DE3644136C1

DE3644136C1 - Einrichtung zur Vortriebsregelung an Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE3644136C1
Application number: DE3644136A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl-Ing Leiber; Hans Ohnemueller; Klaus Kastner
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1986-12-23
Filing date: 1986-12-23
Publication date: 1988-09-01
Also published as: JPS63192924A; US4785904A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Vortriebsregelung an Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Einrichtung dieser Art ist aus der DE-OS 36 03 765 bekannt. Bei der Regelung nach dieser bekannten Einrichtung wird das Öffnen und Schließen einer Drosselklappe mit einer Betätigungsgeschwindigkeit proportional zu der Differenz zwischen dem Schwellwert und einer von der Differenz der Radbeschleunigungen abhängig korrigierten Geschwindigkeit der angetriebenen Räder durchgeführt.

Bei einer weiteren aus der DE-PS 31 27 302 bekannten Einrichtung werden beim Feststellen einer Durchdrehneigung (Überschreiten eines Schwellwertes durch eine Regelgröße) wenigstens eines angetriebenen Rades die Bremsen eines oder beider angetriebenen Räder betätigt bzw. eine das Ausgangsdrehmoment des Antriebsmotors bestimmende Größe (Kraftstoff-Einspritzmenge oder Drosselklappenöffnungswinkel) mit vorgegebener Verstellgeschwindigkeit verringert, bis die überwachte Regelgröße den Schwellwert wieder unterschreitet, worauf die Bremsen gelöst und beispielsweise der Drosselklappenwinkel mit vorgegebener Verstellgeschwindigkeit wieder vergrößert wird.

Erschwerend für die auf das Antriebsmoment wirkende Regelung ist der Zeitverzug zwischen Verstellung der Drosselklappe und der Reaktion des Motors, der etwa 200 ms beträgt. Besonders nachteilig wirkt sich dieser Zeitverzug bei einer Antriebsschlupfregelung aus, die ausschließlich das Antriebsmoment regelt und nicht über einen auf die Radbremsen wirkenden "schnellen Regelkreis" verfügt. In diesem Fall ist nicht gewährleistet, daß durch eine Verstellung der Drosselklappe in der genannten Weise das Motormoment optimal und schnell genug den Erfordernissen angepaßt werden kann, um eine zu große Regelabweichung zu vermeiden.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer gattungsgemäßen Einrichtung die Regelung der das Ausgangs- Drehmoment des Antriebsaggregats bestimmenden Größe dahingehend zu verbessern, daß bei der Regelung eines angetriebenen Rades an diesem ein möglichst kleines Überschußmoment sowohl in der positiven als auch negativen Beschlußphase des Regelzyklus auftritt.

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

Der Vorteil dieser Methode liegt in der Regelung des überschüssigen Antriebsmoments, welches der Beschleunigung des betrachteten Rades proportional ist.

Nach einem völligen Abregeln des Motormoments bis zur Laufgrenze (Leerlaufdrehzahl) des Motors bei Regelbeginn, d. h. bei Überschreiten beispielsweise einer Schlupfschwelle durch das angetriebene Rad, wird das Motormoment auf einen der gemessenen maximalen Radbeschleunigung zugeordneten Wert dann erhöht, wenn die Radbeschleunigung als Folge der Abregelung verschwindet bzw. in eine Verzögerung übergeht. Auf diese Weise kann das Antriebsmoment in der Beschleunigungsphase schneller und exakter korrigiert werden. Entsprechend der gemessenen Maximalbeschleunigung in der ersten Phase des Regelzyklus, der durch Schlupfzunahme gekennzeichnet ist, wird über das Motorkennfeld das überschüssige Motor-Antriebsmoment so reduziert, daß in der zweiten Phase des Regelzyklus (Schlupfabnahme) ein geringer Überschuß an vom Reifen übertragenen Reibungsmoment wirkt. Als Berechnungsgrundlage gilt hierfür die Bewegungsgleichung des Rades:

mit
. . .Umfangsbeschleunigung des Rades M _M . . .Motormoment M _R . . .Reibungsmoment R . . .Trägheitsmoment

Ähnlich erfolgt die weitere Regelung in der Verzögerungsphase des Rades, so daß insgesamt im nachfolgenden Regelzyklus eine geringe Regelabweichung entsteht. Auch hier wird der Maximalwert der negativen Beschleunigung ausgewertet zur Erhöhung des Antriebsmomentes, sobald der erste Regelzyklus beendet wird.

Die Regelung kann, wie den Unteransprüchen zu entnehmen ist, durch Berücksichtigung von Längs- und Querbeschleunigungssignalen bzw. Lenkwinkelsignalen je nach Erfordernis in bezug auf mehr Traktion oder Stabilität optimiert werden.

