein KraftfahrzeugInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerein
richtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Es ist ein Kraftfahrzeug bekannt, in welchem ein Wechsel
strom-(AC)-Motor als ein Elektromotor verwendet wird und in
welchem der Elektromotor in einem weiten Bereich der Fahr
zeuggeschwindigkeit durch eine Invertersteuerung betreibbar
ist (siehe veröffentlichte nicht geprüfte japanische Pa
tentanmeldung JP 3-159502 A).
Um, wie beim vorangehend Stand der Technik, den gesamten
Bereich der Fahrzeuggeschwindigkeit abzudecken, ist es
erforderlich, einen Elektromotor mit hoher Leistungsabgabe
zu verwenden. Zusätzlich wird eine Inverterschaltung not
wendig, was zu höheren Kosten führt.
Wenn ferner vorgesehen ist, den Moor nur zum Zeitpunkt des
Startens des Fahrzeugs zu betreiben, um den Verwendungs
zweck des Elektromotors auf das Unterstützen beim Starten
des Fahrzeugs zu beschränken, ist es möglich, einen der
artig kostengünstigen Gleichstrom-(DC)-Bürstenmotor zu
verwenden, wie er bei einem selbststartenden Motor oder
dergleichen verwendet wird. Jedoch können, in Abhängigkeit
von dem Reibungskoeffizienten auf der Straßenoberfläche,
selbst wenn der Elektromotor zum Zeitpunkt des Startens
eines Fahrzeugs betrieben wird, die durch den Elektromotor
anzutreibenden Räder einen Schlupf aufweisen. Als Folge
daraus besteht die Möglichkeit, daß der Effekt der Unter
stützung des Fahrzeugs beim Starten nicht erhalten werden
kann.
Aus der gattungsbildenden DE 35 42 059 C1 ist ein Kraftfahrzeug bekannt, bei
dem zwei Räder durch eine Brennkraftmaschine angetrieben
werden können und zwei weitere Räder durch einen wahlweise
zu- oder abschaltbaren Elektromotor angetrieben werden kön
nen.
Ziel dieser Druckschrift ist es, ein Fahrzeug vorzustellen,
das zumindest im Betrieb auf einer Straße die Vorzüge eines
allradbetriebenen Fahrzeugs ohne dessen Nachteile aufweist
und mit vergleichsweise geringem Aufwand herstellbar ist.
Obgleich in Spalte 4 unten in dieser Druckschrift ausgesagt
ist, daß der Zusatzantrieb beim Straßeneinsatz des Fahr
zeugs nur in Fahrsituationen wirksam wird, die nur mit re
lativ geringerer Fahrgeschwindigkeit sicher beherrscht wer
den können, ist hier eine explizite Definition derartiger
Fahrzustände nicht gegeben.
Die Zu- bzw. Abschaltung der zusätzlichen Antriebsachse
wird beruhend auf dem vorliegenden oder erfaßten Schlupf
der Räder der Hauptantriebsachse vorgenommen. Das heißt,
sobald der Schlupf einen Schwellenwert übersteigt, werden
die Elektromotoren erregt, und dann, wenn die Elektromoto
ren die gewünschte Drehzahl erreicht haben, werden zugeord
nete Kupplungen geschlossen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit
Vorderrad- und Hinterradantrieb vorzusehen, durch
welche insbesondere im Startzustand des Fahrzeugs vermit
tels eines zuschaltbaren Antriebs eine geeignete Unterstüt
zungskraft vorgesehen werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst.
Da das Abgabedrehmoment des Elektromotors in Abhängigkeit
des Reibungskoeffizienten auf der Straßenoberfläche vari
iert wird, kann ein Schlupfen der durch den Elektromotor
anzutreibenden Räder in einem maximal möglichen Ausmaß
verhindert werden. Das Sicherstellen einer Unterstützung
beim Starten des Fahrzeugs kann somit verbessert werden.
