DE19831249A1 - Verfahren und Regel- und Steuereinheit zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs - Google Patents
Verfahren und Regel- und Steuereinheit zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines KraftfahrzeugsInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs werden die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Querbeschleunigung als Eingangssignale einer Regel- und Steuereinheit zugeführt, in der bei Überschreiten eines Grenzwerts einer den Fahrzustand bestimmten Größe ein Stellsignal erzeugt wird. DOLLAR A Um ein Fahrdynamik zu schaffen, mit dem zusätzliche Einstellmöglichkeiten zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs gegeben sind, ist vorgesehen, bei Überschreiten eines Grenzwerts der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Querbeschleunigung Drosselklappen-Stellsignale zur Begrenzung der Drosselklappenposition zu erzeugen, die zeitliche Änderung der Querbeschleunigung zu bestimmen und in der Regel- und Steuereinheit ein Kupplungs-Stellsignal zur Öffnung der Kupplung zu erzeugen, falls die Änderung der Querbeschleunigung einen Grenzwert übersteigt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Regel- und Steu
ereinheit zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraftfahr
zeugs nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 16.
In der gattungsgemäßen Druckschrift DE-Z: ATZ 96 (1994) 11,
Seiten 657 ff. wird ein elektronisches Fahrdynamik-Regelsystem
beschrieben, mit dem aktiv in einzelne Fahrzeugkomponenten zur
Verbesserung des dynamischen Fahrverhaltens eingegriffen wird.
Als Eingangssignale für das Regelsystem werden die Fahrzeugge
schwindigkeit und die Querbeschleunigung gemessen, die gemein
sam mit weiteren Eingangsgrößen wie dem Lenkradwinkel zur Be
stimmung eines Sollverlaufes für die Giergeschwindigkeit heran
gezogen werden. Durch einen Vergleich mit der aktuellen Ist-
Giergeschwindigkeit wird die Abweichung des tatsächlichen Fahr
verhaltens vom gewünschten Fahrverhalten bestimmt und zur Er
mittlung eines Regeleingriffs verwendet. Beispielsweise wird
bei beginnendem Übersteuern das Antriebsmoment reduziert, um
das Seitenführungspotential der Räder der angetriebenen Achse
zu erhöhen.
Ein weiteres Fahrdynamik-Regelsystem ist aus der EP 05 54 892
A1 bekannt. Diese Druckschrift zeigt ein System zur Traktions
kontrolle bei Kraftfahrzeugen mit Automatikgetriebe, das als
Eingangssignale den Schaltzustand des Getriebes und die Fahr
zeuggeschwindigkeit heranzieht und hieraus ein Stellsignal zur
Einstellung der Drosselklappenposition erzeugt, um das An
triebsmoment einstellen zu können.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Fahrdynamik-
System zu schaffen, mit dem zusätzliche Einstellmöglichkeiten
zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs gegeben
sind. Es soll insbesondere die Stabilität des Fahrzeugs erhöht
werden. Darüberhinaus soll das Fahrdynamik-System zweckmäßig so
einfach wie möglich ausgebildet sein und vorhandene Ressourcen
so weit wie möglich nutzen.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An
spruches 1 bzw. 16 gelöst.
Gemäß dem neuen Verfahren werden die Fahrzeug-
Längsgeschwindigkeit und die Querbeschleunigung sensiert und
zur Bestimmung eines Stellsignals für die Drosselklappenpositi
on und für die Kupplung herangezogen. Überschreitet die Fahr
zeuggeschwindigkeit und/oder die Querbeschleunigung einen
Grenzwert, so wird der maximale Öffnungswinkel der Drosselklap
pe begrenzt, wodurch auch die Motorleistung begrenzt wird. Dar
aufhin wird sich, zumindest bei gleichbleibenden äußeren Um
ständen, auch eine maximale Fahrzeuggeschwindigkeit einstellen.
Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß unterhalb des Grenz
werts für die Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. die Querbeschleuni
gung die Drosselklappenposition allein über die Fahreranforde
rung bestimmt wird, oberhalb des Grenzwerts jedoch auf einen
maximalen Öffnungswinkel limitiert wird. Dadurch wird das Ab
triebsmoment an der angetriebenen Achse begrenzt bzw. redu
ziert, gegebenenfalls bis auf das maximale Schleppmoment des
Motors. Durch die Begrenzung bzw. Reduzierung des Antriebsmo
ments wirken auf die angetriebenen Fahrzeugräder geringere
Längskräfte, so daß die Fahrzeugräder in der Lage sind, höhere
Seitenführungskräfte aufzunehmen, wodurch die Stabilität des
Fahrzeugs erhöht wird.
