DE19616582C2 - Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervor­ richtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist ein Kraftfahrzeug bekannt, in welchem ein Wechsel­ strom-(AC)-Motor als ein Elektromotor verwendet wird und in welchem der Elektromotor in einem weiten Bereich der Fahr­ zeuggeschwindigkeit durch eine Invertersteuerung betreibbar ist (siehe veröffentlichte nicht geprüfte japanische Pa­ tentanmeldung JP 3-159502 (A).
Um, wie beim vorangehend Stand der Technik, den gesamten Bereich der Fahrzeuggeschwindigkeit abzudecken, ist es erforderlich, einen Elektromotor mit hoher Leistungsabgabe zu verwenden. Zusätzlich wird eine Inverterschaltung not­ wendig, was zu höheren Kosten führt.
Wenn ferner vorgesehen ist, den Motor nur zum Zeitpunkt des Startens des Fahrzeugs zu betreiben, um den Verwendungs­ zweck des Elektromotors auf das Unterstützen beim Starten des Fahrzeugs zu beschränken, ist es möglich, einen der­ artig kostengünstigen Gleichstrom-(DC)-Bürstenmotor zu verwenden, wie er bei einem selbststartenden Motor oder dergleichen verwendet wird. Wenn jedoch der Gleichstrombür­ stenmotor immer beim Starten des Fahrzeugs betrieben wird, dann wird die Haltbarkeit der Bürsten zu einem Problem.
Um dieser Art von Nachteilen entgegenzutreten, kann die folgende Anordnung in Betracht gezogen werden. Insbesondere ist ein Schalter vorgesehen, welcher betätigt wird, wenn der Fahrer die Straße als schlüpfrig betrachtet, und der Elektromotor wird betrieben, wenn das Fahrzeug in einem Zustand startet, in welchem der Schalter angeschaltet ist, oder der Elektromotor wird dann betrieben, wenn die durch die Maschine anzutreibenden Räder zum Zeitpunkt des Star­ tens des Fahrzeugs einen Schlupf aufweisen.
Das erstere System ist jedoch bedenklich, da der Betrieb des Schalters erforderlich wird. Bei dem letzteren System wird andererseits der Betrieb des Elektromotors gestartet, nachdem die Drehung der durch die Maschine anzutreibenden Räder begonnen hat. Es weist daher den Nachteil auf, daß das Ansprechen beim Unterstützen des Startens schlecht wird.
Aus der gattungsbildenden DE 35 42 059 C1 ist ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem zwei Räder durch eine Brennkraftmaschine angetrieben werden können und zwei weitere Räder durch einen wahlweise zu- oder abschaltbaren Elektromotor angetrieben werden kön­ nen, wobei das Entscheidungskriterium dafür, wann der Elek­ tromotor zuzuschalten ist und wann nicht, der Schlupfzu­ stand der durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Räder ist. Das heißt, wird durch Schlupfsensoren erfaßt, daß der Schlupf dieser Hauptantriebsräder einen bestimmten Schwel­ lenwert übersteigt, so wird zusätzlich der Elektromotor erregt, um in einen Vierradantriebszustand überzugehen. Das bedeutet, das Entscheidungskriterium bzw. der Parameter, der das Zu- oder Abschalten des Elektromotors vorgibt, ist der Schlupfzustand der Antriebsräder. Diese Vorgehensweise kann jedoch zu dem folgenden unerwünschten Verhalten füh­ ren: Es sei angenommen, daß ein Fahrer ein Fahrzeug auf glatter, beispielsweise eisglatter oder schneeglatter Fahr­ bahn bewegt, wobei der Fahrer mit Rücksicht auf die Fahr­ bahnbeschaffenheit wenig Gas gibt. Die Folge daraus ist, daß aufgrund des dosierten Beschleunigens die Antriebsräder möglicherweise nur gering schlupfen werden und dabei die vorgegebene Schlupfschwelle nicht überschritten wird. Das heißt, wenn der Fahrer von sich aus versucht, das Fahrzeug äußerst vorsichtig auf glatter Fahrbahn zu bewegen, kann ein Zustand eintreten, in dem - aufgrund der Heranziehung des Schlupfwertes als Entscheidungsparameter - der Elektro­ motor nicht aktiviert wird.