Mehr Stabilität ist z. B. erreichbar, wenn das Motormoment aufgrund der gemessenen Beschleunigungswerte stärker reduziert und anschließend, nachdem die Regelgröße den Schwellwert unterschritten hat, nicht unmittelbar, sondern zeitverzögert erhöht wird. Dadurch kann sich das Fahrzeug stabilisieren, was insbesondere nach einem Gasstoß in einer Kurve von Vorteil ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen.

In der Zeichnung ist der Verlauf eines einzelnen Regelzyklus der erfindungsgemäßen, auf die Drosselklappe des Vergasers einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine wirkenden Vortriebsregelung als Diagramm dargestellt, wobei im oberen Teil die Geschwindigkeiten eines angetriebenen Rades und des Fahrzeuges und im unteren Teil der Öffnungswinkel der Drosselklappe jeweils über der Zeit dargestellt sind.

Auf die Darstellung einer entsprechenden Vorrichtung, die im wesentlichen aus Sensoren für die benötigten Eingangsgrößen, einem Prozeßrechner und einem sogenannten elektronischen Gaspedal, in ähnlicher Art wie aus der DE-PS 31 27 302 bekannt, besteht, wurde verzichtet, da derartige schematische Darstellungen hinlänglich bekannt sind.

Der Einfachheit halber ist die Fahrzeuggeschwindigkeit v _F, beispielsweise der mittleren Radumfangsgeschwindigkeit der nichtangetriebenen Räder entsprechend, als Gerade dargestellt, deren Steigung (Winkel zwischen Abszisse und Gerade) der Fahrzeugbeschleunigung proportional ist. Eine weitere, strichpunktiert dargestellte Gerade S mit etwas größerer Steigung stellt einen vorgegebenen Schwellwert, beispielsweise einen bestimmten Schlupf, bezogen auf die Fahrzeuggeschwindigkeit v _F, dar. Die ausgezogene Kurve sei ein angenommener Verlauf der Radumfangsgeschwindigkeit v _R eines betrachteten angetriebenen Rades des Kraftfahrzeuges, auf den im Verlauf der weiteren Beschreibung noch näher eingegangen wird.

Als Ausgangssituation sei angenommen, daß der Fahrer des stetig beschleunigenden Fahrzeuges vor dem Zeitpunkt t₀ durch einen Gasstoß den Drosselklappenwinkel auf den Wert α₀ erhöht hat. Aus diesem Grund erhalten die angetriebenen Räder ein größeres Antriebsmoment, als sie auf die Fahrbahn übertragen können: sie beginnen durchzudrehen. Dies äußert sich in einer steigenden Radumfangsgeschwindigkeit v _R mit entsprechender Beschleunigung.

Im Zeitpunkt t₁ überschreitet ein angetriebenes Rad, das im folgenden betrachtet werden soll, den vorgegebenen, der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit zugeordneten Schwellwert S, beispielsweise einen bestimmten Schlupfwert.

Dies ist der Beginn eines Regelzyklus der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung. Der in diesem Moment gemessene Wert α₀ des Drosselklappenwinkels wird gespeichert. Anschließend wird die Drosselklappe nahezu bis an die Leerlaufgrenze geschlossen. Infolge des Momentüberschusses beschleunigt das angetriebene Rad weiter, erreicht im Wendepunkt der Kurve v _R den Wert der maximalen Beschleunigung +b _Rmax, die im weiteren Verlauf infolge fehlenden Motormomentes abgebaut wird und im Punkt t₂ den Wert R erreicht. Die Radbeschleunigung wird laufend ermittelt und der gemessene Maximalwert gespeichert.

Da das überschüssige Antriebsmoment, welches ja geregelt werden soll, der Radbeschleunigung proportional ist, kann das Antriebsmoment aus Drosselklappenstellung, Motordrehzahl, Verhältnis aus Motordrehzahl zur Raddrehzahl und Radbeschleunigung berechnet und korrigiert werden.

Es wird deshalb aus dem gespeicherten Wert α₀ der Drosselklappenstellung, der Motordrehzahl, dem Verhältnis der Motordrehzahl zur Raddrehzahl und dem während des Regelvorganges ermittelten Maximalwert +b _Rmax der Radbeschleunigung ein Wert Δα₁ ermittelt (berechnet oder aus einem Kennfeld entnommen), um welchen der gespeicherte Wert α₀ vermindert wird. Im Zeitpunkt t₂ wird deshalb die Drosselklappe auf einen Wert α₀₁ = α₀-Δα₁ geöffnet und auf diesem Wert konstant gehalten.

