DE102012220238A1

DE102012220238A1 - Method for determining adhesion condition between accelerated wheel of motor car and track by varied acceleration torque, involves determining slippage change by measuring speed change of wheel based on varying acceleration torque

Info

Publication number: DE102012220238A1
Application number: DE201210220238
Authority: DE
Inventors: Andreas Baier; Frank Leibeling
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2014-05-22

Abstract

The method involves superimposing an accelerated wheel (5) with a varying acceleration torque, which is varied independently in response to a supplementary acceleration torque of a speed change of the wheel. A slippage change is determined by measuring the speed change of the wheel based on the superimposed varying acceleration torque for determining an adhesion condition. The wheel is driven with the cyclically varying acceleration torque for determining the adhesion condition, where the acceleration torque is varied with a frequency about more than 5 Hz. Independent claims are also included for the following: (1) a control device for a motor car (2) a motor car (3) a computer program product having a set of instructions for executing a method for determining an adhesion condition between an accelerated wheel of a motor car and a track (4) a machine-readable medium having a set of instructions for executing a method for determining an adhesion condition between an accelerated wheel of a motor car and a track.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Haftungsbedingungen zwischen einem beschleunigten, d.h. angetriebenen oder abgebremsten Rad eines Kraftfahrzeugs und einer Fahrbahn. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Regeln eines auf ein beschleunigtes Rad eines Kraftfahrzeugs wirkenden Moments. Ferner betrifft die vorliegende Anmeldung ein Steuergerät, das zum Steuern der vorgeschlagenen Verfahren ausgelegt ist, sowie ein mit einem solchen Steuergerät ausgestattetes Kraftfahrzeug und ein Computerprogrammprodukt, mit dessen Hilfe ein programmierbares Steuergerät zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens angewiesen werden kann, und ein mit einem solchen Computerprogrammprodukt versehenes computerlesbares Medium.The present invention relates to a method for determining adhesion conditions between an accelerated, i. driven or braked wheel of a motor vehicle and a roadway. Moreover, the present invention relates to a method for controlling a moment acting on an accelerated wheel of a motor vehicle. Furthermore, the present application relates to a control unit which is designed to control the proposed method, as well as a motor vehicle equipped with such a control unit and a computer program product, with the aid of which a programmable control unit for implementing the proposed method can be instructed, and with such a computer program product provided computer readable medium.

Stand der TechnikState of the art

Für moderne Kraftfahrzeuge sind Fahrdynamikregelsysteme bekannt, welche einen Fahrzustand eines Kraftfahrzeugs abhängig von einem aktuell zu bestimmenden Schlupf zwischen einem Rad des Kraftfahrzeugs und der Fahrbahn über geeignete Stelleingriffe beeinflussen, um beispielsweise eine möglichst gute Kraftübertragung zwischen dem Rad und der Fahrbahn oder eine Stabilisierung des Fahrzustands des Fahrzeugs zu erreichen. Die Stelleingriffe können dabei beispielsweise durch ein Verändern eines Bremsdrucks an dem Rad oder durch Verändern eines das Rad antreibenden Moments bewirkt werden. Die Stelleingriffe können beispielsweise von einem elektronischen Stabilisierungsprogramm (ESP), einer Bremsschlupfregelung (ABS) oder von einer Antriebsschlupfregelung (ASR) durchgeführt werden.Vehicle dynamics control systems are known for modern motor vehicles, which influence a driving state of a motor vehicle depending on a currently determined slip between a wheel of the motor vehicle and the road via suitable control interventions, for example, the best possible power transmission between the wheel and the road or a stabilization of the driving state of the Reach vehicle. The control actions can be effected, for example, by changing a brake pressure on the wheel or by changing a moment driving the wheel. The control interventions can be performed, for example, by an electronic stabilization program (ESP), a brake slip control (ABS) or by a traction control system (ASR).

Bei einem ein Kraftfahrzeug beschleunigenden, also antreibenden oder verzögernden, Rad muss stets ein gewisser Schlupf zwischen dem Rad und der Fahrbahn bestehen, das heißt, das Rad muss mit einer geringfügig höheren bzw. geringeren Geschwindigkeit v_Rad bewegt sein, wie dies bei einem sich mit der Geschwindigkeit v_Radfrei drehenden nicht beschleunigten, das heißt, freilaufenden Rad der Fall wäre. Ein Schlupfregler in einem ESP, ABS oder einer ASR kann den Radschlupf regeln, der sich z.B. aus (v_Rad – v_Radfrei)/v_Radfrei berechnet. Für den Fall einer Antriebsschlupfregelung sollte der Schlupf beispielsweise im einstelligen Prozentbereich geregelt werden.In a motor vehicle accelerating, so driving or retarding, wheel must always be a certain slip between the wheel and the road, that is, the wheel must be moved with a slightly higher or lower speed v _wheel , as in a with The speed v _wheel- rotating non-accelerated, that is, freewheeling wheel would be the case. A slip control in an ESP, ABS or ASR can regulate the wheel slip calculated, for example, from (v _Rad - v _Radfrei ) / v _Radfrei . For example, in the case of traction control, the slip should be regulated in the single-digit percentage range.