Diese Strategie nutzt die Systemeigenschaften eines auf einem
drive-by-wire-Konzepts beruhenden Kraftfahrzeugs. Gegenüber be
kannten Regelkonzepten wird als zusätzliche Hardware-Komponente
lediglich ein Sensor zur Messung der Querbeschleunigung benö
tigt; weitere Fahrzeugkomponenten sind dagegen nicht erforder
lich. Der Stabilitätsgewinn wird mit einem minimalen zusätzli
chen Hardware-Aufwand erzielt.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß eine Radbremsung primär
nicht erforderlich ist, so daß über die Räder keine zusätzli
chen Radlängskräfte übertragen werden müssen, die die Übertra
gung zusätzlicher, stabilisierender Seitenführungskräfte be
grenzen würden.
Als weiterer stabilisierender Eingriff können die Kupplungs
scheiben getrennt werden, so daß die Drehmomentübertragung im
Antriebsstrang unterbrochen wird und die angetriebene Achse
bzw.. die angetriebenen Räder vollständig von Antriebsmomenten
und folglich von Längskräften befreit wird, wodurch ein Maximum
an Seitenführungskräften übertragbar ist.
Die Unterbrechung der Drehmomentübertragung erfolgt üblicher
weise bei extremen Fahrsituationen, die dadurch detektiert wer
den, daß ein hoher Gradient bzw. eine große zeitliche Änderung
der Querbeschleunigung vorliegt. Die zeitliche Änderung der
Querbeschleunigung wird mit einem Grenzwert verglichen; über
steigt die Querbeschleunigungsänderung den Grenzwert, so wird
die Kupplung geöffnet.
Die Drosselklappeneinstellung und die Trennung der Kupplungs
scheiben stellen unterschiedliche Eingriffsmöglichkeiten dar,
die in einer gemeinsamen Regel- und Steuereinheit zusammenge
faßt werden, denen jedoch unterschiedliche physikalische Größen
und Grenzwerte zugrunde liegen. Die Drosselklappeneinstellung
erfolgt in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit und der
Querbeschleunigung, der Kupplungseingriff in Abhängigkeit der
zeitlichen Änderung der Querbeschleunigung. Es ist dadurch mög
lich, eine abgestufte Stabilisierungsstrategie zu realisieren,
indem regelmäßig bei den üblichen Fahrmanövern und Fahrsitua
tionen zunächst über den Drosselklappeneingriff das Antriebsmo
ment reduziert wird und in einem weiteren Schritt - bei gefähr
licheren Fahrsituationen - die Kupplungsscheiben getrennt wer
den.
Die beiden Eingriffe müssen nicht zeitlich aufeinanderfolgend
ablaufen, sondern kommen situationsbedingt zum Einsatz. Es kann
vorkommen, daß bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten und klei
nen Querbeschleunigungen plötzlich starke Querbeschleuni
gungsänderungen auftreten, beispielsweise hervorgerufen durch
starke Lenkbewegungen, wobei in diesem Fall zum Aufbau der für
die Stabilität notwendigen Seitenführungskräfte nur die Kupp
lungsscheiben getrennt werden, ohne daß hierbei die Stellung
der Drosselklappe verändert werden müßte. Hiermit wird dem Um
stand Rechnung getragen, daß eine plötzliche auftretende Gefah
rensituation einen schnell wirkenden Eingriff zur Fahrzeugsta
bilisierung erforderlich macht. Die Trennung der Kupplungs
scheiben wirkt sich als unmittelbarer Eingriff in den Antriebs
strang schneller aus als eine Beschränkung des maximalen Öff
nungswinkels der Drosselklappe, da die Änderung der Drossel
klappenstellung sich über die Verbrennung des eingeführten
Kraftstoff/Luftgemisches erst mit zeitlicher Verzögerung be
merkbar macht und außerdem keine vollständige, sondern nur eine
teilweise Entlastung der angetriebenen Achse bewirkt, weil auch
bei geschlossener Drosselklappe zumindest das Schleppmoment des
Motors übertragen wird. Werden die Kupplungsscheiben wieder ge
schlossen, so befindet sich die Drosselklappe noch in der der
Fahreranforderung entsprechenden Stellung bzw. in der auf den
Maximalwert begrenzten Stellung, wodurch trägheitsbedingte Ver
zögerungen im Ansprechverhalten vermieden werden.