In diesem Falle können, wenn der Sollwert des Abgabedrehmo
ments auf einen derartigen oberen Grenzwert des Abgabedreh
moments des Elektromotors gesetzt wird, daß kein Schlupfen
der durch den Elektromotor anzutreibenden Räder auf der
Straßenoberfläche, welche den erfaßten Reibungskoeffizien
ten aufweist, erzeugt wird, die Räder mit einer maximalen
Antriebskraft in einem Bereich angetrieben werden, in dem
kein Schlupfen derselben verursacht wird. Daher kann die
Startunterstützung effizient durchgeführt werden.
Die vorangehenden sowie weitere Ziele und die begleitenden
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende
detaillierte Beschreibung augenscheinlich, wenn
diese in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen be
trachtet wird, worin:
Fig. 1 ein Skelettdiagramm ist, welches eine Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ein Flußdiagramm ist, welches ein Steuerprogramm
eines Elektromotors zeigt; und
Fig. 3 ein Graph ist, welcher die Korrelation zwischen
einer Antriebskraft und einem Schlupfverhältnis
zeigt.
Die Ausführungsform in Fig. 1 zeigt ein Vierradfahrzeug mit
einem Paar von Vorderrädern 1 bzw. einem Paar von Hinterrä
dern 2. Das Paar rechter und linker Vorderräder 1, 1 ist
durch eine Maschine 3 über ein Getriebe 4 angetrieben. Das
Paar rechter und linker Hinterräder 2, 2 ist durch einen
Elektromotor 5 über eine Kupplung 6 und ein Differential
getriebe 7 angetrieben.
Der Elektromotor 5 ist durch einen Gleichstrom-(DC)-Bür
stenmotor gebildet und ist mit einer am Fahrzeug angebrach
ten Batterie 8 über einen Hauptschalter 9 verbunden, eine
Schaltung 10 zum Umschalten zwischen dem Vorwärts- und dem
Rückwärtsfahren und einen Motortreiber 11 des PWM-(Impuls
breitenmodulierten-Inverter)-Typs oder des Typs mit varia
blem Widerstand, oder dergleichen. Der Hauptschalter 9 und
der Motortreiber 10 werden durch ein Signal von der Steuer
schaltung 12 gesteuert. Wenn der Hauptschalter 9 angeschal
tet wird, dann wird der Elektromotor 5 betrieben und ebenso
wird die Kupplung 6 eingerückt, so daß die Hinterräder 2
durch den Elektromotor 5 angetrieben werden können. Die
Antriebskraft der Hinterräder 2 ist somit durch die Steue
rung des Abgabedrehmoments des Elektromotors 5 durch den
Motor 3 durch den Motortreiber 11 veränderbar. Die Schal
tung 10 zum Umschalten zwischen dem Vorwärtsfahren und dem
Rückwärtsfahren wird derart gesteuert, daß sie in miteinander
gekoppelter Beziehung mit einem Schalthebel innerhalb
eines Fahrgastraums des Fahrzeugs geschaltet wird.
Die Steuerschaltung (Regelschaltung) 12 ist aus einem
Mikrocomputer aufgebaut, welcher die folgenden Eingangs
signale empfängt: ein Signal eines Bremsschalters 13 zum
Erfassen, ob eine Bremse aus ist, ein Signal eines Gaspe
dalschalters 14 zum Erfassen, ob ein Gaspedal an ist (d. h.
niedergedrückt), ein Signal von einem Getriebesensor 15 zum
Erfassen, ob ein Getriebe 4 in einem neutralen Zustand ist
oder nicht, d. h. einen Schalthebelstellungssensor in einem
Automatikgetriebe und einen Kupplungsschalter in einem
manuellen Getriebe, und Signale von Raddrehzahlsensoren 16R
zum Erfassen der Umdrehungsgeschwindigkeiten der Hinterrä
der 2 in Zusammenwirkung mit Impulszahnrädern 16a, welche
an den Hinterrädern 2 angebracht sind. Ferner ist eine µ-
Erfassungsvorrichtung 17 vorgesehen, um während des Fahrens
des Fahrzeugs einen Reibungskoeffizienten µ auf der Stra
ßenoberfläche vorzusehen, so daß das Signal von der µ-
Erfassungsschaltung 17 ebenso in die Steuerschaltung 12
eingegeben werden kann.
