DE3737329A1 - Vorrichtung zur schlupfbegrenzung bzw. -verhinderung von angetriebenen raedern eines kraftfahrzeuges - Google Patents
Vorrichtung zur schlupfbegrenzung bzw. -verhinderung von angetriebenen raedern eines kraftfahrzeugesInfo
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- B60K28/00—Safety devices for propulsion-unit control, specially adapted for, or arranged in, vehicles, e.g. preventing fuel supply or ignition in the event of potentially dangerous conditions
- B60K28/10—Safety devices for propulsion-unit control, specially adapted for, or arranged in, vehicles, e.g. preventing fuel supply or ignition in the event of potentially dangerous conditions responsive to conditions relating to the vehicle
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur
Schlupfbegrenzung bzw. -verhinderung von angetriebenen
Rädern eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1. Eine derartige Vorrichtung ist aus der
DE-PS 33 37 664 bekannt. Bei dieser Antriebsschlupfregelung
(ASR) für Nutzfahrzeuge erfolgt die Reduzierung der Motor
leistung bei drohendem Durchrutschen der Räder über einen
von einem Stellzylinder verstellbaren Anschlag, der unmit
telbar auf das Gaspedal wirkt. Der Stellzylinder ist dort
ein Hydraulikzylinder. In der DE-PS 33 37 664 ist weiterhin
beschrieben, daß es bekannt ist, den Stellzylinder auch in
das Übertragungsgestänge zwischenzuschalten.
Arbeitet man - wie bei Nutzfahrzeugen üblich - mit einer
Druckluftbremse, so ist es zweckmäßig, auch für die Ver
stellung des Stellzylinders Druckluft zu verwenden. Wird
zur Ansteuerung des Stellzylinders ein Drei/Zwei-Wege-Mag
netventil verwendet, welches nur die beiden Stellungen
"Belüften" und "Entlüften" einnehmen kann, so ist es bisher
nicht möglich gewesen, einen bestimmten Druck im Stellzy
linder konstant zu halten. Damit war es auch nicht möglich,
das Motordrehmoment stufenlos einzustellen und damit ein
Anfahren ohne "Sägen" des Motors durchzuführen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsbildende Vorrich
tung dahingehend zu verbessern, daß bei unverändertem
mechanischem Aufbau dennoch eine stufenlose Verstellung und
ein Halten jeder eingestellten Stellung des Stellzylinders
möglichst präzise erreicht werden.
Diese Aufgabe wird bei der gattungsbildenden Vorrichtung
durch die im Kennzeichenteil des Anspruches 1 angegebenen
Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter
bildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu ent
nehmen.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß man durch
rein elektronische Maßnahmen die tatsächliche Leistung der
Brennkraftmaschine schätzt bzw. simuliert und zwar durch
eine gespeicherte Kennlinie einer "geschätzten" Leistung in
Abhängigkeit von den Öffnungs- und Schließzeiten des Magnet
ventiles. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird der
Druck im Stellzylinder geschätzt und als Schätzwert für die
Leistung der Brennkraftmaschine interpretiert.
Zur Bestimmung der "Kennlinie" wird davon ausgegangen, daß ein
annähernd konstanter Vordruck am Magnetventil herrscht und
das Volumen des Stellzylinders relativ klein ist. Ausgehend
von einem angenommenen Druckverlauf bei konstantem Belüften
bzw. konstantem Entlüften wird dann ein "Schätzwert" für
den Druck je nach vorliegender Ventilstellung ermittelt.
Der so ermittelte "Schätzwert" wird dann in einem Regel
kreis als "Ist-Wert" für den Druck verwendet, während die
Auswerteelektronik der Antriebsschlupfregelung in Abhängig
keit ausgewerteter Signale wie z. B. dem Drehzahlverhalten
einzelner oder mehrerer Räder ein "Sollwert-Signal" er
zeugt. Dieses Sollwert-Signal wird nach einer Modifikation
der Erfindung als Drucksignal interpretiert, während es
nach einer anderen Modifikation der Erfindung als Sollwert
für den Hub bzw. die Verstellung des Stellzylinders inter
pretiert wird.