Demgegenüber hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, Maßnahmen vorzusehen, mit welchen insbesondere im Startzu­ stand eines Fahrzeugs in geeigneter Weise beispielsweise ein Zusatzmotor angetrieben werden kann, um in einen Vier­ radantriebszustand überzugehen und dadurch eine stabile Fahrzeuglage und eine gute Fahrzeugbeschleunigung zu erhal­ ten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das Schlupfverhältnis der Räder ändert sich mit der An­ triebskraft der Räder, selbst wenn der Reibungskoeffizient auf der Straßenoberfläche konstant ist. Daher kann der Reibungskoeffizient nicht aus dem Schlupfverhältnis alleine erfaßt werden. Jedoch kann, wie bei der vorliegenden Erfin­ dung, durch Verwenden der Antriebskraft und des Schlupf­ verhältnisses als Parameter, der Reibungskoeffizient auf der Straßenoberfläche genau erfaßt werden.
Wenn das Fahrzeug, nachdem es einmal während des Fahrens auf einer Straßenoberfläche mit geringem Reibungskoeffi­ zienten, wie z. B. einer verschneiten Straße oder derglei­ chen, angehalten worden ist, wieder gestartet wird, dann ist bereits vorher bekannt, daß der Reibungskoeffizient auf der Straße gering ist. Daher kann, bevor die durch die Maschine anzutreibenden Räder einem Schlupf unterliegen, der Elektromotor betrieben werden, um dadurch das Starten des Fahrzeugs mit einem guten Ansprechverhalten zu unter­ stützen.
Die vorangehenden sowie weitere Ziele und die begleitenden Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nach­ folgende detaillierte Beschreibung augenscheinlich, wenn diese in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen be­ trachtet wird, worin:
Fig. 1 ein Skelettdiagramm ist, welches eine Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ein Flußdiagramm ist, welches ein Steuerprogramm eines Elektromotors zeigt; und
Fig. 3 ein Graph ist, welcher die Korrelation zwischen einer Antriebskraft und einem Schlupfverhältnis zeigt.
Die Ausführungsform in Fig. 1 zeigt ein Vierradfahrzeug mit einem Paar von Vorderrädern 1 bzw. einem Paar von Hinterrä­ dern 2. Das Paar rechter und linker Vorderräder 1, 1 ist durch eine Maschine 3 über ein Getriebe 4 angetrieben. Das Paar rechter und linker Hinterräder 2, 2 ist durch einen Elektromotor 5 über eine Kupplung 6 und ein Differential­ getriebe 7 angetrieben.
Der Elektromotor 5 ist als ein Gleichstrom-(DC)-Bürsten­ motor aufgebaut und ist mit einer am Fahrzeug angebrachten Batterie 8 durch eine Umschalt-Schaltung 9 verbunden, welche eine Schaltung zum Umschalten zwischen dem Vorwärts- und dem Rückwärtsfahren enthält. Die Umschalt-Schaltung 9 ist derart gesteuert, daß sie durch ein Signal von einer Steuerschaltung 10 an- und abgeschaltet wird. Wenn die Umschalt-Schaltung 9 angeschaltet ist, dann wird der Elek­ tromotor betrieben, und ferner wird die Kupplung 6 einge­ rückt, so daß die Hinterräder 2 durch den Elektromotor 5 angetrieben werden können. Die Schaltung zum Umschalten zwischen dem Vorwärts- und dem Rückwärtsfahren, welche in die Umschalt-Schaltung 9 eingebaut ist, wird zum Umschalten in miteinander gekoppelter Beziehung mit einem Schalthebel innerhalb eines Fahrgastraums des Fahrzeugs gesteuert.
Die Steuerschaltung 10 ist aus einem Mikrocomputer aufge­ baut, welcher die folgenden Eingangssignale empfängt: ein Signal eines Bremsschalters 11 zum Erfassen, ob eine Bremse aus ist, ein Signal eines Gaspedalschalters 12 zum Erfas­ sen, ob ein Gaspedal an ist (d. h. niedergedrückt), ein Signal von einem Getriebesensor 13 zum Erfassen, ob ein Getriebe 4 in einem neutralen Zustand ist oder nicht, d. h. einen Schalthebelstellungssensor in einem Automatikgetriebe und einen Kupplungsschalter in einem manuellen Getriebe, und Signale von Raddrehzahlsensoren 14R zum Erfassen der Umdrehungsgeschwindigkeiten der Hinterräder 2 in Zusammen­ wirkung mit Impulszahnrädern 14a, welche an den Hinterrä­ dern 2 angebracht sind. Ferner ist eine µ-Erfassungsvor­ richtung 15 vorgesehen, um während des Fahrens des Fahr­ zeugs einen Reibungskoeffizienten µ auf der Straßenober­ fläche vorzusehen, so daß das Signal von der µ-Erfassungs­ schaltung 15 ebenso in die Steuerschaltung 10 eingegeben werden kann.