Bei einem herkömmlichen Verfahren zum Regeln des Radschlupfs werden Geschwindigkeiten eines frei rollenden Rads aus einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt, korrigiert um den Effekt einer Drehbewegung des Fahrzeugs zusammen mit der Fahrzeuggeometrie. Die Drehbewegung des Fahrzeugs kann mittels eines Drehratensensors ermittelt werden oder, wie die Fahrzeuggeschwindigkeit, aus den Radgeschwindigkeitssignalen unter der Annahme frei mit definiertem Schlupf rollender Räder geschätzt werden. Hierbei ist zu erkennen, dass sich der Schlupf und die Berechnung der frei rollenden Radgeschwindigkeit gegenseitig beeinflussen können, was zu falschen Berechnungen führen kann. Insbesondere bei allradgetriebenen Fahrzeugen auf rutschigem Untergrund wie zum Beispiel Eis kann dies zu Problemen führen, da alle Räder synchron beschleunigen können, ohne dass das Fahrzeug tatsächlich schneller wird. Eine berechnete Fahrzeuggeschwindigkeit kann dann zu hoch oder zu tief liegen, was auch als „aufgeseilte Referenz“ oder „abgeseilte Referenz“ bezeichnet wird, wobei der Schlupfregler keinen Schlupf erkennt und dementsprechend ein auf die Räder zu übertragendes Moment nicht korrekt regelt.In a conventional method of controlling wheel slip, speeds of a free rolling wheel are determined from a speed of the vehicle corrected for the effect of rotational movement of the vehicle along with the vehicle geometry. The rotational motion of the vehicle may be detected by means of a yaw rate sensor or, as the vehicle speed is estimated, freely estimated from the wheel speed signals assuming defined slip of rolling wheels. It can be seen that the slip and the calculation of the freely rolling wheel speed can influence each other, which can lead to incorrect calculations. In particular, in four-wheel drive vehicles on slippery surfaces such as ice, this can lead to problems because all wheels can accelerate synchronously, without the vehicle is actually faster. A calculated vehicle speed may then be too high or too low, which is also referred to as a "roped-up reference" or "roped-off reference", where the slip controller does not detect slippage and accordingly does not properly control a torque to be transmitted to the wheels.

Um den genannten Problemen zu begegnen, werden in aktuellen ESP-Systemen mehrere verschiedene Ansätze verfolgt. Bei diesen Ansätzen kann es jedoch zu einer Beeinträchtigung der Traktion kommen oder eine Einflussnahme auf die Räder kann vom Fahrer spürbar sein und dabei auftretende Geräusche können vom Fahrer als unangenehm wahrgenommen werden. Andere Ansätze leiden unter einer unzureichenden Genauigkeit, um falsch berechnete Fahrzeuggeschwindigkeiten zu detektieren.In order to address the mentioned problems, several different approaches are pursued in current ESP systems. In these approaches, however, it can lead to an impairment of traction or influence on the wheels can be felt by the driver and any noise that can be perceived by the driver as unpleasant. Other approaches suffer from insufficient accuracy to detect mis-calculated vehicle speeds.

In der DE 101 60 049 B4 wird ein herkömmliches System und Verfahren zur Überwachung des Fahrverhaltens eines Kraftfahrzeugs beschrieben.In the DE 101 60 049 B4 A conventional system and method for monitoring the driveability of a motor vehicle is described.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Ausführungsformen des hierin vorgeschlagenen Verfahrens erlauben, Haftungsbedingungen, und damit einen Schlupf, zwischen einem beschleunigten, d.h. angetriebenen oder gebremsten Rad eines Kraftfahrzeugs und einer Fahrbahn zuverlässig und mit hoher Genauigkeit zu bestimmen und ermöglichen damit ein genaueres Regeln eines auf ein beschleunigtes Rad eines Kraftfahrzeugs wirkenden Moments beispielsweise im Rahmen einer durch ein Steuergerät bewirkten Schlupfregelung in einem ESP-System für ein Kraftfahrzeug.Embodiments of the method proposed herein allow for adhesion conditions, and hence slippage, between an accelerated, i. driven and braked wheel of a motor vehicle and a roadway reliably and with high accuracy to determine and thus enable a more accurate control of a force acting on an accelerated wheel of a motor vehicle torque, for example, as part of a caused by a controller slip control in an ESP system for a motor vehicle.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird einem beschleunigten Rad eines Kraftfahrzeugs ein zusätzliches variierendes Beschleunigungsmoment überlagert. Dieses Beschleunigungsmoment wird unabhängig von einer sich in Reaktion auf dieses zusätzliche Beschleunigungsmoment ergebenden Geschwindigkeitsänderung des Rades variiert. Mit anderen Worten wird das das Rad des Kraftfahrzeugs beschleunigende Moment gezielt von einem Steuergerät temporär variierend verändert. Das erzeugte variierende Beschleunigungsmoment kann einem ansonsten auf das Rad wirkenden Beschleunigungsmoment, wie es z.B. beim Fahren des Kraftfahrzeugs aufgrund der Gas- oder Bremspedalstellung entsprechend dem Beschleunigungs- beziehungsweise Geschwindigkeitswunsch des Fahrers eingestellt wird, überlagert werden. Zum Bestimmen der Haftungsbedingungen wird nicht der Schlupf selbst sondern eine Schlupfänderung durch Messen einer Änderung der Geschwindigkeit des Rads in Reaktion auf das variierende Beschleunigungsmoment ermittelt. In the proposed method, an accelerated wheel of a motor vehicle is superimposed with an additional varying acceleration torque. This acceleration torque is varied independently of a speed change of the wheel resulting in response to this additional acceleration torque. In other words, this becomes the wheel of the motor vehicle accelerating momentally changed by a control unit temporarily varying. The generated varying acceleration torque can be superimposed on an otherwise acting on the wheel acceleration torque, such as when driving the motor vehicle due to the gas or brake pedal position is adjusted according to the driver's acceleration or speed request. For determining the adhesion conditions, not the slip itself but a slip change is detected by measuring a change in the speed of the wheel in response to the varying acceleration torque.