Im Zeitpunkt t₂ geht die Radbeschleunigung in eine Radverzögerung über, d. h., die Radumfangsgeschwindigkeit v _R nähert sich wieder der Fahrzeuggeschwindigkeit v _F, bis im Zeitpunkt t₃ der Schwellwert S wieder unterschritten wird. In diesem Augenblick wird, mit bestimmten, später beschriebenen Ausnahmen, der Drosselklappenwinkel α₁ um einen Wert Δα₂ auf einen Wert α₂ = α₁+Δα₂ erhöht. In diesem Fall ist α₂ der neue gespeicherte Ausgangswert.

Der Wert Δα₂ wird dabei in ähnlicher Weise wie der Wert Δα₁ ermittelt, nur daß anstelle von α₀ der Wert α₁ und anstelle des Maximalwertes +b _Rmax der Beschleunigung nun der Maximalwert -b _Rmax der zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ gemessenen Radverzögerung zur Ermittlung des Wertes Δα₂ herangezogen werden. Die übrigen Größen bleiben gleich.

Durch diese Reduzierung des Motormomentes abhängig von der maximalen Radbeschleunigung und die anschließende Erhöhung, abhängig von der maximalen Radverzögerung, ist gleichsam eine "Vorhalteregelung" verwirklicht, welche den Totzeiten der Regelung und der Reaktionszeit des Motors Rechnung trägt. Damit lassen sich die maximale Regelabweichung sowie Dauer und Anzahl der Regelzyklen verringern, die als Folge eines Gasstoßes auftreten.

Die zuletzt beschriebene Erhöhung des Motormomentes durch Vergrößerung des Drosselklappenwinkels um Δα₂ ist normalerweise so bemessen, daß sie ausreicht, um das Rad anschließend mit geringem Überschußmoment wieder ins instabile Gebiet zu führen, worauf ein neuer Regelzyklus, wie beschrieben, beginnt.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, auch die Fahrzeuglängsbeschleunigung b _x zur Ermittlung von α₁ bzw. α₂ heranzuziehen. Folgt nämlich auf eine entsprechende Drosselklappenstellung auch eine höhere Fahrzeuglängsbeschleunigung, so kann daraus auf eine trockene, griffige Fahrbahn geschlossen werden, auf welche höhere Antriebsmomente übertragbar sind.

Ebenso ist vorgesehen, die Fahrzeugquerbeschleunigung (oder den Lenkwinkel) zur Ermittlung von Δα₁ bzw. Δα₂ heranzuziehen, indem bei auftretender Fahrzeugquerbeschleunigung kleinere Werte für Δα₁ bzw. Δα₂ ausgegeben werden und zusätzlich eine im Zeitpunkt t₃ beginnende Haltezeit t _H vorgesehen werden kann, um welche die Drosselklappenwinkelerhöhung Δα₂ verzögert wird, wodurch sich das Fahrzeug stabilisieren kann. Dieser Fall ist in der Zeichnung durch strichpunktierte Linien und durch die Andeutung der Haltezeit, die im Zeitpunkt t₃ beginnt und im Zeitpunkt t₄ endet, angedeutet. Die Dauer dieser Haltezeit kann zwecks optimaler Stabilisierungsdauer von dem gemessenen Maximalwert -b _Rmax der Radverzögerung abhängig veränderbar sein.

Weiterhin kann ein Zeitfenster t _Z vorgesehen sein, welches im Normalfall - wenn keine Querbeschleunigung gemessen und demnach keine Verzögerung der Drosselklappenwinkelvergrößerung wirksam wird - aktiviert wird, nach Unterschreiten des Schwellwertes S im Zeitpunkt t₃ zu überprüfen, ob der Schwellwert von der Regelgröße innerhalb einer bestimmten Zeit wieder überschritten wird. Der Einfachheit halber ist in der Zeichnung die Dauer t _Z des Zeitfensters gleich lang wie die der Haltezeit t _H dargestellt.

Im Normalfall (durchgehende Kurve) wird der Schwellwert vor Ende dieses Zeitfensters im Punkt A überschritten, worauf ein neuer Regelzyklus beginnt, wie bereits dargelegt. Reicht jedoch die Motormomentenerhöhung um Δα₂ nicht aus, um das Rad wieder so zu beschleunigen, daß es innerhalb des Zeitfensters t _Z den Schwellwert S überschreitet, so erfolgt nach Ablauf des Zeitfensters eine weitere stufenweise Vergrößerung des Drosselklappenwinkels, ggf. bis zur Höhe des vom Fahrer vorgegebenen Sollwertes. Daraufhin wird dann der Schwellwert im Punkt B überschritten werden, wenn genügend Antriebsmoment vorhanden ist. Dieser Fall ist in der Zeichnung durch punktierte Linien angedeutet.