Die µ-Erfassungsschaltung 17 ist aus einem Antriebskraft-
Erfassungsabschnitt 17a zum Erfassen der Antriebskraft der
Vorderräder 1, einem Schlupfverhältnis-Erfassungsabschnitt
17b zum Erfassen des Schlupfverhältnisses der Vorderräder 1
und einem µ-Erfassungsabschnitt 17c zum Erfassen des Rei
bungskoeffizienten µ auf der Straßenoberfläche beruhend auf
einer Korrelation zwischen der Antriebskraft und dem
Schlupfverhältnis der Vorderräder 1 aufgebaut.
Der Antriebskraft-Erfassungsabschnitt 17a empfängt die
folgenden Eingangssignale: ein Signal von einem Sensor 18
zum Erfassen der Drehzahl Ne der Maschine 3, ein Signal von
einem Sensor 19 zum Erfassen eines Drosselöffnungsgrads θth
der Maschine 3 und ein Signal, welches die momentan einge
richtete Geschwindigkeitsstufe des Getriebes 4 anzeigt. Ein
Maschinenausgabedrehmoment wird aus Ne und θth durch eine
Tabellensuche oder dergleichen abgeleitet oder erhalten.
Aus diesem Abgabedrehmoment und einem Übersetzungsverhält
nis der eingerichteten Geschwindigkeitsstufe wird die
Antriebskraft der Vorderräder 1 berechnet. Ferner ist ein
Fahrzeug vorgesehen, an welchem ein System angebracht ist,
in welchem, beruhend auf der Absicht eines Fahrers, die aus
einem Niederdrück-Betrag des Gaspedals sowie den drehmomen
tanen Fahrzuständen bestimmt wird, der Drosselöffnungsgrad,
die Kraftstoffeinspritzmenge und die Geschwindigkeitsstufe
elektronisch gesteuert werden. In diesem Fahrzeug wird ein
Sollwert der Antriebskraft der durch die Maschine anzutrei
benden Räder durch eine Steuereinheit für das System be
rechnet. Die Maschine und das Getriebe werden somit derart
gesteuert, daß die Antriebskraft auf den Sollwert gebracht
wird. Daher kann die Steuereinheit ebenso in Doppelfunktion
zur Verwendung als der Antriebskraft-Erfassungsabschnitt
verwendet werden.
Der Schlupfverhältnis-Erfassungsabschnitt 17b empfängt die
folgenden Eingangssignale: Signale von Raddrehzahlsensoren
16F, welche die Drehzahlen der Vorderräder 1 in Zusammen
wirkung mit Impulszahnrädern 16a erfassen, welche an den
Vorderrädern 1 angebracht sind, und Signale von den Rad
drehzahlsensoren 16R, welche die Drehzahlen der Hinterräder
2 erfassen. Hier werden, während das Fahrzeug fährt, die
Hinterräder 2 als nicht angetriebene bzw. Mitlaufräder mit
einer der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechenden Geschwin
digkeit gedreht. Daher kann das Schlupfverhältnis der
Vorderräder 1 als die Antriebsräder aus der Differenz der
Drehzahlen zwischen den Vorderrädern 1 und den Hinterrädern
2 berechnet werden. Diese Berechnung wird in dem Schlupf
verhältnis-Erfassungsabschnitt 17b durchgeführt, um dadurch
das Schlupfverhältnis zu erfassen.