Eine Idee zu dem vorgeschlagenen Verfahren kann darin gesehen werden, die für eine Antriebsschlupfregelung notwendige Information über aktuell vorherrschende Haftungsbedingungen zwischen einem angetriebenen Rad und einer Fahrbahn, und damit über den aktuell vorherrschenden Schlupf, anhand des Gradienten der so genannten µ-S-Kurve zu ermitteln. Die µ-S-Kurve gibt dabei die Abhängigkeit des beanspruchten Kraftschlusses µ von dem Schlupf S wieder. Sie wird teilweise auch als Schlupfkurve bezeichnet. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird genutzt, dass sich der Gradient der Schlupfkurve, insbesondere nahe einem Übergang von stabilen zu kritischen Haftungsbedingungen, meist wesentlich deutlicher als der Schlupf selbst als Funktion der Kraftschlussbeanspruchung ändert. Insbesondere in einem instabilen Bereich, in dem eine Haftung zwischen dem angetriebenen Rad und der Fahrbahn droht, unter ein für ein sicheres Fahrverhalten notwendiges Minimum abzusinken, kann die Änderung des Schlupfes beispielsweise um einen Faktor zehn bis einhundert höher sein als in einem stabilen Bereich der Schlupfkurve, in dem Haftungsbedingungen zwischen dem beschleunigten Rad und der Fahrbahn ausreichend hoch für ein sicheres Übertragen von Längs- und Querbeschleunigungen zwischen dem Kraftfahrzeug und der Fahrbahn sind, bei gleicher Momentenänderung. Eine Unterscheidung zwischen einem stabilen Bereich der Schlupfkurve und einem instabilen Bereich, das heißt, zwischen ausreichenden Haftungsbedingungen und unzureichenden Haftungsbedingungen, anhand des Gradienten der Schlupfkurve wurde im Allgemeinen als robuster gegen Änderungen beispielsweise durch Reifenkennwerte oder den Fahrbahnuntergrund erkannt, als dies anhand des Schlupfwertes selbst möglich wäre. Insbesondere wurde erkannt, dass sich zwar der Wert des aktuell vorherrschenden Schlupfes ermitteln lässt, sich jedoch nicht ermitteln lässt, in welchem Bereich der Schlupfkurve sich ein Rad des Kraftfahrzeugs befindet, da die Schlupfkurve selbst von äußeren Faktoren beeinflusst sein kann. Außerdem kann die frei rollende Radgeschwindigkeit, wie bereits angemerkt, falsch ermittelt sein.An idea of the proposed method can be seen in determining the information necessary for traction control on currently prevailing liability conditions between a driven wheel and a roadway, and thus on the currently prevailing slip, on the basis of the gradient of the so-called μ-S curve , The μ-S curve gives the dependence of the claimed frictional connection μ of the slip S again. It is sometimes referred to as a slip curve. The proposed method makes use of the fact that the gradient of the slip curve, in particular near a transition from stable to critical adhesion conditions, usually changes significantly more clearly than the slip itself as a function of the adhesion stress. In particular, in an unstable region where adhesion between the driven wheel and the roadway threatens to drop below a minimum necessary for safe handling, the change in slip may be, for example, a factor of ten to one hundred higher than in a stable range of the slip curve in which conditions of adhesion between the accelerated wheel and the roadway are sufficiently high for a safe transmission of longitudinal and lateral accelerations between the motor vehicle and the roadway, with the same torque change. A distinction between a stable range of the slip curve and an unstable range, that is, between sufficient grip conditions and insufficient grip conditions, based on the gradient of the slip curve, has generally been found to be more robust against changes in, for example, tire characteristics or the road surface than is possible with the slip value itself would. In particular, it has been recognized that although the value of the currently prevailing slip can be determined, it can not be determined in which region of the slip curve a wheel of the motor vehicle is located, since the slip curve itself can be influenced by external factors. In addition, as already noted, the free rolling wheel speed may be incorrectly determined.

Der Gradient der Schlupfkurve, der inverse Gradient der Schlupfkurve oder eine andere vom Gradienten abhängige und einfach auswertbare Größe der Schlupfkurve kann ermittelt werden, indem eine kleine, vorzugsweise zyklische Momentenänderung auf das Radmoment aufgebracht wird und die Antwort der Räder als Schlupf- oder Geschwindigkeitsänderung beobachtet wird.The gradient of the slip curve, the inverse gradient of the slip curve or another gradient-dependent and easily evaluable magnitude of the slip curve can be determined by applying a small, preferably cyclic torque change to the wheel torque and observing the response of the wheels as a slip or speed change ,

Die Frequenz, mit der das Beschleunigungsmoment zyklisch variiert wird, kann dabei größer als 5 Hz, vorzugsweise in einem Bereich von 10 Hz bis 50 Hz, gewählt werden. Bei einer ausreichend hochfrequenten zyklischen Variation des Beschleunigungsmoments ist die Momentenänderung für einen Fahrer nicht beziehungsweise kaum spürbar.The frequency with which the acceleration torque is cyclically varied, can be greater than 5 Hz, preferably in a range of 10 Hz to 50 Hz, are selected. With a sufficiently high-frequency cyclic variation of the acceleration torque, the torque change is not or barely noticeable for a driver.

Eine Amplitude, mit der das Beschleunigungsmoment variiert wird, kann beispielsweise mehr als 10 Nm betragen und vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 20 Nm bis 50 Nm liegen. Die Änderung des Beschleunigungsmoments sollte dabei einerseits ausreichend hoch sein, dass eine daraus resultierende Änderung der Geschwindigkeit des Rads einfach und mit ausreichender Genauigkeit ermittelt werden kann. Andererseits sollte die Amplitude der Variation des Beschleunigungsmoments ausreichend klein sein, dass es nicht zu einer spürbaren Kraftübertragung auf das Fahrzeug und damit einer Reduzierung des Fahrkomforts für den Fahrer kommt.For example, an amplitude with which the acceleration torque is varied may be more than 10 Nm and preferably within a range of 20 Nm to 50 Nm. The change in the acceleration torque should be sufficiently high on the one hand that a resulting change in the speed of the wheel can be determined easily and with sufficient accuracy. On the other hand, the amplitude of the variation of the acceleration torque should be sufficiently small that there is no noticeable transfer of power to the vehicle and thus a reduction in ride comfort for the driver.

