DE10107455A1

DE10107455A1 - Verfahren und Regelungssystem zur Regelung des Radschlupfes

Info

Publication number: DE10107455A1
Application number: DE10107455A
Authority: DE
Inventors: Peter Lauer
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2000-06-02
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2002-01-31

Abstract

Zur Regelung des Radschlupfes durch Regelung oder Steuerung der Bremskraft oder des Bremsdruckes in den Radbremsen eines elektronisch geregelten Kraftfahrzeug-Bremssystems, wie ABS, ASR, ESP etc., bei dem der Radschlupf durch Messung und logische Verknüpfung des Drehverhaltens der einzelnen Fahrzeugräder ermittelt und zur Bremskraftsteuerung ausgewertet wird, werden Änderungen der Normalkraft oder Radaufstandskraft beobachtet und in die Regelung des Radschlupfes durch Einsteuerung oder Modulation der Bremskraft bzw. des Druckes in den Radbremsen einbezogen. Die aus Änderungen der Normalkraft resultierenden Radschlupfänderungen werden ermittelt, als "Spürgröße" für die Radschlupfregelung bewertet und zur Korrektur des radschlupfabhängigen Bremsdruckes oder der radschlupfabhängigen Bremskraft ausgewertet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung des Radschlupfes durch Regelung oder Steuerung der Brems kraft oder des Bremsdruckes in den Radbremsen eines Kraft fahrzeug-Bremsensystems mit elektronischer Regelung, wie ei nes ABS, ASR, ESP etc., bei dem der Radschlupf durch Messung und logische Verknüpfung des Drehverhaltens der einzelnen Fahrzeugräder ermittelt und zur Berechnung sowie Steuerung der Bremskraft oder des Bremsdruckes in den Radbremsen aus gewertet wird. Ein Regelungssystem zur Durchführung des Ver fahrens gehört ebenfalls zur Erfindung.

Die herkömmlichen Kraftfahrzeug-Regelungssysteme, die zur Blockierschutzregelung (ABS), Antriebsschlupfregelung (ASR) oder auch zur Fahrstabilitätsregelung (ESP) dienen, beruhen im Prinzip auf die Beobachtung und Regelung des Radschlup fes. Mit Hilfe von Radsensoren wird das Drehverhalten der einzelnen Räder erfasst und mit einer Fahrzeug- Referenzgeschwindigkeit verglichen, woraus auf den momenta nen Radschlupf, auf die Laufstabilität der einzelnen Räder oder auf drohende Instabilität und auf die Notwendigkeit von Bremsdruckeinsteuerung oder Bremsdruckmodulation geschlossen werden kann. Die Schlupfregelung zielt z. B. bei einem Blockier schutz-Regelungsvorgang auf die Einregelung oder Einhal tung einer Längskraft oder eines optimalen Schlupfes oder des Optimums der sog. µ-Schlupfkurve, deren typischer Ver lauf für unterschiedliche Straßenverhältnisse in der beige fügten Fig. 1 dargestellt ist. Das Optimum liegt in dem Bei spiel nach Fig. 1 bei einem Schlupfwert von etwa 10%.

Die bei einem Bremsvorgang oder auch bei Vortrieb auf die Straße übertragbare Längskraft am Rad (die maximal übertrag bare Längskraft) variiert, wie Fig. 1 zeigt, in weiten Gren zen in Abhängigkeit von dem momentanen Reibbeiwert bzw. von dem Zustand der Straße.

Die Kräfteübertragung von den Reifen eines Fahrzeugs auf die Straße wird bekanntlich durch die Reibungsverhältnisse an den Berührungsflächen zwischen den Reifen und der Fahrbahn begrenzt. Die maximal übertragbare Längskraft ist dabei pro portional der Normalkraft oder Radaufstandskraft. Der Pro portionalitätsfaktor wird als Haftreibungszahl, Reibungs koeffizient oder Reibbeiwert bezeichnet. Bei der Übertragung der Kräfte von dem Reifen auf die Fahrbahn stellt sich ein Schlupf ein, der beim Bremsen des Fahrzeugs einen negativen Wert, beim Beschleunigen einen positiven Wert annimmt. Der typische Verlauf der Haftreibungszahl über dem Schlupf ist dabei in weiten Grenzen abhängig von dem Zustand und der Be schaffenheit der Berührungsflächen Reifen/Fahrzeug, wobei man insbesondere zwischen dem Verlauf auf trockener Fahrbahn oder auf Asphalt, dem Verlauf auf sehr glatter Fahrbahn oder Eis und dem Verlauf auf Neuschnee, lockerem Tiefschnee, lo sem Untergrund oder Schneematsch unterscheidet. Die maximal mögliche Kräfteübertragung ist bei trockenem Asphalt hoch, bei losem Untergrund oder Schnee vergleichsweise gering und auf Eis sehr gering. Diese drei typischen Fällen sind in Fig. 1 schematisch vereinfacht dargestellt.