Der µ-Erfassungsabschnitt 17c empfängt Eingaben von einem
Signal von dem Antriebskraft-Erfassungsabschnitt 17a und
einem Signal von dem Schlupfverhältnis-Erfassungsabschnitt
17b. Die Korrelation zwischen der Antriebskraft und dem
Schlupfverhältnis der Vorderräder 1 ist in einer Kurve "a"
in Fig. 3 für den Fall gezeigt, daß der Reibungskoeffizient
µ auf der Straßenoberfläche gering ist, und ist in einer
Kurve "b" für den Fall gezeigt, in dem der Reibungskoeffi
zient µ auf der Straßenoberfläche hoch ist. Dann wird in
dem µ-Erfassungsabschnitt 17c der Reibungskoeffizient auf
der Straßenoberfläche durch eine Tabellensuche oder der
gleichen beruhend auf der Korrelation zwischen der An
triebskraft und dem Schlupfverhältnis erfaßt. Der erfaßte
Wert des Reibungskoeffizienten µ wird zur Steuerschaltung
12 übertragen.
Das Steuerverfahren in der Steuerschaltung 12 ist in Fig. 2
gezeigt. Wenn die folgenden vier Bedingungen erfüllt sind,
dann wird angenommen, daß das Fahrzeug in einem Zustand
ist, in dem es gestartet wird, wobei die vier Bedingungen
sind: daß die Bremse (einschließlich einer Parkbremse und
einer Seitenbremse (Nebenbremse)) aus oder freigegeben ist
(S1), daß das Getriebe in einem nicht neutralen Zustand ist
(S2), daß das Gaspedal an ist (d. h. niedergedrückt ist)
(S3) und daß die Drehzahlen der Hinterräder (Fahrzeugge
schwindigkeit V) kleiner oder gleich einem bestimmten Wert
Vs sind (S4). Wenn angenommen wird, daß das Fahrzeug ge
startet wird, dann wird eine Bestimmung durchgeführt, ob
der Reibungskoeffizient µ, welcher vor dem Anhalten des
Fahrzeugs erfaßt worden ist, kleiner oder gleich einem
vorbestimmten µs ist (S5). Wenn µ ≦ µs, dann wird der
Hauptschalter 9 angeschaltet (S6). Wenn das Fahrzeug nicht
in einem Zustand ist, in dem es gestartet wird, da eine der
obigen vier Bedingungen nicht erfüllt ist, oder wenn µ <
µs, selbst wenn das Fahrzeug in einem Startzustand ist,
dann wird der Hauptschalter 9 abgeschaltet (S7). Auf diese
Art und Weise wird, wenn das Fahrzeug auf einer Straße mit
geringem Reibungskoeffizienten µ gestartet wird, der Elektromotor
5 vom Beginn des Startens des Fahrzeugs an betrie
ben, um dadurch die Hinterräder 2 anzutreiben. Als Ergebnis
daraus wird das Starten des Fahrzeugs mit einem guten
Ansprechverhalten unterstützt. Ferner wird der Elektromotor
5 lediglich in dem Falle betrieben, in dem das Fahrzeug auf
einer Straße mit geringem Reibungskoeffizienten µ startet.
Daraus folgt, daß es keine Probleme bei der Haltbarkeit
gibt, selbst wenn ein kostengünstiger Gleichstrom-Bürsten
motor als der Elektromotor 5 verwendet wird. In der vorlie
genden Ausführungsform ist ferner folgende Anordnung vor
gesehen. Insbesondere wenn µ ≦ µs, wird ein derartiger
oberer Grenzwert Tmax des Abgabedrehmoments Ta des Elektro
motors 5 durch eine Tabellensuche oder dergleichen (S8)
berechnet, welcher keinen Schlupf der Hinterräder 2 bei
diesem Wert des Reibungskoeffizienten µ verursachen wird.
Der Motortreiber 11 wird derart gesteuert, daß das Abgabe
drehmoment Ta zu dem maximalen Wert Tmax wird (S9). Somit
werden die Hinterräder 2 mit der maximalen Antriebskraft
angetrieben, während ein Schlupfen derselben verhindert
wird, wodurch effektiv und in sicherer Weise eine Start
unterstützung des Fahrzeugs erhalten wird. Diese Abgabe
steuerung wird in einem Rückkopplungs- oder einem Vorwärts
steuerungsverfahren (Regelverfahren) durch Erfassen des
Stromwerts des Elektromotors 5 durchgeführt, derart, daß
der Stromwert zu einem Wert wird, welcher dem maximalen
Wert Tmax entspricht.