Umgekehrt ist es auch bei hohen Geschwindigkeiten und großen
Querbeschleunigungen nicht unbedingt erforderlich, den An
triebsstrang zu trennen, sondern es reicht in der Regel aus,
eine maximale Drosselklappenstellung vorzugeben.
Es kann aber angezeigt sein, beide Maßnahmen gleichzeitig aus
zuführen, also sowohl die Drosselklappenstellung zu begrenzen
als auch die Kupplungsscheiben zu trennen.
Die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Querbeschleunigung werden
sensorisch in diskreten Zeitabständen erfaßt, wobei die Fahr
zeuggeschwindigkeit insbesondere aus der Raddrehzahl ermittelt
wird.
Die Grenzwerte für die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Querbe
schleunigung sowie für die Änderung der Querbeschleunigung kön
nen fahrzeugspezifisch angepaßt und in einer Speichereinheit
der Regel- und Steuereinheit abgelegt werden. Zweckmäßig sind
die Drosselklappenpositionen in Abhängigkeit der Fahrzeugge
schwindigkeit und der Querbeschleunigung in einem Kennfeld der
Regel- und Steuereinheit abgespeichert, so daß jedem aktuellen
Wert einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Querbeschleunigung
eine maximale Drosselklappenposition zugeordnet werden kann.
Um zu verhindern, daß durch die Änderung der Drosselklappen
stellung eine Lastwechselreaktion infolge eines sich schnell
ändernden Antriebsmoments ausgelöst wird, wird vorteilhaft ein
Grenzwert für die maximal mögliche zeitliche Änderung der Dros
selklappenposition - mithin ein Gradient für die Drosselklap
penbewegung - vorgegeben, auf den jede Drosselklappenänderung
begrenzt wird. Unterhalb des Grenzwertes erfolgt keine Begren
zung der Drosselklappenänderung. Die Begrenzung der Drossel
klappenänderung wirkt sich insbesondere bei einer Änderung der
Fahrzeuggeschwindigkeit oder der Querbeschleunigung vorteilhaft
aus, weil eine derartige Änderung in der Regel auch eine Ände
rung des Grenzwertes der Drosselklappenstellung auslöst. Geht
die Fahreranforderung über den höchsten Grenzwert hinaus, wErd
die Drosselklappe immer bestrebt sein, den maximal möglichen
Öffnungswinkel einzunehmen. Der Bewegungsverlauf - sowohl ein
Ansteigen als auch ein Reduzieren - zwischen zwei möglichen Po
sitionen der Drosselklappe wird durch den Grenzwert der Dros
selklappenänderung begrenzt, der Lastwechselreaktionen auf ein
vertretbares Maß beschränkt.
Liegt die Anforderung des Fahrers unterhalb des aktuell für ei
ne bestimmte Geschwindigkeit und für eine bestimmte Querbe
schleunigung geltenden Drosselklappen-Grenzwerts bzw. fällt die
Anforderung durch sich ändernde äußere Bedingungen unter diesen
Grenzwert ab, so greifen die Drosselklappenlimitierungen zweck
mäßig nicht durch, sondern die Fahreranforderung wird ohne Ein
schränkung in eine gewünschte Drosselklappenstellung umgesetzt.
Auch die Kupplungsscheiben werden wieder geschlossen, sobald
der aktuelle Wert der Änderung der Querbeschleunigung unter den
entsprechenden Grenzwert fällt.
Der aktuelle Wert der Änderung der Querbeschleunigung wird be
vorzugt als Differenzenquotient bestimmt, indem die Differenz
aufeinanderfolgender Meßwerte von Querbeschleunigungen durch
das zwischen den Meßwerten liegende Zeitintervall dividiert
wird. Diese einfach durchzuführende Methode liefert insbesonde
re bei kleinen zeitlichen Abständen aufeinanderfolgender Mes
sungen zuverlässige Ergebnisse.