Das Maximum der Kraftübertragung liegt in sehr vielen Fällen bei einem Schlupfwert im Bereich von etwa 10%. Auf trocke ner Straße und auch auf Eis sinkt beim Überschreiten dieses Optimums oder Maximums die übertragbare Längskraft ab, ob wohl der Schlupf rapide zunimmt. Auf Schnee und losem Unter grund steigt oberhalb dieses Grenzwertes, der bei etwa 10% liegt, die übertragbare Längskraft weiterhin an, jedoch mit vergleichsweise sehr geringem Gradienten.

Die übertragbare Längskraft ist im aufsteigenden Teil der µ- Schlupfkurve, d. h. unterhalb des vorgenannten Schlupf- Grenzwertes von etwa 10%, proportional zur Normalkraft oder Radaufstandskraft. Dies veranschaulicht die beigefügte Fig. 2, in der der Verlauf der Längskraft am Rad über dem Rad schlupf bei unterschiedlicher, konstanter Radaufstandskraft dargestellt ist.

Das Maximum der µ-Schlupfkurve, dessen Überschreitung in den instabilen Bereich führt, ist vor u. a. von dem aktuellen Reibwert oder Reibbeiwert zwischen Reifen und Straße sowie von der Radaufstandskraft abhängig. Der tatsächliche Ar beitspunkt auf der µ-Schlupfkennlinie muss daher in der Pra xis auf einen niedrigeren Wert der Längskraftübertragung be grenzt werden, um die Stabilität des Radlaufs auch in ungün stigen Situationen und bei schnellen Änderungen der Straßen verhältnisse zu gewährleisten.

Weitere Einzelheiten der Darstellung werden hier später im Zusammenhang mit der Beschreibung des erfindungsgemäßen Ver fahrens erläutert.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die allgemeine Aufgabe zugrunde, das Regelverhalten von Kraftfahrzeug-Bremsanlagen mit elektronischer Radschlupfregelung zu verbessern.

Es hat sich gezeigt, dass diese Aufgabe durch das im An spruch 1 beschriebene Verfahren gelöst werden kann. Das Be sondere des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Änderung der Normalkraft oder Radaufstandskraft der ein zelnen Räder beobachtet und in die Regelung des Radschlupfes durch Modulation der Bremskraft oder durch Erzeugung von Bremskraft an den einzelnen Rädern einbezogen wird.

Die Erfindung beruht also auf der Überlegung und auf der Er kenntnis, dass während eines Radschlupfregelvorgangs, bei spielsweise während einer Blockierschutzregelung, die Fähig keit zur Übertragung von Längskraft von dem Rad auf die Straße, insbesondere von Bremskraft, besser ausgenutzt wer den kann bzw. näher dem Optimum liegen kann, wenn die aktu elle Radaufstandskraft beobachtet und in die Schlupfregelung einbezogen wird.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die aus der Änderung der Radaufstandskraft oder Normalkraft resultieren den Radschlupfänderungen zu erfassen, gewissermaßen als Störgröße für die eigentliche Radschlupfregelung zu betrach ten sowie zu bewerten und zur direkten oder indirekten Kor rektur der radschlupfabhängigen Bremskraft oder des rad schlupfabhängigen Radbremsdruckes auszuwerten. Änderungen der Radaufstandskraft, die auftreten, wenn das Fahrzeug oder das Rad eine Bodenwelle oder ein Schlagloch passiert, können nun aus der eigentlichen Radschlupfregelung herausgefiltert werden. Dies führt insgesamt zu einer stabileren, näher dem Maximum oder Optimum liegenden Regelung und schließlich zu einem Optimieren des Bremsweges. Schwingungen und andere Störerscheinungen, die, wenn sie über die Radschlupfänderung in den Regelkreis einfließen, werden von der Normalkraftre gelung eher und präzise erfasst, so dass derartige Störungen z. B. von Reibwertänderungen, die eine spezielle Anpassung der Regelung erforderlich machen, unterschieden werden kön nen.

Ein Regelungssystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ebenfalls in den beigefügten Ansprüchen be schrieben.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung weiterer Ein zelheiten anhand der beigefügten Abbildungen hervor.