Um ein auf ein angetriebenes oder gebremstes Rad eines Kraftfahrzeugs wirkendes Moment regeln zu können, können mithilfe des zuvor beschriebenen Verfahrens Haftungsbedingungen zwischen dem beschleunigten Rad und einer Fahrbahn bestimmt werden und daraufhin das auf das beschleunigte Rad wirkende Moment in Abhängigkeit von der ermittelten Schlupfänderung geregelt werden. Insbesondere kann das auf das beschleunigte Rad wirkende Moment reduziert werden, wenn die ermittelte Schlupfänderung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Das Überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes kann dabei als Indiz dafür gewertet werden, dass das zu überwachende Rad eine ausreichende Haftung zu verlieren droht, so dass von einem Antrieb bzw. einer Bremse des Kraftfahrzeugs auf das Rad übertragene Momente möglichst zumindest zeitweilig reduziert werden sollten, um einen Haftungsverlust, und damit verbunden eventuell ein Ausbrechen des Kraftfahrzeugs, zu vermeiden.In order to be able to control a moment acting on a driven or braked wheel of a motor vehicle, adhesion conditions between the accelerated wheel and a roadway can be determined with the aid of the method described above, and then the moment acting on the accelerated wheel can be regulated as a function of the determined slip change. In particular, the moment acting on the accelerated wheel can be reduced if the determined slip change exceeds a predetermined limit value. Exceeding the predetermined limit value can be regarded as an indication that the wheel to be monitored threatens to lose sufficient adhesion, so that moments transmitted from a drive or a brake of the motor vehicle to the wheel should be reduced at least temporarily, if possible Loss of liability, and possibly a break-out of the motor vehicle to avoid.

Die aktuell herrschenden Haftungsbedingungen zwischen dem beschleunigten Rad und der Fahrbahn, das heißt, der Bereich der Schlupfkurve, in dem sich das Rad aktuell befindet, können während der Fahrt des Fahrzeugs vorzugsweise periodisch wiederholend ermittelt werden und daraufhin das auf das beschleunigte Rad wirkende Moment geregelt werden. Das beschriebene Regelungsverfahren kann dabei während des Fahrens ständig oder zumindest häufig durchgeführt werden und nicht nur für den speziellen Fall der aufgeseilten bzw. abgeseilten Referenz auf Eis verwendet werden. Eine Wahrscheinlichkeit, dass im Fall eines Verdachts falscher freier Radgeschwindigkeiten der Bereich der Schlupfkurve, in dem sich ein Rad des Kraftfahrzeugs aktuell befindet, richtig ermittelt wird, kann um ein Vielfaches höher sein als bei den einleitend beschriebenen herkömmlichen Verfahren. Wird das vorgeschlagene Verfahren kontinuierlich angewendet, kann insbesondere auch erkannt werden, ob sich ein Rad weit im stabilen Bereich oder nahe an der Grenze zum instabilen Bereich befindet. Auf diese Weise lässt sich der verfügbare Reibwert genauer bestimmen, auch wenn die Reibwertgrenze noch nicht erreicht ist.The currently prevailing conditions of adhesion between the accelerated wheel and the road surface, that is, the area of the slip curve in which the wheel is currently located, can preferably be determined periodically during the drive of the vehicle, and then the moment acting on the accelerated wheel is regulated become. The described control method can be carried out constantly while driving or at least frequently and not only be used for the special case of the roped-off reference on ice. A probability that in the case of a suspicion of wrong free wheel speeds, the range of the slip curve, in which a wheel of the motor vehicle is currently located, is determined correctly, can be many times higher than in the conventional methods described in the introduction. If the proposed method is used continuously, it can also be detected, in particular, whether a wheel is located in the stable region or near the border to the unstable region. In this way, the available coefficient of friction can be determined more accurately, even if the coefficient of friction has not yet been reached.

Mithilfe des vorgeschlagenen Verfahrens zum Bestimmen von Haftungsbedingungen zwischen einem beschleunigten Rad eines Kraftfahrzeugs und einer Fahrbahn beziehungsweise des Verfahrens zum Regeln eines auf ein beschleunigtes Rad eines Kraftfahrzeugs wirkenden Moments können mehrere Vorteile erreicht werden. Eine Unterscheidung von einem stabilen und einem instabilen Bereich der Schlupfkurve ist beispielsweise nicht auf eine korrekte Bestimmung einer frei rollenden Radgeschwindigkeit angewiesen. Außerdem ist eine solche Unterscheidung zwischen einem stabilen und einem instabilen Bereich der Schlupfkurve unabhängiger von Reifenkennwerten, einem Fahrbahnuntergrund, und ähnlichem, als dies bei herkömmlichen Verfahren der Fall war. Die hier vorgeschlagenen Verfahren erlauben eine verbesserte Reibwertschätzung und vermeiden eine signifikante Einschränkung der Traktion bzw. Verzögerung des Kraftfahrzeugs, wie sie bei herkömmlichen Verfahren, die den Problemen der ungenau geschätzten Fzg.geschwindigkeit begegnen, auftreten kann.. Außerdem sind die vorgeschlagenen Verfahren mit einer geringeren Geräuschentwicklung als bei herkömmlichen Verfahren verbunden, da eine Momentenänderung auch über einen Motor, ein Getriebe oder ähnliche Komponenten im Triebstrang des Kraftfahrzeugs und nicht nur über dessen Bremse eingestellt werden kann. Bei geeignet gewählter Frequenz und Amplitude der Variation des Beschleunigungsmoments ist die Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens für einen Fahrer nicht spürbar oder zumindest nicht störend. By means of the proposed method for determining adhesion conditions between an accelerated wheel of a motor vehicle and a roadway or the method for regulating a torque acting on an accelerated wheel of a motor vehicle, several advantages can be achieved. For example, a distinction between a stable and an unstable region of the slip curve does not depend on a correct determination of a freely rolling wheel speed. Moreover, such a distinction between a stable and an unstable range of the slip curve is more independent of tire characteristics, a road surface, and the like than has been the case with conventional methods. The methods proposed herein allow for improved coefficient of friction estimation and avoid significant limitation on the traction of the motor vehicle, as may occur in conventional methods that address the problems of inaccurately estimated vehicle speed. In addition, the proposed methods are of a lesser design Noise development associated with conventional methods, since a torque change can also be adjusted via an engine, a transmission or similar components in the drive train of the motor vehicle and not only on the brake. With suitably chosen frequency and amplitude of the variation of the acceleration torque, the implementation of the proposed method for a driver is not noticeable or at least not disturbing.

Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Verfahren und die damit erreichbaren Funktionalitäten und Vorteile können durch ein in einem Kraftfahrzeug vorgesehenes Steuergerät implementiert werden. Das Steuergerät kann dabei dazu ausgelegt sein, über geeignete Schnittstellen beispielsweise Steuersignale von zum Beispiel einem Motorsteuergerät, welche Informationen über das aktuell an einem Rad angelegte Beschleunigungsmoment liefern können, sowie von Sensoren, die Informationen über eine aktuelle Geschwindigkeit des Rads liefern können, zu empfangen. Außerdem kann das Steuergerät dazu ausgelegt sein, über geeignete Schnittstellen Steuersignale beispielsweise an ein Motorsteuergerät auszugeben, um durch geeignete Ansteuerung des Motors des Kraftfahrzeugs die erwünschte Variation des Beschleunigungsmoments bewirken zu können. The above-described embodiments of methods according to the invention and the functionalities and advantages that can be achieved therewith can be implemented by a control unit provided in a motor vehicle. The control unit can be designed to receive, via suitable interfaces, for example, control signals from, for example, an engine control unit, which can provide information about the acceleration torque currently applied to a wheel, as well as sensors that can provide information about a current speed of the wheel. In addition, the control unit may be designed to output control signals, for example, to an engine control unit via suitable interfaces in order to be able to effect the desired variation of the acceleration torque by suitable control of the engine of the motor vehicle.

Ein mit einem derartigen Steuergerät ausgestattetes Kraftfahrzeug ermöglicht eine erhöhte Fahrsicherheit aufgrund der kontinuierlich und mit hoher Zuverlässigkeit genau durchführbaren Bestimmung von Haftungsbedingungen zwischen Rädern des Fahrzeugs und einer aktuell befahrenen Fahrbahn. A motor vehicle equipped with such a control device allows increased driving safety due to the determination of liability conditions between wheels of the vehicle and a currently traveled roadway which can be carried out continuously and with great reliability.

Das Kraftfahrzeug kann hierbei beispielsweise über einen Antriebsmotor zum Erzeugen eines das Kraftfahrzeug antreibenden Moments verfügen. Das Steuergerät kann in diesem Fall dazu ausgelegt sein, den Antriebsmotor zur Bewirkung des vorzugsweise zyklisch variierenden antreibenden Moments auf ein oder mehrere Räder des Kraftfahrzeugs anzusteuern. Hierzu können beispielsweise Zündsequenzen und / oder die Einspritzung von Kraftstoff geeignet zeitlich modifiziert werden, so dass sich eine zyklisch variierende Momentenabgabe durch den Antriebsmotor einstellt.In this case, the motor vehicle may, for example, have a drive motor for generating a torque driving the motor vehicle. In this case, the control unit can be designed to control the drive motor for effecting the preferably cyclically varying driving torque on one or more wheels of the motor vehicle. For this purpose, for example, ignition sequences and / or the injection of fuel can be suitably modified in terms of time, so that a cyclically varying torque output by the drive motor is established.

Alternativ kann das Kraftfahrzeug zusätzlich zu einem Antriebsmotor zum Erzeugen eines das Kraftfahrzeug antreibenden Moments einen Elektromotor aufweisen, der dazu ausgelegt ist, ein zusätzlich auf ein Rad des Kraftfahrzeugs wirkendes Moment zu erzeugen. In diesem Fall kann das Steuergerät dazu ausgelegt sein, den Elektromotor zur Bewirkung eines geeignet variierenden Moments auf das Rad des Kraftfahrzeugs anzusteuern. Der Elektromotor kann beispielsweise sein Moment parallel zu dem Antriebsmotor an einen Antriebsstrang, eine Achse oder einzelne Räder anlegen. Alternatively, in addition to a drive motor for generating a torque driving the motor vehicle, the motor vehicle may have an electric motor which is designed to generate an additional torque acting on a wheel of the motor vehicle. In this case, the controller may be configured to drive the electric motor to cause a suitably varying torque on the wheel of the motor vehicle. The electric motor can, for example, apply its torque parallel to the drive motor to a drive train, an axle or individual wheels.

Alternativ oder ergänzend zu den bereits genannten Möglichkeiten kann eine Variation des auf die Räder eines Fahrzeugs wirkenden Beschleunigungsmoments auch mithilfe anderer Maßnahmen im Antriebsstrang eines Fahrzeugs erzeugt werden. Alternatively or in addition to the possibilities already mentioned, a variation of the acceleration torque acting on the wheels of a vehicle can also be generated by means of other measures in the drive train of a vehicle.