Zusätzliche Eingriffsmöglichkeiten zur Stabilisierung des Fahr
zeugs sind durch eine Limitierung der Kraftstoffeinspritzung
und durch eine Aktivierung der Radbremse gegeben. Über die
Steuerung der Kraftstoffeinspritzung kann das Antriebsmoment
beeinflußt werden, wohingegen über die Einstellung der Radbrem
se unmittelbar die Höhe des Bremsmoments bestimmt wird.
Die Kraftstoffeinspritzung wird zweckmäßig für den Fall ausge
setzt, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit einen Grenzwert über
schreitet, wobei dieser Grenzwert identisch mit dem die Dros
selklappenposition bestimmenden Fahrzeuggeschwindigkeits-
Grenzwert sein kann, gegebenenfalls sich aber auch hiervon un
terscheiden kann, insbesondere höher sein kann.
Als zusätzliches Kriterium für die Aussetzung der Kraftstoff
einspritzung kann die Querbeschleunigung oder die Änderung der
Querbeschleunigung herangezogen werden, wobei zweckmäßig nur
eines dieser Kriterien, jedoch in Kombination mit dem vorge
nannten Fahrzeuggeschwindigkeits-Kriterium verwendet wird. Die
Grenzwerte für die Querbeschleunigung bzw. die Änderung der
Querbeschleunigung können wiederum identisch mit den für den
Drosselklappen- und den Kupplungseingriff herangezogenen Grenz
werten sein, gegebenenfalls sich aber auch von diesen unter
scheiden, insbesondere höher liegen.
Die Kraftstoffeinspritzung wird vorzugsweise wieder aufgenom
men, sobald die Querbeschleunigung und die zeitliche Änderung
der Querbeschleunigung jeweils einen zugeordneten Grenzwert un
terschreiten, wobei auch in diesem Fall die Grenzwerte iden
tisch sein können mit den Grenzwerten, bei denen die Einsprit
zung ausgesetzt wurde, gegebenenfalls sich aber auch unter
scheiden können, insbesondere niedriger liegen können.
Als stabilisierende Maßnahme kann unmittelbar die Fahrzeugge
schwindigkeit beschränkt werden, insbesondere durch Aktivierung
der Radbremse. Dies kann bei Vorliegen verschiedener Kriterien
erfolgen, die je nach Auslegung einzeln oder kumulativ erfüllt
sein müssen. Als Kriterium kann herangezogen werden, ob die
Fahrzeuggeschwindigkeit einen Grenzwert erreicht, ob die Fahr
zeugbeschleunigung einen Grenzwert erreicht und/oder ob die Än
derung der Querbeschleunigung einen Grenzwert erreicht, wobei
die jeweiligen Grenzwerte mit den entsprechenden Grenzwerten
für den Drosselklappeneingriff, den Kupplungseingriff oder den
Eingriff für die Kraftstoffeinspritzung identisch sein können
oder aber sich unterscheiden können.
Die Aktivierung der Radbremse wird bevorzugt wieder aufgehoben,
wenn die Querbeschleunigung und die zeitliche Änderung der
Querbeschleunigung jeweils einen zugeordneten Grenzwert unter
schreiten, wobei sich auch in diesem Fall diese Grenzwerte von
den vorhergehenden Grenzwerten unterscheiden, insbesondere
niedriger sein können.
Für die Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Querbe
schleunigung sind Sensoren vorgesehen, wobei die Fahrzeugge
schwindigkeit auch über die Messung der Raddrehzahlen ermittelt
werden kann. Die Meßsignale werden als Eingangssignale der Re
gel- und Steuereinheit zugeführt, in der in Abhängigkeit der
Eingangssignale aus einem Kennfeld die maximal zulässige Dros
selklappenposition bestimmt und als Stellsignal einer Stellein
richtung zur Einstellung der Drosselklappe zugeführt wird. Au
ßerdem wird in der Regel- und Steuereinheit aus zumindest zwei
aufeinanderfolgenden Signalen der Querbeschleunigung die Ände
rung der Querbeschleunigung bestimmt, mit einem abgespeicherten
Grenzwert verglichen und ein Kupplungs-Stellsignal erzeugt,
falls der Grenzwert erreicht bzw. überschritten wird. Das Kupp
lungs-Stellsignal wird einer Stelleinrichtung zugeführt, über
die die Kupplungsscheiben zur Unterbrechung des Antriebsstran
ges getrennt werden.
Anstelle eines Kennfeldes kann auch eine Berechnungsvorschrift
zur Ermittlung der maximal zulässigen Drosselklappenposition
herangezogen werden.