Es zeigen

Fig. 1 in schematisch vereinfachter Darstellung verschie dene µ-Schlupfkurven mit dem typischen Verlauf auf "Eis, Schnee und Asphalt",

Fig. 2 im Diagramm den Verlauf der Längskraft an einem Rad in Abhängigkeit vom Schlupf in zwei Fällen mit unterschiedlicher, konstanter Radaufstandskraft und

Fig. 3 schematisch vereinfacht den prinzipiellen Aufbau eines Regelungssystems zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 wurde bereits zuvor erläutert. Dargestellt sind µ- Schlupfkurven für drei typische Situationen, nämlich für drei sehr unterschiedliche Straßenverhältnisse, woraus zu ersehen ist, dass Radschlupf und Reibbeiwert bei verschiede nen Straßensituationen einen typischen Verlauf, nämlich das Erreichen eines Optimums bei einem Schlupfwert von etwa 10%, gemeinsam haben, jedoch sehr unterschiedliche Werte an nehmen . . . bekanntlich.

Wesentlich für die vorgelegene Erfindung ist der Zusammen hang zwischen übertragbarer Längskraft am Rad (F_x), Reibungs koeffizient µ und Radaufstandskraft oder Normalkraft F_n nach der Beziehung

F_x = µ × F_n.

F_x, F_n sind die am Fahrzeugreifen angreifenden Kräfte.

Der Schlupf wird im allgemeinen auf die Fahrzeuggeschwindig keit bezogen und daher als Prozentualwert der Fahrzeugge schwindigkeit angegeben. Folglich gilt:
Bremsschlupf = Fahrzeuggeschwindigkeit: Radgeschwindigkeit Antriebsschlupf = Radgeschwindigkeit: Fahrzeuggeschwindig keit.

Der Verlauf der aktuellen µ-Schlupfkurve kann grundsätzlich von einem ABS- und/oder ASR-Regler analysiert werden. Aus der Änderung des Radschlupfes ist das Optimum und damit der Arbeitspunkt des Regelungssystems erkennbar.

Fig. 2 dient zur Veranschaulichung des Einflusses der Nor malkraft oder Radaufstandskraft auf die übertragbare Längs kraft am Rad und damit auf die Regelung, die untere Kurve in Fig. 2 gilt für eine geringere, konstante Normalkraft, die obere Kurve stellt sich bei Erhöhung der Normalkraft um ei nen konstanten Betrag ein. Der senkrecht stehende Pfeil in Fig. 2 symbolisiert die mögliche Erhöhung der übertragbaren Längskraft ΔF_n bei Erhöhung der Radaufstandskraft. Die er forderliche Kraftänderung ΔF_x zur Rückführung des Ar beitspunktes während eines Regelungseingriffs zum Punkt 1, der nahe dem Optimum liegt, ist in Fig. 2 ebenfalls symbo lisch dargestellt. Durch diese Änderung wird der an der Stelle 2 viel zu hohe Radschlupf wieder auf den Optimalwert von etwa 10% zurückgeführt.

Fig. 3 dient zur Erläuterung der prinzipiellen Funktion des erfindungsgemäßen Verfahrens und eines entsprechenden Rege lungssystems. Die konventionelle Radschlupfregelung, auf der die Erfindung aufbaut, wird in Fig. 2 durch einen Block 1, der als Schlupfregelung bezeichnet ist und beispielsweise den Regler eines ABS oder ASR darstellen kann, symbolisiert. In diesem Block 1 wird aus den Eingangsgrößen "Schlupf" und "Schlupfänderung" eine Kraftänderung oder Bremskraftkompo nente "Bremskraft 2" ermittelt, die über einen "Bremsdruckregler" 2 zur Bemessung des Bremsdruckes am Rad, symbolisiert durch den Pfeil 3, herangezogen wird.

Erfindungsgemäß wird nun jedoch zusätzlich eine Normalkraft regelung oder Radaufstandskraftregelung in den Regelkreis einbezogen. Die Radaufstandskraft F_n bzw. die Änderungen der Radaufstandskraft werden hierzu in einem Block 4 erfasst, beobachtet und zum Generieren einer Bremskraftkomponente "Bremskraft 1" ausgewertet. In einem Addierer 5 werden die Bremskraftkomponenten Bremskraft 1 und Bremskraft 2 überla gert und nur das Ergebnis der Überlagerung zum Bremsdruck regler 2 weitergeleitet. Der Druck am Rad (3) wird somit so wohl von der eigentlichen Schlupfregelung 1 als auch von der Normalkraftregelung 4 bestimmt.