Die µ-Erfassungsschaltung 15 ist aus einem Antriebskraft- Erfassungsabschnitt 15a zum Erfassen der Antriebskraft der Vorderräder 1, einem Schlupfverhältnis-Erfassungsabschnitt 15b zum Erfassen des Schlupfverhältnisses der Vorderräder 1 und einem µ-Erfassungsabschnitt 15c zum Erfassen des Rei­ bungskoeffizienten µ auf der Straßenoberfläche beruhend auf einer Korrelation zwischen der Antriebskraft und dem Schlupfverhältnis der Vorderräder 1 aufgebaut.
Der Antriebskraft-Erfassungsabschnitt 15a empfängt die folgenden Eingangssignale: ein Signal von einem Sensor 16 zum Erfassen der Drehzahl Ne der Maschine 3, ein Signal von einem Sensor 17 zum Erfassen eines Drosselöffnungsgrads θth der Maschine 3 und ein Signal, welches die momentan einge­ richtete Geschwindigkeitsstufe des Getriebes 4 anzeigt. Ein Maschinenausgabedrehmoment wird aus Ne und θth durch eine Tabellensuche oder dergleichen abgeleitet oder erhalten. Aus diesem Abgabedrehmoment und einem Übersetzungsverhält­ nis der eingerichteten Geschwindigkeitsstufe wird die Antriebskraft der Vorderräder 1 berechnet. Ferner ist ein Fahrzeug vorgesehen, an welchem ein System angebracht ist, in welchem, beruhend auf der Absicht eines Fahrers, die aus einem Niederdrück-Betrag des Gaspedals sowie den drehmomen­ tanen Fahrzuständen bestimmt wird, der Drosselöffnungsgrad, die Kraftstoffeinspritzmenge und die Geschwindigkeitsstufe elektronisch gesteuert werden. In diesem Fahrzeug wird ein Sollwert der Antriebskraft der durch die Maschine anzutreibenden Räder durch eine Steuereinheit für das System be­ rechnet. Die Maschine und das Getriebe werden somit derart gesteuert, daß die Antriebskraft auf den Sollwert gebracht wird. Daher kann die Steuereinheit ebenso in Doppelfunktion zur Verwendung als der Antriebskraft-Erfassungsabschnitt verwendet werden.
Der Schlupfverhältnis-Erfassungsabschnitt 15b empfängt die folgenden Eingangssignale: Signale von Raddrehzahlsensoren 14F, welche die Drehzahlen der Vorderräder 1 in Zusammen­ wirkung mit Impulszahnrädern 14a erfassen, welche an den Vorderrädern 1 angebracht sind, und Signale von den Rad­ drehzahlsensoren 14R, welche die Drehzahlen der Hinterräder 2 erfassen. Hier werden, während das Fahrzeug fährt, die Hinterräder 2 als nicht angetriebene bzw. Mitlaufräder mit einer der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechenden Geschwin­ digkeit gedreht. Daher kann das Schlupfverhältnis der Vorderräder 1 als die Antriebsräder aus der Differenz der Drehzahlen zwischen den Vorderrädern 1 und den Hinterrädern 2 berechnet werden. Diese Berechnung wird in dem Schlupf­ verhältnis-Erfassungsabschnitt 15b durchgeführt, um dadurch das Schlupfverhältnis zu erfassen.
Der µ-Erfassungsabschnitt 15c empfängt Eingaben von einem Signal von dem Antriebskraft-Erfassungsabschnitt 15a und einem Signal von dem Schlupfverhältnis-Erfassungsabschnitt 15b. Die Korrelation zwischen der Antriebskraft und dem Schlupfverhältnis der Vorderräder 1 ist in einer Kurve "a" in Fig. 3 für den Fall gezeigt, daß der Reibungskoeffizient µ auf der Straßenoberfläche gering ist, und ist in einer Kurve "b" für den Fall gezeigt, in dem der Reibungskoeffi­ zient µ auf der Straßenoberfläche hoch ist. Dann wird in dem µ-Erfassungsabschnitt 15c der Reibungskoeffizient auf der Straßenoberfläche durch eine Tabellensuche oder der­ gleichen beruhend auf der Korrelation zwischen der An­ triebskraft und dem Schlupfverhältnis erfaßt. Der erfaßte Wert des Reibungskoeffizienten µ wird zur Steuerschaltung 10 übertragen.