Das Verfahren und die Regel- und Steuereinheit sind für den
Einsatz in Fahrzeugen mit Handschaltgetrieben vorgesehen. Es
kommt aber auch ein Einsatz in Automatikgetrieben in Frage, wo
bei in diesem Fall die benachbarten Scheiben des Drehmoment
wandlers getrennt werden um die Momentenübertragung im An
triebsstrang zu unterbrechen.
Claims (16)
1. Verfahren zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraftfahr
zeugs, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Querbeschleu
nigung als Eingangssignale einer Regel- und Steuereinheit zuge
führt werden, in der bei Überschreiten eines Grenzwerts einer
den Fahrzustand bestimmenden Größe ein Stellsignal erzeugt
wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Überschreiten eines Grenzwerts der Fahrzeuggeschwindig
keit und/oder der Querbeschleunigung Drosselklappen-
Stellsignale zur Begrenzung der Drosselklappenposition erzeugt
werden
und daß die zeitliche Änderung der Querbeschleunigung bestimmt
wird und in der Regel- und Steuereinheit ein Kupplungs-
Stellsignal zur Öffnung der Kupplung erzeugt wird, falls die
Änderung der Querbeschleunigung einen Grenzwert übersteigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zeitliche Änderung der Querbeschleunigung als Differen
zenquotient aufeinanderfolgender Messungen von Querbeschleuni
gungen bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kupplung wieder geschlossen wird, sobald die zeitliche
Änderung der Querbeschleunigung den entsprechenden Grenzwert
wieder unterschreitet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Begrenzung der Drosselklappenposition wieder aufgehoben
wird, sobald die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder die Querbe
schleunigung den entsprechenden Grenzwert wieder unterschrei
ten.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Kennfeld für die Drosselklappenposition in Abhängigkeit
der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Querbeschleunigung vorgege
ben wird und in dem Kennfeld jedem aktuellen Wert einer Fahr
zeuggeschwindigkeit und einer Querbeschleunigung eine maximale
Drosselklappenposition zugeordnet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Grenzwert für die maximal mögliche zeitliche Änderung
der Drosselklappenposition vorgegeben wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kraftstoffeinspritzung ausgesetzt wird, falls die Fahr
zeuggeschwindigkeit einen Grenzwert überschreitet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kraftstoffeinspritzung ausgesetzt wird, falls die Quer
beschleunigung einen Grenzwert überschreitet.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kraftstoffeinspritzung ausgesetzt wird, falls die zeit
liche Änderung der Querbeschleunigung einen Grenzwert über
schreitet.
10. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kraftstoffeinspritzung wieder einsetzt, sobald die
Querbeschleunigung und die zeitliche Änderung der Querbeschleu
nigung einen Grenzwert unterschreiten.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fahrzeuggeschwindigkeit bei Erreichen eines Grenzwerts
beschränkt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fahrzeuggeschwindigkeit begrenzt wird, falls die Quer
beschleunigung einen Grenzwert überschreitet.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fahrzeuggeschwindigkeit begrenzt wird, falls die zeit
liche Änderung der Querbeschleunigung einen Grenzwert über
schreitet.
14. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fahrzeuggeschwindigkeit über die Radbremse beschränkt
wird.
15. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Begrenzung der Fahrzeuggeschwindigkeit wieder aufgeho
ben wird, sobald die Querbeschleunigung und die zeitliche Ände
rung der Querbeschleunigung einen Grenzwert unterschreiten.
16. Regel- und Steuereinheit zur Beeinflussung der Fahrdynamik
eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Regel- und Steuereinheit zur
Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Querbeschleunigung
über Sensoren meßbar und als Eingangssignale der Regel- und
Steuereinheit zuführbar sind und bei Überschreiten eines Grenz
werts einer den Fahrzustand bestimmenden Größe ein Stellsignal
erzeugbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Überschreiten eines Grenzwerts der Fahrzeuggeschwindig
keit und/oder der Querbeschleunigung Drosselklappen-
Stellsignale zur Begrenzung der Drosselklappenposition erzeug
bar sind und einer Stelleinrichtung der Drosselklappe zuführbar
ist
und daß ein Kupplung-Stellsignal zur Öffnung der Kupplung er
zeugbar ist, falls die zeitliche Änderung der Querbeschleuni
gung einen Grenzwert übersteigt.
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