Der Verlauf der aktuellen Normalkraft oder Radaufstandskraft F_n kann in der Praxis an der Radaufhängung geschätzt werden, indem ein gegebener Chassis-Regler den Luftdruck im zugehö rigen Dämpfer misst, den Einfederweg bzw. die Einfederge schwindigkeit des Dämpfers bestimmt und daraus über die zu grundegelegte Dämpferkonstante

Gleichung 1

die Radaufstandskraft ermittelt. Aus der vorgenannten Glei chung ergibt sich folgende dynamische Bewegungsgleichung für die Radaufstandskraft:

(Gleichung 2).

Bei vorhandenem Chassis-Regelungssystem steht in der Regel eine Information über die Höhe der Normalkraft oder Normal kraftänderung zur Verfügung. In anderen Fällen kann grund sätzlich die Normalkraft durch entsprechende Sensoren, z. B. Kraftmesssensoren auf Basis von Dehnungsmessstreifen oder piezoelektrischen Elementen zur Bestimmung der für die Nor malkraftregelung notwendigen Eingangsgröße herangezogen wer den.

Weiteres Beispiel: Regelung der Normalkraft bei einem ABS:
Die Bremsenregelung eines ABS-Reglers, symbolisiert durch den Block 1 in Fig. 3, ist üblicherweise als Radschlupfreg ler ausgelegt. Die Beobachtung des Schlupfverlaufs wird ver wendet, um den Bremsdruck in den Radbremsen (3) in Abhängig keit von dem Radschlupf derart zu regeln, dass die Laufsta bilität des Rades erhalten bleibt. Wenn sich nun die Normal kraft oder Radaufstandskraft erhöht, so wird sich daraufhin bei gleichbleibendem Bremsdruck in der Radbremse der Schlupf des Rades verhindern, weil sich, wie anhand der Fig. 1 er läutert wurde, wegen der Beziehung

µ = F_x/F_n

eine höhere Längskraft F_x übertragen lässt. Die Normalkraft- Regelung 4 wird nun erfindungsgemäß in den Regelkreis des ABS gewissermaßen vorgeschaltet, so dass der Schlupfregler von dieser "Störgröße" entlastet wird. Das Regelungssystem wird nun den Bremsdruck im Rad selbstständig variieren, wenn das Fahrzeug wankt oder wenn beim Überfahren von Bodenwel len, Unebenheiten oder dergleichen Radschwingungen auftre ten; der Schlupfregler (1) braucht auf diese Störungen nicht zu reagieren. Dies hat zur Folge, dass das Rad durch den Schlupfregler (1) exakter auf dem Optimum der µ-Schlupfkurve geführt werden kann, was schließlich eine Verbesserung der Regelung und das Erreichen eines optimal kurzen Bremsweges zur Folge hat.

Claims

1. Verfahren zur Regelung des Radschlupfes durch Regelung oder Steuerung der Bremskraft oder des Bremsdruckes in den Radbremsen eines Kraftfahrzeug-Bremsensystems mit elektronischer Regelung, wie eines Blockierschutz- Regelungssystems (ABS), einer Antriebsschlupfregelung (ASR), einer Fahrstabilitätsregelung (ESP) etc., bei dem der Radschlupf durch Messung und logische Verknüp fung des Drehverhaltens der einzelnen Fahrzeugräder er fasst und zur Berechnung sowie Steuerung der Bremskraft oder des Bremsdruckes in den Radbremsen ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Normalkraft oder Radaufstandskraft der einzelnen Räder beobachtet und in die Regelung des Radschlupfes durch Modulation der Bremskraft oder durch Erzeugung von Bremskraft an den einzelnen Rädern einbezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Änderung der Normalkraft oder der Radauf standskraft resultierenden Radschlupfänderungen ermit telt, als Störgröße für die Radschlupfregelung bewertet und zur direkten oder indirekten Korrektur der rad schlupfabhängigen Bremskraft ausgewertet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass die Bremskraftmodulation oder Bremskrafter zeugung durch Modulation bzw. Einsteuerung von Bremsdruck in die Radbremsen der einzelnen Räder her vorgerufen wird.

4. Regelungssystem zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses im wesentlichen aus einem Radschlupfregelungssystem, wie ABS, ASR, ESP etc. besteht, dem eine Normalkraftre gelung oder Radaufstandskraftregelung vorgeschaltet ist.