Ein Steuergerät kann Ausführungsformen des hierin vorgeschlagenen Verfahrens sowie beispielsweise etwaige Informationsauswertungen von Sensorsignalen in Hardware und / oder in Software implementieren. Es kann vorteilhaft sein, ein programmierbares Steuergerät für die Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens zu programmieren. Hierzu kann ein Computerprogrammprodukt computerlesbare Anweisungen aufweisen, die das programmierbare Steuergerät dazu anweisen, die Schritte des jeweiligen Verfahrens durchzuführen bzw. zu steuern. Das Computerprogrammprodukt kann auf einem computerlesbaren Medium wie beispielsweise einer CD, einer DVD, einem Flashspeicher, einem ROM, einem EPROM oder ähnlichem gespeichert sein. Um die zu erzielende Variation des Beschleunigungsmoments korrekt ansteuern zu können, können neben der Verarbeitung weiterer Sensordaten auch in einer Datenbank oder in Form von Kennlinien gespeicherte Informationen beispielsweise über das Fahrzeug, dessen Reifen, Betriebsbedingungen, etc. herangezogen werden.A controller may implement embodiments of the method proposed herein as well as, for example, any informational evaluation of sensor signals in hardware and / or in software. It may be advantageous to program a programmable controller for carrying out the method described above. For this, a computer program product may have computer readable instructions instructing the programmable controller to perform the steps perform the respective process or control. The computer program product may be stored on a computer readable medium such as a CD, a DVD, a flash memory, a ROM, an EPROM, or the like. In order to be able to correctly control the variation of the acceleration torque to be achieved, in addition to the processing of further sensor data, information stored in a database or in the form of characteristic curves can also be used, for example via the vehicle, its tires, operating conditions, etc.

Es wird angemerkt, dass mögliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bestimmen von Haftungsbedingungen zwischen Rad und Fahrbahn, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Regeln eines auf ein Rad wirkenden Moments oder einer Drehzahl, ein erfindungsgemäßes Steuergerät oder ein mit einem solchen Steuergerät ausgestattetes Fahrzeug beschrieben sind. Ein Fachmann wird erkennen, dass die einzelnen Merkmale in geeigneter Weise miteinander kombiniert oder ausgetauscht werden können, um auf diese Weise zu weiteren Ausführungsformen und möglicherweise zu Synergieeffekten gelangen zu können.It is noted that possible features and advantages of embodiments of the invention herein in part with reference to a method according to the invention for determining adhesion conditions between the wheel and the road, a method according to the invention for controlling a moment or a wheel acting on a wheel, a control device according to the invention or a described with such a control device equipped vehicle are described. A person skilled in the art will recognize that the individual features can be suitably combined or exchanged with one another in order to be able to obtain further embodiments and possibly synergy effects in this way.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Weder die Beschreibung noch die Zeichnungen sollen dabei als die Erfindung einschränkend ausgelegt werden.Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. Neither the description nor the drawings are intended to be construed as limiting the invention.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einem Steuergerät zum Ausführen eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 shows a motor vehicle with a control unit for carrying out a method according to an embodiment of the present invention.

2 zeigt Kurven zur Verdeutlichung, wie ein angetriebenes Rad bei Variation des Beschleunigungsmoments seine Geschwindigkeit ändert abhängig von unterschiedlichen Haftungsbedingungen. 2 shows curves to illustrate how a driven wheel changes its speed with variation of the acceleration torque depending on different adhesion conditions.

3 zeigt eine Schlupfkurve sowie den absoluten Betrag eines inversen Gradienten der Schlupfkurve. 3 shows a slip curve and the absolute value of an inverse gradient of the slip curve.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.The figures are only schematic and not to scale.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Steuergerät 3, das dazu ausgelegt ist, das hierin vorgeschlagene Verfahren zum Bestimmen von Haftungsbedingungen zwischen einem angetriebenen Rad 5 des Kraftfahrzeugs 1 und einer Fahrbahn 7 durchzuführen und darauf basierend das auf das angetriebene Rad 5 wirkende Moment oder dessen Drehzahl zu regeln. Das Fahrzeug 1 weist dabei einen Antriebsmotor 9 auf, der über einen Antriebsstrang 11 das anzutreibende Rad 5 mit einem Moment beaufschlagt, um das Kraftfahrzeug anzutreiben. Das Steuergerät 3 kann mit diesem Antriebsmotor 9 verbunden sein, um ihn für die Erzeugung des variierenden Beschleunigungsmoments, wie es zum Bestimmen der Haftungsbedingungen zwischen dem Rad 5 und der Fahrbahn 7 benötigt wird, anzusteuern. Alternativ oder ergänzend kann ein zusätzlicher Elektromotor 13 vorgesehen sein, mithilfe dessen, angesteuert durch das Steuergerät 3, ein zeitlich variierendes Beschleunigungsmoment auf das Rad 5 ausgeübt werden kann. 1 shows a motor vehicle 1 with a control unit 3 , which is adapted to the method proposed herein for determining adhesion conditions between a driven wheel 5 of the motor vehicle 1 and a roadway 7 perform and based on the driven wheel 5 acting moment or its speed to regulate. The vehicle 1 has a drive motor 9 on top of a powertrain 11 the wheel to be driven 5 acted upon to drive the motor vehicle. The control unit 3 can with this drive motor 9 be connected to it for generating the varying acceleration torque, as for determining the conditions of adhesion between the wheel 5 and the roadway 7 is needed to drive. Alternatively or additionally, an additional electric motor 13 be provided by means of which, driven by the control unit 3 , a temporally varying acceleration moment on the wheel 5 can be exercised.