Die bisherige Betrachtung beschränkte sich auf ein angetriebenes Rad. Eine identische Regeleinrichtung ist für das zweite angetriebene Rad derselben Achse vorhanden und liefert entsprechend den für dieses zweite Rad gemessenen Größen ähnliche, jedoch in der Regel abweichende Kurven bzw. Stellgrößen. Von den beiden Stellgrößen wird jeweils die kleinere zum Stellungsgeber des "elektronischen Gaspedals" durchgelassen und der Drosselklappenwinkel danach geregelt.

Um eine noch schnellere Abregelung des Überschußmomentes zu erreichen, kann zusätzlich, beispielsweise zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂, eine weitere das Antriebsmoment beeinflussende Größe, etwa die Zündung, unterbrochen (oder auf Spätzündung verstellt) werden.

Claims

1. Einrichtung zur Vortriebsregelung an Kraftfahrzeugen im Sinne einer Verhinderung des unerwünschten Durchdrehens der angetriebenen Fahrzeugräder, mit einem auf den Bewegungszustand mindestens eines angetriebenen Rades ansprechenden Regelkreis, der bei Durchdrehneigung dieses Rades eine Verminderung des Ausgangs-Drehmomentes des Antriebsaggregats bewirkt, mit einer die Geschwindigkeiten der angetriebenen und der nicht angetriebenen Räder sowie die Beschleunigungen der angetriebenen Räder erfassenden und entsprechende Ausgangssignale abgebenden Meßeinrichtung und mit einer wenigstens auf einen der Fahrzeuggeschwindigkeit zugeordneten Schwellwert ansprechenden Vergleichseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis derart ausgebildet ist,

- daß der Momentanwert (α₀) der das Ausgangs-Drehmoment bestimmenden Größe (DK) gespeichert und die Größe selbst bis auf ihren Minimalwert verkleinert wird, wenn ein der Geschwindigkeit (v _R) eines angetriebenen Rades zugeordneter Wert den der Fahrzeuggeschwindigkeit (v _F) zugeordneten Schwellwert (S) übersteigt,
- daß die Größe (DK) auf einen Wert (α₁) gebracht wird, der um einen
- von dem gespeicherten Momentanwert (α₀),
  von der Motordrehzahl,
  vom Verhältnis der Motordrehzahl zur Drehzahl des angetriebenen Rades und
  von dem seit Überschreiten des der Fahrzeuggeschwindigkeit zugeordneten Schwellwertes (S) aufgetretenen Maximalwert (+b _Rmax) der Radbeschleunigung
abhängigen Wert (Δα₁) kleiner als der im jeweiligen Regelzyklus gespeicherte Momentanwert (α₀) ist, wenn die Beschleunigung des angetriebenen Rades in eine Verzögerung übergeht, und
- daß die Größe (DK) auf einen Wert (α₂) erhöht wird, der um einen
- von dem gespeicherten Momentanwert (α₁),
  von der Motordrehzahl,
  vom Verhältnis der Motordrehzahl zur Drehzahl des angetriebenen Rades und
  von dem seit Beginn der Radverzögerung aufgetretenen Maximalwert (-b _Rmax) der Radverzögerung
abhängigen Wert (Δα₂) größer als der vorher konstant gehaltene Wert (α₀₁) ist, wenn der der Geschwindigkeit des angetriebenen Rades zugeordnete Wert den der Fahrzeuggeschwindigkeit zugeordneten Schwellwert (S) unterschreitet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte (Δα₁, Δα₂), um welche die Größe (DK) verkleinert oder vergrößert wird, in Abhängigkeit von der Fahrzeuglängs- und/oder -querbeschleunigung (b _x, b _y) veränderbar sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung der Größe (DK) um den Wert (Δα₂) beim Unterschreiten des Schwellwertes um eine vorgebbare Haltezeit (t _H) verzögert wird, wenn ein Ausgangssignal eines Lenkwinkel- oder Querbeschleunigungsgebers vorliegt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Haltezeit (t _H) in Abhängigkeit vom Maximalwert (-b _Rmax) der Radverzögerung veränderbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Erhöhung der Größe (DK) vorgenommen wird, wenn nicht innerhalb eines vorgebbaren Zeitfensters (t _Z) nach Unterschreiten des Schwellwertes ein erneutes Überschreiten dieses Schwellwertes erfolgt.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der das Ausgangs-Drehmoment bestimmenden Größe (DK) eine weitere, ebenfalls das Ausgangs-Drehmoment beeinflussende Größe gesteuert wird.