Das Steuerverfahren in der Steuerschaltung 10 ist in Fig. 2 gezeigt. Wenn die folgenden vier Bedingungen erfüllt sind, dann wird angenommen, daß das Fahrzeug in einem Zustand ist, in dem es gestartet wird, wobei die vier Bedingungen sind: daß die Bremse (einschließlich einer Parkbremse und einer Seitenbremse (Nebenbremse)) aus oder freigegeben ist (S1), daß das Getriebe in einem nicht neutralen Zustand ist (S2), daß das Gaspedal an ist (d. h. niedergedrückt ist) (S3) und daß die Drehzahlen der Hinterräder (Fahrzeugge­ schwindigkeit V) kleiner oder gleich einem bestimmten Wert Vs sind (S4). Wenn angenommen wird, daß das Fahrzeug ge­ startet wird, dann wird eine Bestimmung durchgeführt, ob der Reibungskoeffizient µ, welcher vor dem Anhalten des Fahrzeugs erfaßt worden ist, kleiner oder gleich einem vorbestimmten µs ist (S5). Wenn µ ≦ µs, dann wird die Umschalt-Schaltung 9 angeschaltet (S6). Wenn das Fahrzeug nicht in einem Zustand ist, in dem es gestartet wird, da eine der obigen vier Bedingungen nicht erfüllt ist, oder wenn µ < µs, selbst wenn das Fahrzeug in einem Startzustand ist, dann wird die Umschalt-Schaltung 9 abgeschaltet (S7). Auf diese Art und Weise wird, wenn das Fahrzeug auf einer Straße mit geringem Reibungskoeffizienten µ gestartet wird, der Elektromotor 5 vom Beginn des Startens des Fahrzeugs an betrieben, um dadurch die Hinterräder 2 anzutreiben. Als Ergebnis daraus wird das Starten des Fahrzeugs mit einem guten Ansprechverhalten unterstützt. Ferner wird der Elek­ tromotor 5 lediglich in dem Falle betrieben, in dem das Fahrzeug auf einer Straße mit geringem Reibungskoeffizien­ ten µ startet. Daraus folgt, daß es keine Probleme bei der Haltbarkeit gibt, selbst wenn ein kostengünstiger Gleich­ strom-Bürstenmotor als der Elektromotor 5 verwendet wird.
Ferner kann zum Zeitpunkt des Bremsens der Reibungskoeffi­ zient µ auf der Straßenoberfläche nicht genau erfaßt wer­ den. Als eine Lösung wird eine Bestimmungsverarbeitung in dem Schritt S5 beruhend auf einem Wert des Reibungskoeffi­ zienten µ durchgeführt, welcher unmittelbar vor dem Betäti­ gen der Bremse erfaßt worden ist. Zusätzlich empfängt in der vorliegenden Ausführungsform die Steuerschaltung 10 Eingangssignale von den Drehzahlsensoren 14F für die Vor­ derräder, neben den Signalen von den Drehzahlsensoren 14R für die Hinterräder. Obgleich in Fig. 2 nicht dargestellt, wird eine Bestimmung durchgeführt, ob das Fahrzeug gut gestartet ist, ohne daß die Vorderräder 1 einen Schlupf aufgewiesen haben. Die vorangehend beschriebenen Vs- und µs-Werte sind somit derart eingerichtet, daß sie durch eine lernende Steuerung änderbar sind.
Es ist bisher die Erklärung einer Ausführungsform gegeben worden, in welcher die vorliegende Erfindung bei einem Vierradantriebsfahrzeug verwendet wird, dessen Vorderräder 1 durch die Maschine 3 angetrieben werden und dessen Hin­ terräder 2 durch den Elektromotor 5 angetrieben werden. Die vorliegende Erfindung kann selbstverständlich in gleicher Weise bei einem Fahrzeug verwendet werden, in welchem die Hinterräder durch eine Maschine angetrieben werden und die Vorderräder durch einen Elektromotor angetrieben werden.
Wie man aus den vorangehenden Erklärungen erkennen kann, ist gemäß der vorliegenden Erfindung der Verwendungszweck des Elektromotors auf das Unterstützen beim Starten des Fahrzeugs auf einer Straße mit geringem Reibungskoeffizien­ ten µ beschränkt. Daher besteht, selbst wenn ein kostengün­ stiger Gleichstrom-Bürstenmotor als der Elektromotor ver­ wendet wird, kein Problem bei der Haltbarkeit. Zusätzlich kann das Unterstützen des Fahrzeugs beim Starten automa­ tisch mit einem guten Ansprechverhalten durchgeführt wer­ den, mit dem Ergebnis, daß das Fahrzeug mit guter Ma­ növrierbarkeit oder Betreibbarkeit verwendet werden kann. Ferner kann der Reibungskoeffizient µ auf der Straßenober­ fläche während des Fahrens des Fahrzeugs erfaßt werden, und daher wird eine Steuerung beruhend auf dem Reibungskoeffizienten µ möglich.