In 2 (I) wird das Schlupfverhalten eines beschleunigten Rades in Abhängigkeit der auf das Rad wirkenden Kräfte dargestellt. Die y-Achse gibt dabei den Quotienten aus Schlupf und genutztem Reibwert an. Die x-Achse gibt den Quotienten aus Beschleunigungsmoment und Normalkraft auf das Rad an. In einem ersten Bereich (a) sind die Haftungsbedingungen zwischen dem Rad und der Fahrbahn stabil und der Schlupf gering. Allerdings ist hier eine Kraftübertragung zwischen dem Rad und der Fahrbahn, wie sie zum Beschleunigen des Kraftfahrzeugs benötigt wird, ebenfalls gering. In einem zweiten Bereich (b) kann das Fahrzeug bei weiterhin stabilen Haftungsbedingungen optimal beschleunigt werden und es herrscht nahezu der Sollschlupf. Wird ein Beschleunigungsmoment auf das Fahrzeug weiter erhöht, kommt das angetriebene Rad in einem Bereich (c) in einen so genannten Überschlupf, bei dem Haftungsbedingungen kritisch werden können und schlimmstenfalls eine Haftung zwischen dem Rad und der Fahrbahn verloren geht und das Fahrzeug somit ins Rutschen kommen kann.In 2 (I) shows the slip behavior of an accelerated wheel as a function of the forces acting on the wheel. The y-axis indicates the quotient of slip and used coefficient of friction. The x-axis gives the quotient of acceleration moment and normal force on the wheel. In a first range (a), the adhesion conditions between the wheel and the road are stable and the slip is small. However, here is a power transmission between the wheel and the roadway, as it is needed to accelerate the motor vehicle, also low. In a second area (b), the vehicle can be optimally accelerated while holding conditions remain stable and there is almost the nominal slip. If an acceleration torque on the vehicle is further increased, the driven wheel comes in a region (c) in a so-called slip, where the adhesion conditions can be critical and in the worst case, a liability between the wheel and the road is lost and the vehicle is thus slipping can.

In 2 (II) ist die zyklische Variation des Beschleunigungsmoments 16 auf das Rad des Kraftfahrzeugs dargestellt. Das Beschleunigungsmoment 16 verändert sich zeitlich periodisch, beispielsweise mit einem sinus-artigen Verlauf. Die Amplitude, mit der das Beschleunigungsmoment variiert wird, ist in 2 (I) mit dem Pfeil 15 veranschaulicht.In 2 (II) is the cyclic variation of the acceleration torque 16 shown on the wheel of the motor vehicle. The acceleration torque 16 changes in time periodically, for example with a sinusoidal course. The amplitude with which the acceleration torque is varied is in 2 (I) with the arrow 15 illustrated.

2 (III) gibt die sich mit der Zeit ändernde Geschwindigkeit 18 des Rades in Reaktion auf das variierende Beschleunigungsmoment 16 wieder. Diese ist ein Maß für den aktuell vorherrschenden Schlupf bzw. den wirksamen Bereich der Schlupfkurve. Die Amplitude, mit der sich die Geschwindigkeit 18 des Rades ändert, ist in 2 (I) mit dem Pfeil 17 veranschaulicht. 2 (III) gives the rate of change with time 18 of the wheel in response to the varying acceleration torque 16 again. This is a measure of the currently prevailing slip or the effective range of the slip curve. The amplitude with which the speed 18 the wheel changes is in 2 (I) with the arrow 17 illustrated.

Wie in 2 deutlich zu erkennen, bewirkt in den Bereichen (a) und (b), das heißt, bei geringem Schlupf oder nahe dem Sollschlupf, eine zeitliche Variation des Beschleunigungsmoments allenfalls eine geringe korrespondierende Änderung der Geschwindigkeit des angetriebenen Rades. Im stabilen Bereich (a) kann eine durch das Steuergerät bewirkte Schlupfregelung passiv bleiben, das Rad kann zuverlässig zur Berechnung der Fahrzeuggeschwindigkeit benutzt werden und es kann geschlussfolgert werden, dass der verfügbare Reibwert noch nicht erreicht ist und der Sollschlupf somit vergrößert werden kann. Wird das Rad im Bereich des Sollschlupfs, das heißt, im Bereich (b) betrieben, kann eine Sollschlupfregelung darauf vorbereitet werden, das an das Rad angelegte Beschleunigungsmoment abzusenken. Das Rad kann nur noch bedingt zur Berechnung der Fahrzeuggeschwindigkeit benutzt werden. Der verfügbare Reibwert ist erreicht, so dass er in diesem Zustand genau ermittelt werden kann.As in 2 clearly recognizable causes in the areas (a) and (b), that is, at low slip or near the target slip, a temporal variation of the acceleration torque at most a small corresponding change in the speed of the driven wheel. In the stable range (a), a slip control effected by the control unit can remain passive, the wheel can be used reliably for calculating the vehicle speed and it can be concluded that the available friction coefficient has not yet been reached and the target slip can thus be increased. If the wheel is operated in the region of the setpoint slip, that is, in range (b), a desired slip control can be prepared for lowering the acceleration torque applied to the wheel. The wheel can only be used conditionally to calculate the vehicle speed. The available coefficient of friction is reached so that it can be accurately determined in this state.

Im Bereich (c) des Überschlupfs bewirkt die gleiche Variation des Beschleunigungsmoments 16 jedoch eine sehr starke entsprechende Variation der Radgeschwindigkeit 18, was als Indiz dafür herangezogen werden kann, dass das Rad unter kritischen Haftungsbedingungen läuft und droht, die Haftung zu verlieren. Bei Erkennen eines solchen kritischen Zustands sollte das auf das Rad wirkende Beschleunigungsmoment abgesenkt werden. Außerdem sollte dieses Rad nicht zur Berechnung der Fahrzeuggeschwindigkeit benutzt werden und der geschätzte verfügbare Reibwert nach unten korrigiert werden.In the region (c) of the slip causes the same variation of the acceleration torque 16 but a very strong corresponding variation of the wheel speed 18 , which can be used as an indication that the bike is under critical liability conditions and threatens to lose liability. Upon detection of such a critical condition, the acceleration torque acting on the wheel should be lowered. In addition, this wheel should not be used to calculate the vehicle speed and the estimated available friction value should be corrected downwards.