Eine theoretisch sehr präzise Simulation der Kennlinie des
zeitlichen Druckverlaufes besteht aus zwei Ästen von
e-Funktionen, was dem natürlichen Druckverlauf sehr nahe
kommt. Nach einer Weiterbildung der Erfindung erzielt man
jedoch eine ausreichende Regelgenauigkeit, wenn man Kenn
linien verwendet, die stückweise aus Geraden bestehen, die
unterschiedliche Steigungen haben und somit die e-Funktion
nur annähern. Damit läßt sich der elektronische Speicher
wesentlich vereinfachen. Nach einer weiteren Modifikation
genügt es, im Speicher nur noch die "Knickstellen" der
Kennlinien einzuspeichern und Zwischenwerte durch lineare
Interpolation zu errechnen, wobei dann der Speicher einen
Rechenbaustein enthält.
Mit der Vorrichtung können somit bei einfachem Aufbau
ausreichend genau Regelergebnisse erzielt werden. Auch ist
es möglich, nicht nur die Haltefunktion eines Ventils zu
simulieren sondern auch die Funktion eines Proportionalven
tils.
Da in machen Fällen, beispielsweise wegen mechanischer
Reibung im Stellzylinder, keine eindeutige Beziehung
zwischen Druck und Stellung des Kolbens des Stellzylinders
gegeben ist, vielmehr die dadurch vorhandene Hysterese
beträchtliche Fehler hervorrufen kann, ist nach einer
Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, im Speicher zusätz
lich die Hysteresekurve der Beziehung Hub/Druck zu spei
chern und bei einer Richtungsumkehr der Verstellung des
Stellzylinders den Wert des geschätzten Druckes sprunghaft
um den Wert der Hysterese (nach oben oder nach unten) zu
ändern. Der Wert der Soll-Leistung der Brennkraftmaschine
bzw. der Wert des Solldruckes, d.h. das Ausgangssignal der
Auswerteschaltung, wird dann als Sollhub interpretiert und
aus der ebenfalls gespeicherten Kennlinie der Hysterese
kurve dann in den Solldruck umgewandelt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs
beispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher
erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Prinzipbild der Vorrichtung nach der Erfin
dung;
Fig. 2 ein Beispiel einer gespeicherten Kennlinie, die
aus stückweise aneinandergesetzten Geraden
besteht;
Fig. 3 ein Diagramm des "geschätzten" und des tatsächli
chen Druckverlaufes zur Erläuterung des Regelver
haltens bei fehlerhaftem Schätzwert des Druckes;
Fig. 4 ein Diagramm eines sich stetig ändernden Druck
verlaufes, der mit der Vorrichtung gemäß Fig. 1
erreicht wird; und
Fig. 5 ein Diagramm der gespeicherten Hysteresekurve
zwischen Hub und Druck des Stellzylinders.
Ein Stellorgan 1 einer Verbrennungskraftmaschine kann eine
Einspritzpumpe oder die Drosselklappe eines Vergasermotors
sein. Ein Stellhebel 2 dieses Organes 1 ist über ein Über
tragungsgestänge 3 mit einem Leistungsstellorgan 4, das
üblicherweise ein Gaspedal ist, mechanisch verbunden. Das
Gaspedal 4 wird durch eine Rückholfeder 5 (hier als Zug
feder ausgebildet) in die "Leerlaufstellung" des Motors
gezogen. In das Übertragungsgestänge 3 ist ein Stellzylinder
6 "fliegend" zwischengeschaltet, dessen durch eine Feder 8
vorgespannter Kolben 7 den Stellhebel 2 verschieben kann.
Der Druckraum des Stellzylinders 6 ist über eine flexible
Leitung 9 und ein Magnetventil 10 entweder mit Atmosphäre
verbunden, also entlüftet, oder über eine weitere Leitung
11 mit einer Druckmittelquelle, beispielsweise einem
Druckbehälter 12 verbindbar und damit "belüftet". Das
Magnetventil 10 hat also nur die beiden Stellungen "ent
lüftet" (wie in Fig. 1 dargestellt) und "belüftet". Die
Ansteuerung des Magnetventils 10 erfolgt durch einen
Vergleicher 13, der die Ausgangssignale p eines elektro
nischen Speichers 14 und p s einer Auswerteschaltung 15
miteinander vergleicht. Ist das Signal p s (Solldruck)
größer als das Signal p g (geschätzter Druck), so schaltet
das Magnetventil 10 in die Stellung "Belüften". Ist dagegen
p s kleiner oder gleich p g , so schaltet das Magnetventil 10
in die Stellung "Entlüften".
