DE3728574C1 - Einrichtung zum Regeln des Antriebsmomentes eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Regeln wenigstens einer das Antriebsmoment eines Kraftfahrzeuges beeinflussenden Größe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Einrichtung mit diesen Merkmalen ist aus der EP 02 29 249 A 1 bekannt. Danach wird für ein Fahrzeug mit Allradantrieb der Schlupf angetriebener Räder aus der Differenz zwischen Radbeschleunigung und Fahrzeuglängs­ beschleunigung ermittelt, da nichtangetriebene Räder für die Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit und damit für den Schlupf der angetriebenen Räder nicht vorhanden sind, und die Regelung durch Vergleich des so ermittelten Schlupf­ wertes mit einem vorgegebenen Schwellwert durchgeführt.

Bekannte Vortriebsregelungen verwenden im allgemeinen die Regelgrößen Schlupf bzw. Beschleunigung angetriebener Räder, wobei die Regelung nach Überschreiten einer Schlupfschwelle eingeleitet wird. Bekannt ist auch, die Schlupfschwelle beispielsweise bei Kurvenfahrt oder beim Fahren mit Schnee­ ketten zu verändern, um die Traktion bzw. Seitenführungskraft zu verbessern.

Während bei plötzlich schlechter werdendem Fahrbelag - wenn z. B. von trockenen auf nasse oder vereiste Fahrbahn­ stücke gewechselt wird - die Regelung im allgemeinen schnell anspricht, ist dies im umgekehrten Fall bei plötzlich besser werdenden Verhältnissen bisher nicht der Fall, da eine Erhöhung des Antriebsmomentes nur relativ langsam vorgenommen wird, um nicht mit zu hohem Überschußmoment in den nächsten Regelzyklus zu geraten.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Regeleinrichtung für Fahrzeuge mit Einachsantrieb zu schaffen, die sich selbst­ tätig an wechselnde Kraftschlußbeiwerte anpaßt, schnell auf steigende Kraftschlußbeiwerte reagiert und eine optimale Fahrzeugbeschleunigung gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Danach wird als Regelgröße die Differenz zwischen Rad­ beschleunigung und Fahrzeuglängsbeschleunigung herangezogen und mit einem Schwellwert verglichen. Dies bedeutet, daß bei großer Fahrzeuglängsbeschleunigung eine größere Radbe­ schleunigung erforderlich ist, um einen Regelvorgang auszulösen. Damit wird ein Beschleunigungsvorgang des Fahrzeuges durch einen Regelvorgang nicht wesentlich behindert. Der parallel dazu ermittelte Schlupf der angetriebenen Räder dient gleichsam als Kontrollgröße für die Wirksamkeit der Regelung und die Veränderung der Schlupfschwelle abhängig von der Fahrzeugbeschleunigung in Verbindung mit den Zeitfenstern und der Antriebsmomenten­ erhöhung abhängig vom Verhältnis der Geschwindigkeit und der momentanen Fahrzeuglängsbeschleunigung erlaubt eine schnelle Anpassung der Regelung an einen sog. μ-Sprung in Richtung auf einen größer werdenden Kraftschlußbeiwert.

Durch eine automatische Nachführung der Schwellwerte für Schlupf und Beschleunigungsdifferenzen sowie der Dauer der Zeitfenster gemäß den Unteransprüchen ergibt sich eine adaptive und den momentanen Straßenverhältnissen rasch Rechnung tragende Regelung des Antriebsmomentes, die in einem nachfolgenden Beispiel der Erfindung beschrieben ist.

Zuvor sie jedoch klargestellt, daß unter dem Begriff "Antriebsmoment" sowohl Motordrehzahl als auch Bremsmoment zu verstehen ist. Das Antriebsmoment beeinflussende Größen können demnach u. a. Drosselklappenwinkel bzw. Kraftstoff­ einspritzmenge, Zündwinkel und Bremsdruck in den Radbremsen sein. Dementsprechend können je nach Motorart und Vorhandensein das Motormoment beeinflussende Größen beispielsweise in einen schnellen Regelkreis (Zündwinkelverstellung) und einen langsamen Regelkreis (Verstellung des Drossel­ klappenwinkels bzw. der Kraftstoffeinspritzmenge) aufgeteilt werden, wobei die Abstimmung zu übrigen Einflußgrößen und die Zusammensetzung zu einem Gesamt-Antriebsmoment über ein Motorkennfeld erfolgt, was jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung ist. Steigender Bremsdruck in den Radbremsen wirkt im Sinne einer Verminderung auf das Antriebsmoment. Wenn im folgenden von Antriebsmoment die Rede ist, so kann sich dieses durch entsprechende Einstellungen der genannten Größen ergeben, ohne daß darauf noch näher eingegangen wird, da diese Zusammenhänge an sich bekannt bzw. Gegenstand anderer Patentanmeldungen sind.