3 veranschaulicht eine Schlupfkurve 19 sowie den Verlauf von deren inversem Gradient 21 in Absolutbetragswerten. Die x-Achse gibt hierbei den Schlupf S an. Die y-Achse gibt den Quotienten aus einer Schlupfänderung Δµ und einer Änderung der Kraftschlussbeanspruchung Δ(F/FN) für die Schlupfkurve 19 an. 3 illustrates a slip curve 19 and the course of their inverse gradient 21 in absolute values. The x-axis indicates the slip S in this case. The y-axis gives the quotient of a slip change Δμ and a change of the traction load Δ (F / FN) for the slip curve 19 at.

Um eine ausreichende Fahrsicherheit zu gewährleisten, wird angestrebt, das Fahrzeug stets innerhalb des stabilen Bereichs (a), in dem die Schlupfkurve weitgehend linear ist, oder im Bereich (b) nahe dem Sollschlupf zu betreiben. Ein Betrieb im Bereich (c) des Überschlupfs soll möglichst vermieden werden.In order to ensure sufficient driving safety, the aim is always to operate the vehicle within the stable range (a), in which the slip curve is largely linear, or in the range (b) close to the nominal slip. An operation in the area (c) of the slip should be avoided as far as possible.

Wie in 3 gut zu erkennen, ist jedoch gerade im Bereich am Übergang zwischen dem Sollschlupf- Bereich (b) und dem kritischen Bereich (c) die Schlupfkurve 19 verhältnismäßig flach. In diesem Grenzbereich ändert sich der Gradient bzw. der inverse Werte des Gradienten 21 der Schlupfkurve wesentlich deutlicher als der Schlupf selbst als Funktion einer Kraftschlussbeanspruchung. Die hierin vorgeschlagene Verwendung dieses Gradienten zum Bestimmen von Haftungsbedingungen zwischen einem angetriebenen Rad und der Fahrbahn ermöglicht es somit sehr viel genauer als bei herkömmlichen Verfahren, zu erkennen, ob das Rad bereits an der Grenze zu einem kritischen Überschlupf betrieben wird und ob somit eine weitere Erhöhung des Beschleunigungsmoments in der vorliegenden Fahrsituation vermieden werden sollte. Mit anderen Worten kann eine durch ein variierendes Beschleunigungsmoment bewirkte Schlupfänderung, die sich beim Übergang zu Fahrsituationen mit drohendem Haftungsverlust stark erhöht, als Regelungsgröße zum Regeln des Beschleunigungsmoments für das Fahrzeug verwendet werden.As in 3 However, it is precisely in the area at the transition between the nominal slip area (b) and the critical area (c) that the slip curve is clearly visible 19 relatively flat. In this boundary region, the gradient or the inverse values of the gradient changes 21 The slip curve is much clearer than the slip itself as a function of traction. The use herein of this gradient for determining adhesion conditions between a driven wheel and the roadway thus makes it much more accurate than conventional methods to detect whether the wheel is already operating at the limit of critical slip and thus a further increase of the acceleration torque should be avoided in the present driving situation. In other words, a slip change caused by a varying acceleration torque, which increases greatly in the transition to driving situations with imminent loss of liability, can be used as a control variable for regulating the acceleration torque for the vehicle.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10160049 B4 [0006]

Claims

Method for determining adhesion conditions between an accelerated wheel ( 5 ) of a motor vehicle ( 1 ) and a roadway ( 7 ), characterized in that the accelerated wheel ( 5 ) a varying acceleration torque ( 16 ) which is varied independently of a velocity change of the wheel resulting in response to this additional acceleration torque, and in order to determine the adhesion conditions a slip change by measuring a change of a velocity (FIG. 18 ) of the wheel ( 5 ) in response to the superimposed varying acceleration moment ( 16 ) is determined.

Method according to claim 1, wherein the wheel ( 5 ) for determining the adhesion conditions with a cyclically varying acceleration torque ( 16 ) is driven.

Method according to Claim 2, in which the acceleration torque ( 16 ) is varied with a frequency of more than 5 Hz.

Method according to one of claims 1 to 3, wherein the acceleration torque ( 16 ) is varied by more than 10 Nm.

Method of regulating an accelerated wheel ( 5 ) of a motor vehicle ( 1 ) or its rotational speed, characterized in that the adhesion conditions between the accelerated wheel ( 5 ) and a roadway ( 7 ) are determined by a method according to one of claims 1 to 4 and that on the accelerated wheel ( 5 ) acting moment or its speed is regulated in dependence on the determined slip change.

Method according to claim 5, wherein the said wheel is driven on the driven or braked wheel ( 5 ) acting moment or its speed is reduced or increased when the determined slip change exceeds a predetermined limit.

A method according to claim 5 or 6, wherein determining the conditions of adhesion and controlling the accelerated wheel ( 5 ) acting moments or its speed can be performed periodically repeated.

Control unit ( 3 ) for a motor vehicle ( 1 ), whereby the control unit ( 3 ) is adapted to control a method according to one of claims 1 to 7.

Motor vehicle ( 1 ) with a control device ( 3 ) according to claim 8.

Motor vehicle according to claim 9, wherein the motor vehicle ( 1 ) a drive motor ( 9 ) for generating a motor vehicle ( 1 ) driving moment and wherein the control unit ( 3 ) is adapted to the drive motor ( 9 ) for effecting a varying driving moment ( 16 ) on a wheel ( 5 ) of the motor vehicle ( 1 ) head for.

Motor vehicle according to claim 9, wherein the motor vehicle ( 1 ) a drive motor ( 9 ) for generating a motor vehicle ( 1 ) driving torque and an electric motor ( 13 ) for generating an additionally on a wheel ( 5 ) of the motor vehicle ( 1 ) Acting moments, and wherein the control unit ( 3 ) is adapted to the electric motor ( 13 ) for effecting a varying moment ( 16 ) on the wheel ( 5 ) of the motor vehicle ( 1 ) head for.

Computer program product comprising computer readable instructions comprising a programmable controller ( 3 ) to perform a method according to any one of claims 1 to 7.

A computer readable medium having a computer program product stored thereon according to claim 12.