Ferner kann zum Zeitpunkt des Bremsens der Reibungskoeffi
zient µ auf der Straßenoberfläche nicht genau erfaßt wer
den. Als eine Lösung wird eine Bestimmungsverarbeitung in
dem Schritt S5 beruhend auf einem Wert des Reibungskoeffi
zienten µ durchgeführt, welcher unmittelbar vor dem Betäti
gen der Bremse erfaßt worden ist. Zusätzlich empfängt in
der vorliegenden Ausführungsform die Steuerschaltung 12
Eingangssignale von den Drehzahlsensoren 16F für die Vor
derräder, neben den Signalen von den Drehzahlsensoren 16R
für die Hinterräder. Obgleich in Fig. 2 nicht dargestellt,
wird eine Bestimmung durchgeführt, ob das Fahrzeug gut
gestartet ist, ohne daß die Vorderräder 1 einen Schlupf
aufgewiesen haben. Die vorangehend beschriebenen Vs- und
µs-Werte sind somit derart eingerichtet, daß sie durch eine
lernende Steuerung änderbar sind.
Es ist bisher die Erklärung einer Ausführungsform gegeben
worden, in welcher die vorliegende Erfindung bei einem
Vierradantriebsfahrzeug verwendet wird, dessen Vorderräder
1 durch die Maschine 3 angetrieben werden und dessen Hin
terräder 2 durch den Elektromotor 5 angetrieben werden. Die
vorliegende Erfindung kann selbstverständlich in gleicher
Weise bei einem Fahrzeug verwendet werden, in welchem die
Hinterräder durch eine Maschine angetrieben werden und die
Vorderräder durch einen Elektromotor angetrieben werden.
Wie man aus den vorangehenden Erklärungen erkennen kann,
kann gemäß der vorliegenden Erfindung das Sicherstellen
einer Unterstützung durch den Elektromotor beim Starten des
Fahrzeugs auf einer Straße mit geringem Reibungskoeffizien
ten µ verbessert werden.
Man erkennt leicht, daß das vorangehend beschriebene Vor
derrad- und Hinterradantriebsfahrzeug angegebenen Ziele
erreicht und ferner den Vorteil einer breiten kommerziellen
Verwendbarkeit aufweist. Es ist selbstverständlich, daß die
vorangehend beschriebene spezifische Form der Erfindung
lediglich als darstellend beabsichtigt ist, da bestimmte
Modifikationen innerhalb des Umfangs dieser Lehre für den
Fachmann augenscheinlich sind.
Daher wird zur Bestimmung des vollständigen Umfangs der
Erfindung auf die nachfolgenden Ansprüche verwiesen.
Entweder die Vorderräder (1) oder die Hinterräder (2) eines
Vorderrad- und Hinterradantriebsfahrzeugs werden durch eine
Maschine (3) angetrieben und die anderen Räder desselben
werden durch einen Elektromotor (5) angetrieben. Eine µ-
Erfassungsschaltung (17) erfaßt einen Reibungskoeffizienten
(µ) auf einer Straßenoberfläche. Eine Steuerschaltung (12)
steuert den Betrieb des Elektromotors (5) derart, daß dann,
wenn das Fahrzeug in einem Zustand gestartet wird, in
welchem ein erfaßter Reibungskoeffizient (µ) unter einem
vorbestimmten Wert (µs) ist, ein Abgabedrehmoment (Ta) des
Elektromotors (5) zu einem vorbestimmten Sollwert wird,
welcher dem erfaßten Reibungskoeffizienten (µ) entspricht.