Als Ausführungsbeispiel sei eine Vortriebsregelung eines Kraftfahrzeuges beschrieben, bei der das Antriebsmoment der einfachen Darstellung wegen nur über eine Größe, z. B. über den Drosselklappenwinkel α geregelt wird.

In der Zeichnung sind vier Ablaufdiagramme dargestellt, auf deren Abszisse jeweils der gleiche Zeitmaßstab dargestellt ist.

In Diagramm A sind die Fahrzeuggeschwindigkeit v _F , die Radgeschwindigkeit v _R eines der angetriebenen Räder sowie eine von der Fahrzeuggeschwindigkeit v _F abgeleitete Schlupf­ schwelle λ₁ (strichpunktiert) aufgetragen.

Diagramm B zeigt den Verlauf der Regelgröße Δ b, welche der Differenz zwischen der Radbeschleunigung des betrachteten angetriebenen Rades und der Fahrzeug­ beschleunigung a _x entspricht. Die Regelgröße ist im Ordinaten­ maßstab überhöht dargestellt; daraus wird auch erklärlich daß im Diagramm A die Fahrzeuggeschwindigkeit v _F als Kurve mit langen geraden Abschnitten dargestellt ist, da die der Beschleunigung zugeordneten Steigungen dieser Kurve nicht wesentlich von der Geraden abweichen würden und die Darstellung ohnehin etwas schematisiert ist.

Im Diagramm B sind auch eine positive und eine negative Schwelle ±Δ b₁ vorgegeben.

Das Diagramm C zeigt den zeitlichen Verlauf des Antriebs­ momentes bzw. des Drosselklappenwinkels a und im Diagramm D den zeitlichen Verlauf der Fahrzeuglängsbeschleunigung a _x (ebenfalls überhöht).

Beim Anfahren des Fahrzeuges wird zunächst das Fahrpedal betätigt, worauf sich die Drosselklappe öffnet mit etwas zeitlichem Verzug die Räder zu drehen beginnen und sich anschließend das Fahrzeug (Karosserie) in Bewegung setzt.

Wird das Fahrpedal für die momentanen Straßenverhältnisse zu weit durchgetreten, so ergibt sich ein zu großes Antriebs­ moment und zumindest ein angetriebenes Rad beginnt durchzudrehen. Die Differenz zwischen seiner Umfangs­ beschleunigung und der Fahrzeuglängsbeschleunigung a _x , welche als Regelgröße Δ b (Diagramm B) fungiert, überschreitet zum Zeitpunkt 1 eine vorgegebene Schwelle +Δ b₁, worauf das Antriebsmoment bzw. der Drosselklappenwinkel α beim ersten Regelzyklus um einen der in diesem Moment gemessenen Fahrzeuglängsbeschleunigung a _x1 zugeordneten Anteil Δα₁ verringert wird.

Infolge von Trägheiten im Antriebsstrang wird das Überschuß­ moment erst nach einer gewissen Zeitverzögerung abgebaut, so daß zunächst das angetriebene Rad weiter hochdreht und im Zeitpunkt 2 die strichpunktierte Schlupfschwelle λ₁ überschreitet (Diagramm A). In diesem Augenblick wird die momentane Fahrzeuglängsbeschleunigung a _x2 gespeichert und der weitere Beschleunigungsverlauf überwacht. Bleibt die Längsbeschleunigung während des Überwachungszyklus (solange die Geschwindigkeit v _R des angetriebenen Rades oberhalb der Schlupfschwelle λ₁ liegt) konstant oder fällt sie nur geringfügig ab, so bleibt die Schlupfschwelle unverändert, was in diesem und im nächsten Überwachungs­ zyklus der Fall sein soll. Steigt sie jedoch an (im dritten Überwachungszyklus), wird die Schlupfschwelle entsprechend diesem Anstieg erhöht (auf λ₂). Fällt die Längsbeschleunigung jedoch stärker ab, so wird die Schlupfschwelle entsprechend erniedrigt, was in der Zeichnung jedoch nicht dargestellt ist.