Man erkennt leicht, daß das vorangehend beschriebene Vor­ derrad- und Hinterradantriebsfahrzeug und die Einrichtung zum Erfassen eines Reibungskoeffizienten auf einer Straßen­ oberfläche alle vorangehend angegebenen Ziele erreichen und ferner den Vorteil einer breiten kommerziellen Verwendbar­ keit aufweisen. Es ist selbstverständlich, daß die vorange­ hend beschriebene spezifische Form der Erfindung lediglich als darstellend beabsichtigt ist, da bestimmte Modifikatio­ nen innerhalb des Umfangs dieser Lehre für den Fachmann augenscheinlich sind.
Daher wird zur Bestimmung des vollständigen Umfangs der Erfindung auf die nachfolgenden Ansprüche verwiesen.
Entweder die Vorderräder (1) oder die Hinterräder (2) eines Vorderrad- und Hinterradantriebsfahrzeugs werden durch eine Maschine (3) und die anderen Räder davon werden durch einen Elektromotor (5) angetrieben. Eine Erfassungsvorrichtung (15) erfaßt einen Reibungskoeffizienten auf einer Straßen­ oberfläche während des Fahrens des Fahrzeugs. Eine Steuer­ schaltung (10) steuert den Betrieb des Motors (5), wenn das Fahrzeug nachfolgend in einem Zustand gestartet wird, in dem der Reibungskoeffizient µ auf der Straßenoberfläche kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert µs ist. Die Erfassungsvorrichtung (15) zum Erfassen des Reibungskoeffi­ zienten µ auf der Straßenoberfläche ist durch einen Ab­ schnitt (15a) zum Erfassen der Antriebskraft von durch die Maschine (3) anzutreibenden Rädern, einen Abschnitt (15b) zum Erfassen eines Schlupfverhältnisses der Räder und einen Abschnitt (15c) zum Erhalten des Reibungskoeffizienten (µ) auf der Straßenoberfläche beruhend auf einer Korrelation zwischen der Antriebskraft und dem Schlupfverhältnis aufge­ baut.

Claims (4)

1. Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit
einer vom Fahrzeugmotor (3) angetriebenen Hauptan­ triebsachse sowie einer weiteren zuschaltbaren An­ triebsachse, deren Räder durch einen Elektromotor (5) angetrieben werden,
Sensoren (14F; 14R) zur Erfassung der Raddrehzahlen an den Vorder- und Hinterrädern (1; 2),
einem Sensor (16) zur Erfassung der Motordrehzahl und einem Sensor zur Erfassung der Getriebestellung,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein weiterer Sensor (17) zur Erfassung des Öffungsgra­ des der Drosselklappe vorgesehen ist sowie
eine Einrichtung (15a), welcher die Signale des Motor­ drehzahlsensors (16), des Getriebestellungssensors und des Drosselklappensensors (17) zugeführt werden, um daraus die Antriebskraft der Räder der Hauptantriebs­ achse zu ermitteln,
eine Einrichtung (15b), welcher die Signale der Rad­ drehzahlsensoren (14F; 14R) zugeführt werden, um da­ raus das Schlupfverhältnis zwischen Vorder- und Hin­ terrädern (1; 2) zu ermitteln,
eine Einrichtung (15c), welcher die Signale der Ein­ richtung (15a) zur Erfassung der Antriebskraft und der Einrichtung (15b) zur Erfassung des Schlupfverhältnis­ ses zugeführt werden, um aus der Korrelation zwischen Antriebskraft und Schlupfverhältnis den Reibungskoef­ fizienten µ der Straßenoberfläche zu ermitteln, und
eine Steuereinrichtung (10), welcher das Signal der Einrichtung (15c) zur Ermittlung des Reibungskoeffi­ zienten 4 zugeführt wird und welche den Elektromotor (5) einkuppelt, wenn beim Starten des Kraftfahrzeuges der Reibungskoeffizient µ kleiner oder gleich einem vorgegebenen Wert µs ist.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Elektromotor (5) ein Gleichstrom- Bürstenmotor ist.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Reibungskoeffizient µ, welcher mit dem vorgegebenen Wert µs verglichen wird, ein un­ mittelbar vor dem Betätigen der Bremse erfaßter Rei­ bungskoeffizient ist.
4. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Wert µs durch eine lernende Steuerung verändert wird, indem bestimmt wird, ob die durch den Fahrzeugmotor (3) angetriebenen Räder beim Starten des Kraftfahrzeuges einen Schlupf aufweisen.
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