Claims (1)
1. Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit
einer vom Fahrzeugmotor (3) angetriebenen Hauptan triebsachse sowie einer weiteren zuschaltbaren An triebsachse, deren Räder durch einen Elektromotor (5) angetrieben werden,
Sensoren (16F; 16R) zur Erfassung der Raddrehzahlen an den Vorder- und Hinterrädern (1; 2),
einem Sensor (18) zur Erfassung der Motordrehzahl und
einem Sensor zur Erfassung der Getriebestellung,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein weiterer Sensor (19) zur Erfassung des Öffnungs grades der Drosselklappe vorgesehen ist sowie
eine Einrichtung (17a), welcher die Signale des Motor drehzahlsensors (18), des Getriebestellungssensors und des Drosselklappensensors (19) zugeführt werden, um daraus die Antriebskraft der Räder der Hauptantriebs achse zu ermitteln,
eine Einrichtung (17b), welcher die Signale der Rad drehzahlsensoren (16F; 16R) zugeführt werden, um da raus das Schlupfverhältnis zwischen Vorder- und Hin terrädern (1; 2) zu ermitteln,
eine Einrichtung (17c), welcher die Signale der Ein richtung (17a) zur Erfassung der Antriebskraft und der Einrichtung (17b) zur Erfassung des Schlupfverhältnis ses zugeführt werden, um aus der Korrelation zwischen Antriebskraft und Schlupfverhältnis den Reibungskoef fizienten µ der Straßenoberfläche zu ermitteln, und eine Steuereinrichtung (12), welcher das Signal der Einrichtung (17c) zur Ermittlung des Reibungskoeffi zienten µ zugeführt wird und welche ein Abgabedrehmo ment Ta des Elektromotors (5) als Sollwert vorgibt, wenn beim Starten des Kraftfahrzeuges der Reibungskoeffizient µ kleiner oder gleich einem vorgegebenen Wert µs ist, wobei das Abgabedrehmoment Ta des Elek tromotors auf einen oberen Grenzwert Tmax gesetzt wird, bei dem die durch den Elektromotor angetriebenen Räder keinen Schlupf auf der Straße verursachen, welche den ermittelten Reibungskoeffizient µ aufweist.
einer vom Fahrzeugmotor (3) angetriebenen Hauptan triebsachse sowie einer weiteren zuschaltbaren An triebsachse, deren Räder durch einen Elektromotor (5) angetrieben werden,
Sensoren (16F; 16R) zur Erfassung der Raddrehzahlen an den Vorder- und Hinterrädern (1; 2),
einem Sensor (18) zur Erfassung der Motordrehzahl und
einem Sensor zur Erfassung der Getriebestellung,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein weiterer Sensor (19) zur Erfassung des Öffnungs grades der Drosselklappe vorgesehen ist sowie
eine Einrichtung (17a), welcher die Signale des Motor drehzahlsensors (18), des Getriebestellungssensors und des Drosselklappensensors (19) zugeführt werden, um daraus die Antriebskraft der Räder der Hauptantriebs achse zu ermitteln,
eine Einrichtung (17b), welcher die Signale der Rad drehzahlsensoren (16F; 16R) zugeführt werden, um da raus das Schlupfverhältnis zwischen Vorder- und Hin terrädern (1; 2) zu ermitteln,
eine Einrichtung (17c), welcher die Signale der Ein richtung (17a) zur Erfassung der Antriebskraft und der Einrichtung (17b) zur Erfassung des Schlupfverhältnis ses zugeführt werden, um aus der Korrelation zwischen Antriebskraft und Schlupfverhältnis den Reibungskoef fizienten µ der Straßenoberfläche zu ermitteln, und eine Steuereinrichtung (12), welcher das Signal der Einrichtung (17c) zur Ermittlung des Reibungskoeffi zienten µ zugeführt wird und welche ein Abgabedrehmo ment Ta des Elektromotors (5) als Sollwert vorgibt, wenn beim Starten des Kraftfahrzeuges der Reibungskoeffizient µ kleiner oder gleich einem vorgegebenen Wert µs ist, wobei das Abgabedrehmoment Ta des Elek tromotors auf einen oberen Grenzwert Tmax gesetzt wird, bei dem die durch den Elektromotor angetriebenen Räder keinen Schlupf auf der Straße verursachen, welche den ermittelten Reibungskoeffizient µ aufweist.
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