Aufgrund der Verminderung des Antriebsmomentes im Zeitpunkt 1 verringert sich die Regelgröße Δ b, geht in eine Verzögerung (der Radbeschleunigung gegenüber der Fahrzeuglängsbeschleunigung) über und unterscheidet im Zeitpunkt 3 den negativen Schwellwert -Δ b₁. Entsprechend der Differenz zwischen Regelgröße Δ b und Schwellwert -Δ b₁ wird der Drossel­ klappenwinkel α bzw. das Antriebsmoment M insgesamt um einen Wert Δα₃ erhöht, welcher der Differenz D₃ zwischen Minimum der Regelgröße Δ b und Schwellwert -Δ b₁ zugeordnet ist (nach Art einer Nachlaufsteuerung).

Gleichzeitig mit dem Beginn der Antriebsmomenterhöhung im Zeitpunkt 3 beginnt ein Zeitfenster t _M zu laufen. Wenn nicht vor Ablauf dieses Zeitfensters t _M die Schlupf­ schwelle λ₁ von dem betrachteten angetriebenen Rad über­ schritten wird, so wird nach seinem Ablauf (im Diagramm C gestrichelt angedeutet) das Antriebsmoment um einen vorgegebenen Anteil, z. B. 20% erhöht, und erneut das Zeitfenster t _M gesetzt (α′).

Im Zeitpunkt 2 hat die Radgeschwindigkeit v _R die Schlupf­ schwelle λ₁ überschritten und infolge der Momentabsenkung im Zeitpunkt 1 nach einem Überschwingen sich wieder verringert und läuft infolge der Momentenabhebung im Zeitpunkt 3 mit flachem Winkel im Zeitpunkt 4 wieder in das stabile Gebiet ein, d. h., sie unterschreitet die Schlupfschwelle λ₁.

Mit dem Unterschreiten der Schlupfschwelle wird ein Zeitfenster t _v gesetzt, mit welchem das erneute Überschreiten dieser Schlupfschwelle innerhalb der vorgegebenen Zeit überwacht wird. Infolge der Momentenanhebung im Zeitpunkt 3 beschleunigt das angetriebene Rad wieder und überschreitet im Zeitpunkt 5 den positiven Schwellwert +Δ b₁ und kurz darauf im Zeitpunkt 6 die Schlupfschwelle λ₁, so daß eine Momentenanhebung weder infolge überschreitens des Zeit­ fensters t _M (gestrichelte Kurve α′) noch infolge über­ schreitens des Zeitfensters t _v (gepunktete Kurve α′′) in Frage kommt.

Stattdessen wird wegen Überschreiten der positiven Schwelle +Δ b₁ das Moment bzw. der Drosselklappenwinkel α entsprechend der Differenz D₄ zwischen Maximum der Regelgröße Δ b und Schwellwert +Δ b₁ verringert.

Beim Überschreiten der Schlupfschwelle λ₁ im Zeitpunkt 6 wird analog wie beim Zeitpunkt 2 der Verlauf der Fahrzeuglängs­ beschleunigung a _x (mit a _x6) überwacht, führt aber, wie bereits dort beschrieben, auch im zweiten Überwachungszyklus zu keiner Veränderung der Schlupfschwelle.

Im Zeitpunkt 7 soll nun ein positiver μ-Sprung stattfinden, d. h., es soll beispielsweise eine nasse in eine trockene Fahrbahn wechseln (durch einen Pfeil und eine gestrichelte senkrechte Linie in den Diagrammen angedeutet).

Infolge der besseren Traktion wird das betrachtete angetriebene Rad ruckartig verzögert, im gleichen Maße das Fahrzeug beschleunigt. Durch die ruckartige Verzögerung ergibt sich ab Zeitpunkt 8 eine große Differenz D₈ zwischen Beschleunigungsdifferenz und negativer Schwelle, der eine entsprechende Vergrößerung Δα₈ des Drosselklappenwinkels folgt.