Der elektronische Speicher 14 enthält die Kennlinie des
"geschätzten" Druckes im Stellzylinder 6 in Abhängigkeit
von der Zeitdauer der Stellung des Magnetventiles 10
gespeichert. Eingangsgröße für den elektronischen Speicher
14 ist also Zeitdauer und Stellung des Magnetventiles 10,
was durch die Leitung 17 angedeutet ist. Ausgangsgröße ist
ein elektrisches Signal, das dem Wert des geschätzten
Druckes entspricht. Im Sinne eines Regelkreises wird der
geschätzte Wert des Druckes als Ist-Wert interpretiert.
Ein weiterer Regelkreis wird durch die Regelstrecke der
Antriebsschlupfregelung geschlossen, was durch den Block 18
und die Leitung 19 angedeutet ist. Diese Regelstrecke wird
durch die Verbrennungskraftmaschine, die von ihr angetrie
benen Räder des Fahrzeuges und Sensoren, die das Drehver
halten der Räder erfassen, gebildet.
Fig. 2 zeigt eine Variante der in dem elektronischen
Speicher 14 der Fig. 1 gespeicherten Kennlinie des Druckes
im Stellzylinder in Abhängigkeit von der Öffnungs- bzw.
Schließzeit des Magnetventiles 10. Diese Kennlinie hat zwei
Äste, einen für "Belüften" und einen für "Entlüften".
Obwohl diese Äste theoretisch e-Funktionen sein müßten, hat
sich herausgestellt, daß eine ausreichende Regelgenauigkeit
erhalten wird, wenn sie durch stückweise aneinandergesetzte
gerade Linien unterschiedlicher Steigung nachgebildet
werden. Die Kurven haben also an den Druckstufen 1, 2 und 3
jeweils einen Knick, verlaufen dazwischen als gerade
Linien.
Wird also beispielsweise ausgehend von dem Druck Null das
Magnetventil 10 für die Zeitdauer 0-t b erregt und damit in
die Stellung für "Belüften" gebracht, so wird dies dem
elektronischen Speicher 14 über die Leitung 17 gemeldet,
worauf dieser zum Zeitpunkt t b den Druckwert p b an den
Vergleicher gibt. Wird zum Zeitpunkt t b das Magnetventil 10
dann auf "Entlüften" geschaltet und zwar für die Zeitdauer
t b -t e , so fährt der "geschätzte" Druck längs der Kennlinie
"Entlüften" herunter und erreicht zum Zeitpunkt t e den
Druck p e . Auf diese Weise wird also laufend längs den
beiden Ästen der Kennlinie der Fig. 2 herauf- bzw. herunter
gefahren.
Die beiden Äste entsprechen dabei angenähert dem Druckver
lauf bei ungepulstem Be- oder Entlüften.
Der so erzeugte Schätzwert für den Druck im Stellzylinder
gibt zwar den tatsächlich herrschenden Druck nicht ganz
präzise wieder, die Abweichungen vom tatsächlich herrschen
den Druck können jedoch aus zwei Gründen nur relativ kleine
Werte annehmen:
- 1. Wegen der angenommenen Verläufe für Druckanstieg und -abbau im Stellzylinder korrigiert sich die Druck schätzung bei Abweichungen zwischen Schätzwert und wirklichem Druck selbst. Dies wird anhand Fig. 3 erläutert. Will die Antriebsschlupfregelung beispiels weise einen Solldruck p s durch Be- und Entlüften mit entsprechenden Taktverhältnissen halten und befindet sich im Stellzylinder ein tatsächlicher Druck von p ist , der höher ist als der geschätzte Druck p g , so wird wegen des progressiven Druckverlaufs ein Taktver hältnis entstehen, das nicht in der Lage ist, den höheren Druck zu halten. Vielmehr wird der tatsäch liche Druck p ist , solange er höher als der geschätzte Druck p g ist, in der Enlüftephase stärker abnehmen als der geschätzte Druck p g und in der Belüftephase langsamer ansteigen als der geschätzte Druck, da ja der tatsächliche Druckverlauf - ähnlich wie die angenäherten Kennlinien - bei höheren Drücken in der Anstiegsphase flacher und in der Abfallphase steiler verläuft als bei niedrigeren Drücken. Somit wird nach wenigen Regelspielen sich der tatsächliche Druck p ist dem geschätzten Druck p g sehr gut annähern. Umgekehrt erfolgt dies in analoger Weise, wenn der geschätzte Druck höher ist als der tatsächliche Druck im Stell zylinder, da während der Belüftephase der tatsächliche Druck schneller ansteigt als der geschätzte Druck und umgekehrt in der Endlüftephase langsamer abfällt als der (höhere) geschätzte Druck.