Infolge der Radverzögerung wird im Zeitpunkt 9 die Schlupfschwelle λ₁ unterschritten und das Zeitfenster t _v gesetzt. Durch die verbesserte Taktion ist das Rad nahezu auf Fahrzeug­ geschwindigkeit v _F verzögert und benötigt trotz Anhebung des Antriebsmomentes geraume Zeit, um wieder zu beschleunigen.

Mittlerweile ist jedoch das Zeitfenster t _v abgelaufen (Zeit­ punkt 10), womit eine erneute Momentenanhebung in einem Maß erfolgt, welches dem Produkt aus den im Zeitpunkt 10 gemessenen Größen: Fahrzeuglängsbeschleunigung a _x10mal dem Verhältnis von Schlupfschwelle λ₁ minus Fahrzeug­ geschwindigkeit v _F (=Δ v _{λ F} ) zu Radgeschwindigkeit v _R minus Fahrzeuggeschwindigkeit v _F zugeordnet ist. Die Formel lautet dementsprechend:

Da das Verhältnis der Geschwindigkeitsdifferenzen immer größer oder gleich eins ist, ergibt sich eine entsprechende Vergrößerung des Antriebsmomentes, welche diesem Punkt, gegebenenfalls über eine Tabelle, zugeordnet ist. Durch diese weitere Anhebung des Antriebsmomentes beschleunigt das Rad wieder und es wird infolge der nun besseren Traktion auch die Fahrzeugbeschleunigung a _x steigen.

Im Punkt 11 wird erneut, vor Ablauf des bei jeder Momenten­ vergrößerung nach Art eines retriggerbaren monostabilen Monoflops neu gesetzten Zeitfenster t _M , die Schlupfschwelle g₁ überschritten. Das Zeitfenster wird gelöscht und es wird wieder die momentane Fahrzeuglängsbeschleunigung a _x11 gespeichert und der weitere Beschleunigungsverlauf ausgewertet.

Da sich trotz Vergrößerung des Schlupfes auch die Fahrzeug­ längsbeschleunigung erhöht, was eine Folge des vorangegangenen μ-Sprungs im Zeitpunkt 7 ist, muß davon ausgegangen werden, daß die bisherige Schlupfschwelle λ₁ nunmehr zu niedrig ist. Deshalb wird die Schlupfschwelle bis zu einem der Differenz Δ a _x11 zwischen dem folgenden Maximum der Fahrzeuglängsbeschleunigung und dem gespeicherten Wert a _x11 zugeordneten Wert 2 erhöht, was im Zeitpunkt 13 abge­ schlossen ist. Dieser Wert wird dann so lange beibehalten, bis in einem weiteren Zyklus eine Veränderung nach den gleichen Kriterien erforderlich ist.

Zuvor hat im Zeitpunkt 12 die Regelgröße Δ b die positive Schwelle +Δ b₁ überschritten, worauf in bereits beschriebener Weise das Antriebsmoment wieder um Δα₁₂ verkleinert wurde. Mit der Fahrzeuglängsbeschleunigung, die zum Zeitpunkt 10 einsetzte, hat sich auch die Fahrzeug­ geschwindigkeit v _F vergrößert, was aus Diagramm A durch eine nun größere Steigung dieser Kurve ersichtlich ist.

Durch die Verkleinerung des Antriebsmomentes im Zeitpunkt 12 wird erreicht, daß sich Radschlupf und Regelgröße wieder verkleinern, so daß im Zeitpunkt 14 die neue Schlupfschwelle λ₂ unterschritten und damit erneut das Zeitfenster t _v gesetzt wird.

Damit ist das Prinzip der Regeleinrichtung beschrieben. Der weitere Verlauf der Regelung richtet sich nach dem Verlauf der beschriebenen Einflußgrößen.

Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf ein einfaches Ausführungsbeispiel, bei dem außer dem zu regelnden Antriebs­ moment nur die Schlupfschwelle adaptiv veränderbar ist.