- 2. Weiterhin ist die Druckschätzung in dem geschlossenen
Regelkreis (1, 18, 19, 15) der ASR "eingebettet". Auch
über diesen Regelkreis stabilisiert sich der angenom
mene Wert für den Druck, wobei dieser Regelkreis der
ASR allerdings Differenzen zwischen geschätztem Druck
und tatsächlichem Druck nicht prinzipiell beseitigen,
sondern lediglich ein Wegdriften des Schätzwertes
verhindern kann.
Der so erzeugte Schätzwert für den Druck im Stellzy linder dient nun der ASR als "Ist-Wert" für die Entscheidung der Ventil-Stellung. Dazu bestimmt die ASR (15) aus den Radgeschwindigkeiten und einer Referenzgeschwindigkeit aufgrund eines Regelalgorith mus in jedem Zeittakt einen Solldruck p s im Gasstell zylinder. Durch einfachen Vergleich zwischen dem Schätzwert p g und dem Solldruck p s wird über die Ventilstellung entschieden:
Solldruck Schätzwert: "Belüften"
Solldruck Schätzwert: "Entlüften".
Mit der beschriebenen Vorrichtung läßt sich neben der Haltfunktion eines Ventils (Fig. 3) auch die Funktion eines Proportionalventiles simulieren, was im Zusam menhang mit Fig. 4 erläutert wird. Fordert der Regel algorithmus der ASR z.B. einen schwach abfallenden Druck entsprechend der Linie p s , so wird der ge schätzte Druck p g , der dem tatsächlichen Druck wei testgehend angenähert ist, die "Sägezahnkurve" p g durchlaufen und der Vergleicher wird - wie durch die Impulse unten in Fig. 4 dargestellt - das Magnetventil zwischen Belüften und Entlüften umsteuern. In diesem Beispiel wird davon ausgegangen, daß der geschätzte Druck zum Zeitpunkt t 1 noch relativ hoch ist (z.B. über der Druckstufe 3 in Fig. 2), so daß sich im Zeitraum t 1-t 2 der verhältnismäßig flache Druckanstieg ergibt, während sich im Raum t 2-t3 noch ein relativ steiler Druckanstieg ergibt. Ab dem Zeitpunkt t 3 liegt der geschätzte Druck dagegen unter der Druckstufe 2 (in Fig. 2), so daß sich die entsprechend flacheren Druckabfälle und die steileren Druckanstiege ergeben.
Aufgrund der mechanischen Reibung im Stellzylinder werden sich die abrupten Änderungen des Druckgradien ten nicht unmittelbar in eine Bewegung des Kolbens des Zylinders umsetzen, so daß der Kolben eine nahezu kontinuierliche Bewegung vollführen wird.
Aus dieser "Glättungsfunktion" ist zu erkennen, daß die Beziehung zwischen dem Druck im Stellzylinder und der Stellung des Kolbens nicht umkehrbar eindeutig ist. Wegen der mechanischen Reibung im Stellzylinder ist diese Beziehung vielmehr durch eine Hysteresekurve zu beschreiben. In gewissem Ausmaße ist diese Hysterese wünschenswert, um die "Glättungsfunktion" zu erhalten. Wird die Hysterese dagegen zu groß, so kann sie sich im Betrieb negativ auswirken. Nach einer Weiterbildung der Erfindung, die in Fig. 5 beschrieben wird, kann der Einfluß der Hysterese mit einfachen Maßnahmen reduziert werden. Das Ausgangssignal p s der ASR 15 (Fig. 1) wird für die Regelung dabei als Sollhub des Kolbens und nicht - wie bei den bisherigen Ausfüh rungsbeispielen - als Solldruck interpretiert. Im Speicher 14 ist neben der beschriebenen Kennlinie noch zusätzlich die Hysteresekurve gemäß Fig. 5 abgespei chert, die den Zusammenhang zwischen Druck und Hub darstellt. Der geschätzte Druck nach der Kennlinie der Fig. 2 wird dann also noch mit der Hysteresekurve gemäß Fig. 5 korrigiert, so daß aus dem geschätzten Druck dann ein Ausgangssignal erzeugt wird, das einen "geschätzten" Hub darstellt. Dieses Signal wird dann im Vergleicher 13 mit dem Ausgangssignal der ASR verglichen. Im Ergebnis wird bei jeder Richtungsumkehr der Bewegung des Kolbens der geschätzte Druck um den Wert H der Hysterese nach oben bzw. unten geändert, womit der Einfluß der Hysterese auf die Regelung weitgehend kompensiert wird. Es sei betont, daß auch diese Maßnahmen ohne Eingriffe in die "Mechanik" durchgeführt werden.