Weiter verbessern läßt sich diese Einrichtung, wenn auch die Schwellwerte ±Δ b₁ bzw. die Dauer der Zeitfenster variabel sind, beispielsweise abhängig von der Fahrzeug­ geschwindigkeit oder von der Differenz zwischen Regelgröße und Schwellwert oder von der Größe der Schlupfschwelle.

Die gesamte, alle angetriebenen Räder erfassende Regelung kann in bekannter Weise, z. B. nach der "Select low"-Regel­ methode erfolgen.

Claims (9)

1. Einrichtung zum Regeln wenigstens einer das Antriebs­ moment eines Kraftfahrtzeuges beeinflussenden Größe, abhängig von mittels Sensoren und Einrichtungen erzeugten Signalen für die Geschwindigkeiten aller angetriebenen Räder und des Fahrzeuges sowie deren Beschleunigungen und für eine Schlupfwelle für die Überwachung der ange­ triebenen Räder und mit der Differenz zwischen Radbe­ schleunigung und Fahrzeuglängsbeschleunigung als Regelgröße, dadurch gekennzeichnet,
daß ein positiver Schwellwert (+Δ b₁) vorgesehen ist, bei dessen Überschreiten durch die Regelgröße (Δ b) das Antriebsmoment (M) verkleinert wird,
daß ein negativer Schwellwert (-Δ b₁) vorgesehen ist, bei dessen Unterschreiten durch die Regelgröße (Δ b) das Antriebsmoment (M) vergrößert wird,
daß die Schlupfschwelle (λ₁) gleichsinnig mit dem Verlauf der Fahrzeuglängsbeschleunigung (a _x ) nach Über­ schreiten der Schlupfschwelle (λ₁) durch ein angetriebenes Fahrzeugrad veränderbar ist,
daß ein erstes Zeitfenster (t _v ) vorgesehen ist und daß eine weitere Vergrößerung des Antriebsmomentes (M) um einen dem Produkt aus der momentanen Fahrzeuglängs­ beschleunigung (a _x ) und dem Verhältnis von Schlupfschwelle (λ₁) minus Fahrzeuggeschwindigkeit (v _F ) zu Radgeschwindigkeit (v _R ) minus Fahrzeuggeschwindigkeit (v _F ) zugeordneten Wert vorgenommen wird, wenn nicht innerhalb des ersten Zeitfensters (t _v ) nach Unterschreiten der Schlupfschwelle (λ₁) ein erneutes Überschreiten dieser Schlupfschwelle erfolgt,
daß ein zweites Zeitfenster (t _M ) vorgesehen ist, welches mit jeder Vergrößerung des Antriebsmomentes (M) gesetzt bzw. erneut gesetzt wird,
und daß eine zusätzliche Vergrößerung des Antriebsmomentes (M) vorgenommen wird, wenn nicht innerhalb des zweiten Zeitfensters (t _M ) die Schlupfschwelle (λ₁) von einem angetriebenen Rad überschritten wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleinerung bzw. Vergrößerung des Antriebs­ momentes (M) abhängig von der nach dem Über- bzw. Unter­ schreiten des Schwellwertes (±Δ b₁) auftretenden maximalen Differenz (D) zwischen Regelgröße (Δ b) und Schwellwert (±Δ b₁) erfolgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem vorgegebenen Bereich des Verlaufs der Fahrzeug­ längsbeschleunigung (a _x ) die Schlupfwelle (λ₁) nicht verändert wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der positive und/oder negative Schwellwert (±Δ b₁) für die Regelgröße (Δ b) veränderbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des ersten und/oder zweiten Zeitfensters (t _v , t _m ) veränderbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert (±Δ b₁) und/oder die Dauer des ersten und/oder zweiten Zeitfensters (t _v , t _M ) abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit (v _F ) veränderbar ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert (±Δ b₁) und/oder die Dauer des ersten und/oder zweiten Zeitfensters (t _v , t _M ) abhängig von der Differenz zwischen Regelgröße (Δ b) und Schwellwert (±Δ b₁) veränderbar ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des ersten und/oder zweiten Zeitfensters (t _v , t _M ) abhängig von der Höhe der Schlupfschwelle (g₁) und/oder von der Höhe der Schwellwerte (±Δ b₁) veränderbar ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Vergrößerung des Antriebsmomentes (M) einem vorgegebenen Anteil des momentanen Antriebsmomentes entspricht.