Claims (6)
1. Vorrichtung zur Schlupfbegrenzung bzw. -verhinderung
von angetriebenen Rädern eines Kraftfahrzeuges, mit
einer durch ein direkt bedienbares Leistungsstellorgan
(z.B. Gaspedal) steuerbaren Brennkraftmaschine, mit
einem durch ein Magnetventil steuerbaren Stellzylinder,
der in Abhängigkeit von einer das Magnetventil an
steuernden elektrischen Auswerteschaltung die von der
Brennkraftmaschine abgegebene Leistung verändert,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stellzylinder mit Luftdruck betätigbar ist,
daß ein elektronischer Speicher (14) vorgesehen ist,
der eine Kennlinie eines "geschätzten" Wertes der
momentanen Leistung der Brennkraftmaschine in Abhängig
keit von Öffnungs- und Schließzeiten des Magnetventils
(10) gespeichert enthält, und daß ein Vergleicher (13)
vorgesehen ist, der in Abhängigkeit eines Vergleichs
zwischen einem durch die Auswerteschaltung (15)
vorgegebenen Signal für den Sollwert der Leistung der
Brennkraftmaschine und des "geschätzten" Wertes der
momentanen Leistung der Brennkraftmaschine Stellsignale
für das Magnetventil erzeugt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Magnetventil ein Drei/Zwei-Wege-Magnetventil
ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die im elektronischen Speicher ge
speicherte Kennlinie aus Geraden mit stückweise
konstanter Steigung zusammengesetzt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der elektronische Speicher (14) einen Rechner
enthält, der aus gespeicherten Funktionen und den
Öffnungs- und/oder Schließzeiten des Magnetventils
aktuelle Werte der "geschätzten" momentanen Leistung
der Brennkraftmaschine errechnet.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der "geschätzte" Wert der momen
tanen Leistung der Brennkraftmaschine eine Funktion
des Druckes (p g ) im Stellzylinder (7) ist, und daß
das von der Auswerteschaltung (15) vorgegebene Signal
für den Sollwert der Leistung der Brennkraftmaschine
ein Sollwertsignal für den Druck im Stellzylinder (7)
ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der elektronische Speicher zusätz
lich eine Hysterese-Kurve der Beziehung zwischen Druck
im Stellzylinder und dessen Hub enthält und bei einer
geforderten Richtungsumkehr der Verschiebung des Stell
zylinders den "geschätzten" Druck (p g ) um den Wert der
Hysterese sprunghaft ändert.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873737329 DE3737329C2 (de) | 1987-11-04 | 1987-11-04 | Vorrichtung zur Schlupfbegrenzung bzw. -verhinderung von angetriebenen Rädern eines Kraftfahrzeuges |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873737329 DE3737329C2 (de) | 1987-11-04 | 1987-11-04 | Vorrichtung zur Schlupfbegrenzung bzw. -verhinderung von angetriebenen Rädern eines Kraftfahrzeuges |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3737329A1 true DE3737329A1 (de) | 1989-05-18 |
DE3737329C2 DE3737329C2 (de) | 1996-03-14 |
Family
ID=6339706
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873737329 Expired - Fee Related DE3737329C2 (de) | 1987-11-04 | 1987-11-04 | Vorrichtung zur Schlupfbegrenzung bzw. -verhinderung von angetriebenen Rädern eines Kraftfahrzeuges |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3737329C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5071392A (en) * | 1988-11-08 | 1991-12-10 | Gkn Automotive Ag | Process and device for controlling locking differentials |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3337664C2 (de) * | 1983-10-17 | 1987-06-11 | Bayerische Motoren Werke Ag, 8000 Muenchen, De |
-
1987
- 1987-11-04 DE DE19873737329 patent/DE3737329C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3337664C2 (de) * | 1983-10-17 | 1987-06-11 | Bayerische Motoren Werke Ag, 8000 Muenchen, De |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
DE-Z.: "Krafthand", H.7, April 86, S.478-480 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5071392A (en) * | 1988-11-08 | 1991-12-10 | Gkn Automotive Ag | Process and device for controlling locking differentials |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3737329C2 (de) | 1996-03-14 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: KNORR-BREMSE SYSTEME FUER NUTZFAHRZEUGE GMBH, 8080 |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |