DE10158263A1 - Verfahren zur Verbesserung des Regelverhaltens eines geregelten Kraftfahrzeugbremssystems - Google Patents

Verfahren zur Verbesserung des Regelverhaltens eines geregelten Kraftfahrzeugbremssystems

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung des Regelverhaltens eines geregelten Kraftfahrzeugbremssystems, insbesondere eines Antiblockierbremssystems (ABS), eines Fahrstabilitätsregelungssystems (ESP) oder eines um andere Funktionalitäten erweiterten Bremssystems, wobei radindividuell als Kriterium für die Initiierung eines Regeleingriffs bewertete Raddynamikinformationen (dyn) und bewertete Radschlupfinformationen (slip) herangezogen und summarisch mit einer Regelschwelle (PSI) verglichen werden. DOLLAR A Zur verbesserten Gewichtung von Raddynamik und Schlupf wird vorgeschlagen, fahrzustandsabhängig veränderbare Bewertungsgrößen (alpha, beta) zu ermitteln und für die Bewertung der Raddynamikinformationen (dyn) und für die Bewertung der Radschlupfinformationen (slip) heranzuziehen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung des Regelverhaltens eines geregelten Kraftfahrzeugbremssystems, insbesondere eines Antiblockierbremssystems (ABS; ESBS: Erwei­ tertes-Stabilitäts-Brems-System), eines Fahrstabilitätsrege­ lungssystems (ESP) oder eines um andere Funktionalitäten erwei­ terten Bremssystems, wobei radindividuell als Kriterium für die Initiierung eines Regeleingriffs bewertete Raddynamikinforma­ tionen (dyn) und bewertete Radschlupfinformationen (slip) her­ angezogen, und summarisch mit einer Regelschwelle (ψ) vergli­ chen werden.
Bei heutigen ABS-Bremsanlagen wird nach Überschreitung einer Regelschwelle in Abhängigkeit von dem Raddrehverhalten in einen Regelzyklus eingetreten, oder ein Regelphasenwechsel eingelei­ tet. Vorgegebene Kriterien erlauben definierte Übergänge von einer Regelphase in eine nachfolgende Regelphase. Die Regel­ schwellen zum Eintritt in einen ABS-Regelzyklus und die Krite­ rien zum Wechsel von einer Regelphase in eine andere Regelphase beruhen jeweils radindividuell auf dem Radschlupf oder der Rad­ beschleunigung oder auf einer Kombination von beidem (Radkriterium). Zeigt ein Rad beispielsweise Tendenzen im Schlupf zu laufen, und werden gleichzeitig bestimmte vorgegebe­ ne Verzögerungsschwellen überschritten, erfolgt die Einleitung eines ABS-Regelzyklus. Je nach Ausmaß der Schlupftendenz wird eine Druckhaltephase oder eine Druckabbauphase eingeleitet.
Eine kombinierte Regelung nach Beschleunigung und Schlupf geht beispielsweise aus dem Fachbuch Fahrwerktechnik, 1. Auflage 1993, Würzburg: Vogel Verlag, S. 123 ff hervor. Dabei werden jeweils radindividuell Radumfangsabbremsung und relativer Schlupf anhand von Konstanten gewichtet, voneinander subtra­ hiert und das so gewonnene Radkriterium mit einer Regelschwelle zur Initiierung einer Regelphase oder einem Regelphasenwechsel verglichen.
Die kombinierte Regelung nach Raddynamik (Beschleunigung) und Schlupf soll verbessert werden. Es sollen insbesondere Maßnah­ men angegeben werden, welche eine verbesserte Gewichtung der Raddynamik und des Schlupfs erlauben.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ge­ löst. Erfindungsgemäß werden für die Bewertung der Raddynami­ kinformationen und für die Bewertung der Radschlupfinformatio­ nen fahrzustandsabhängig veränderbare Bewertungsgrößen ermit­ telt und herangezogen. In der Folge wird eine adaptive Änderung von Gewichtungsgrößen in Abhängigkeit von der zwischen Reifen und Fahrbahn herrschenden Längskraft vorgenommen.
Die Erfindung erlaubt insbesondere eine verbesserte Adaption der Regelcharakteristik an die gegebene Reifencharakteristik. Denn Sommerreifen und Winterreifen verfügen über stark unter­ schiedliche Bremseigenschaften. Winterreifen zeigen auch in Be­ reichen mit hohem Schlupf stabiles Drehverhalten, so daß dem Schlupfkriterium verstärkte Aufmerksamkeit geschenkt werden kann, und der Raddynamik untergeordnete Bedeutung zukommt. Som­ merreifen zeigen in dem Bereich mit hohem Schlupf Abreiß- mit anderen Worten Instabilitätstendenz. Der Raddynamik soll stär­ kere Beachtung geschenkt werden, bevor es zum Abreißen kommt. Die Anpassung der Regelcharakteristik erfolgt adaptiv, das heißt gewissermaßen automatisiert in Abhängigkeit von dem herr­ schenden Fahrzustand und den Fahrbedingungen (insbesondere der aktuell herrschenden Längskraft zwischen Reifen und Fahrbahn).
Die Erfindung ist mit folgenden vorteilhaften Wirkungen ver­ knüpft:
  • - Bei tiefen aber stabilen Schlupfeinläufen mit geringer Raddynamik kann die Einleitung einer Druckabbauphase hin­ ausgezögert werden (Winterreifencharakteristik).
  • - Bei geringem Schlupf aber hoher Raddynamik kann eine Druckabbauphase früher als bisher eingeleitet werden (Sommerreifencharakteristik).
  • - Bei Lenkbewegungen und einer damit verbundenen Reduzierung der Längskraft kann eine empfindlichere Druckabbau- Regelschwelle vorgesehen werden. Die damit verbundene Er­ höhung der Seitenkraft führt zu einer stabileren Fahrsi­ tuation.
  • - Die Nutzung von ESBS-Funktionalitäten zur Modifikation von Bewertungsgrößen.
  • - Durch die radindividuelle Berechnung der Regelschwellen ist eine asymmetrische Regelung zwischen den Achsen (z. B. empfindlichere Regelung der Hinterachse) oder unterschied­ liche Abbremsung von kurveninneren und kurvenäußeren Rä­ dern bei Kurvenfahrt realisierbar.
Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus Unteransprüchen zusammen mit der Beschreibung anhand der Zeichnung hervor. In der Zeichnung zeigt jeweils schematisch
Fig. 1 eine radschlupfabhängige Gewichtungsgröße α für eine Vorderachse (VA) und eine Hinterachse (HA) in Abhängigkeit von der Längskraft,
Fig. 2 eine raddynamikabhängige Gewichtungsgröße β für eine Vorderachse (VA) und eine Hinterachse (HA) in Abhängigkeit von der Längskraft,
Fig. 3 Regelschwellenverläufe ψ für eine Druckabbauphase (Phase 2) bei einer Bremssituation ohne Regeleingriff jeweils für Vorderachse und Hinterachse in Abhängigkeit von der Fahr­ zeugreferenzgeschwindigkeit vref,
Fig. 4 Regelschwellenverläufe ψ für eine Druckabbau-Phase (Phase 2) oder eine Druckhaltephase (Phase 4) bei herrschendem ABS-Regelzyklus in Abhängigkeit von der Fahrzeugreferenzge­ schwindigkeit, und
Fig. 5 ein lenkwinkelabhängiger Ausgleichsfaktor Δ.
Die Erfindung beruht auf einer Berechnung der aktuell zwischen Reifen und Fahrbahn herrschenden Längskräfte, insbesondere nach dem aus der Patentanmeldung DE 101 46 950.0 bekannten Verfah­ ren. Demnach wird die aktuell herrschende Längskraft radindivi­ duell auf Basis von gemessenen Radbremsdruckinformationen und dem Schlupf gewonnen.
Als Kriterium für einen Eintritt in eine Regelphase gilt grund­ sätzlich
α.slip - β.dyn ≧ ψ
α, β: Bewertungsgrößen
slip: Radschlupfinformation
dyn: Raddynamikinformation
ψ: Regelschwelle
Für die Initiierung eines Regeleingriffs oder Regelphasenwech­ sels dient als Entscheidungskriterium die Regelschwelle ψ. Falls ein Radkriterium (die gesamte linke Seite der Unglei­ chung) die Schwelle ψ über- oder unterschreitet, erfolgt die Initiierung eines Regeleingriffs. Das Radkriterium wird radin­ dividuell ermittelt und besteht aus der Summe einer anhand ei­ ner Bewertungsgröße α gewichteten Schlupfinformation slip und einer anhand einer Bewertungsgröße β gewichteten Raddynamikin­ formation dyn. Die beiden gewichteten Informationen slip und dyn werden zur Gewinnung des Radkriteriums voneinander subtrahiert.
Für unterschiedliche Bremssituationen sind unterschiedlich mo­ dififizierte Regelschwellen vorgesehen. Innerhalb einer ABS- Regelung gilt zur Einleitung eines Druckabbaus für die rechte Seite der obigen Bedingung der Term ≧ ψ2. Es erfolgt ein Druck­ abbau, wenn die Summe aus bewerteter Radschlupfinformation und bewerteter Raddynamikinformation ≧ ψ2 ist. Für eine Druckhalte­ phase innerhalb eines ABS-Regelzyklus gilt das Kriterium < ψ4. Eine Druckhaltephase wird eingeleitet, wenn die Summe aus be­ werteter Radschlupfinformation und bewerteter Raddynamikinfor­ mation (also das Radkriterium) < ψ4 ist.
Sofern sich das betreffende Rad außerhalb eines ABS-Regelzyklus befindet, gilt für die Einleitung einer ersten Druckabbauphase (beim Eintritt in die Regelung) das Kriterium ≧ Ψ20. Der Druck­ abbau wird eingeleitet, wenn das Radkriterium ≧ der Regel­ schwelle ψ20 ist.
Die Fig. 4 verdeutlicht die Regelschwellen Ψ2/Ψ4 für Druckab­ bau und Druckhalten jeweils in Abhängigkeit von der Fahrzeugre­ ferenzgeschwindigkeit vRef. Die Regelschwellen sind jeweils für die Räder der Vorderachse und für die Räder der Hinterachse gleich und steigen mit wachsender Referenzgeschwindigkeit im wesentlichen linear an. Wie zu ersehen ist, erfolgt für be­ stimmte Geschwindigkeitsbereiche w, x, y, z eine Änderung der Re­ gelschwellensteigung. Ein Normalbereich x, y (30-200 km/h) verfügt über eine Normalsteigung. In dem Geschwindigkeitsbe­ reich w bis etwa 30 km/h ist die Steigung gegenüber dem Normal­ bereich erhöht, und in dem Geschwindigkeitsbereich z ab etwa 200 km/h ist eine verringerte Steigung vorgesehen. Dadurch wird im niedrigen Geschwindigkeitsbereich w eine Verbesserung des Fahrkomforts und im Hochgeschwindigkeitsbereich z eine Verbes­ serung der Fahrstabilität erreicht.
Ohne Regeleingriff liegt den Regelschwellen für den Druckabbau (Phase 2) die Fig. 3 zu Grunde. Wie zu ersehen ist, stimmt der qualitative Regelschwellenverlauf für die Vorderachse - auch in Hinblick auf die einzelnen Geschwindigkeitsbereiche w, x, y, z und Steigungen im Wesentlichen mit dem Regelschwellenverlauf ψ2 VA/HA nach Fig. 4 überein. Die Lage der Regelschwelle ψ20 VA ist je­ doch - für eine empfindlichere Regelung - insgesamt quantita­ tiv nach oben verschoben. Die Regelschwelle Ψ20 HA für den Druckabbau an der Hinterachse wird ausgehend von einem Start­ wert in einem Bereich niedriger bis mittlerer Fahrzeugreferenz­ geschwindigkeit w, x im Wesentlichen linear bis auf ein Minimum abgesenkt. In einem Bereich erhöhter und hoher Fahrzeugrefe­ renzgeschwindigkeit y, z wird die Regelschwelle im Wesentlichen linear angehoben. Dies unterstützt den Fahrkomfort in dem Be­ reich w, x und die Fahrstabilität im Bereich y, z.
Zur Berücksichtigung der Einflüsse einer Kurvenfahrt werden die Regelschwellen Ψ2 HA,VA, Ψ20 HA, ψ20 VA, Ψ4 HA,VA, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, um einen lenkwinkelabhängigen Ausgleichsfaktor (Offset) Δ erhöht. Der Ausgleichsfaktor Δ wächst mit steigen­ dem Lenkwinkel im Wesentlichen linear und führt zu einer zu­ sätzlich sensibilisierten Regelung.
Nachstehend wird die Bewertung der Radschlupfinformationen slip und die Bewertung der Raddynamikinformationen dyn näher erläu­ tert. Generell erfolgt die Bewertung auf Basis einer berechne­ ten, oder auf anderer Art und Weise ermittelten Längskraft zwischen Reifen und Fahrbahn. Eine Berechnung der Längskraft kann unter Messung des Radbremsdrucks und der Raddrehgeschwin­ digkeit und unter Auswertung der Drehmomentenbilanz am Rad er­ folgen. Die berechnete Längskraft ist ein Maß für den Reibbei­ wert zwischen Reifen und Fahrbahn, da diese beiden Größen über die Radaufstandskraft miteinander verknüpft sind (µ = L/N). Einzelheiten hierzu sind der Patentanmeldung DE 101 46 950.0 zu entnehmen, deren Offenbarungsgehalt in diesem Zusammenhang in vollem Umgang einbezogen wird.
Die Bewertung der Schlupf- und Dynamikinformationen wird nach­ stehend näher erläutert. Als Schlupfinformation slip wird die in der ABS-Regelung berechnete Differenz zwischen ABS- Referenzgeschwindigkeit und Radgeschwindigkeit eingesetzt. Als Raddynamikinformation dyn kann ein - aus anderen Funktionalitä­ ten zur Verfügung stehendes - sogenanntes DVN-Signal verwendet werden.
Das DVN-Signal ist ein Geschwindigkeitssignal, das durch Inte­ gration der aus der gemessenen Radgeschwindigkeit bestimmten Radbeschleunigung ACC mit einer Gegenkopplung aGK ermittelt wird. Das DVN-Signal stellt somit eine Differenzgeschwindigkeit zu einer virtuellen Referenzlinie mit der Steigung der Gegen­ kopplung aGK dar. Es dient als Entscheidungskriterium bei der Bestimmung verschiedener Phasen der ABS-Regelung. Die Formel zur Ermittlung des DVN-Signals lautet:
Die beiden Differenzsignale (slip und dyn/DVN) beruhen auf Dif­ ferenzbildung mit unterschiedlichen Referenzen (Geschwindigkeitsreferenz oder Beschleunigungsreferenz). In Ab­ hängigkeit von der herrschenden Längskraft werden die Bewer­ tungsgrößen α und β bestimmt. Dies ist in Fig. 1 und in Fig. 2 verdeutlicht. Eine erhöhte Gewichtungsgröße bewirkt grundsätz­ lich eine stärkere Gewichtung des betreffenden Anteils inner­ halb des Radkriteriums, während eine Reduktion der Gewichtungs­ größe eine degressive Wichtung bewirkt.
Die Bewertungsgröße α dient der Gewichtung der Schlupfinforma­ tion slip. Die Höhe der Bewertungsgröße α wird durch die maxi­ mal übertragbare Längskraft am Rad bestimmt. Der Schlupfein­ fluss auf den Regelungseintritt wird - in Abhängigkeit von un­ terschiedlichen Längskräften (Reibwertsprung, Lenkbewegungen, Kurvenfahrt) - anhand der Bewertungsgröße α modifiziert. Die Längskräfte können - zur Vereinfachung - grundsätzlich in drei Bereiche a, b, c eingeteilt werden. Es sind diese der Bereich a geringer Längskräfte, der Bereich b mittlerer Längskräfte und der Bereich c hoher Längskräfte. Der Bereich b kann auch als Übergangsbereich bezeichnet werden. Wie Fig. 1 zeigt, ist die Bewertungsgröße α an der Hinterachse für alle Längskraftberei­ che a, b, c (Reibwerte) gleich, weil an der Hinterachse zur Ver­ besserung der Fahrstabilität empfindlich geregelt werden soll. Dadurch wird der fahrphysikalischen Besonderheit Rechnung ge­ tragen, daß die Hinterachse besonders zur Richtungsstabilität eines Fahrzeugs beiträgt.
Für die Vorderachse verläuft die Bewertungsgröße α in dem Be­ reich a - ausgehend von einem Startwert - zunächst konstant, um bis zum Ende des Bereiches a im Wesentlichen linear auf einen Minimalwert stark abgesenkt zu werden. In den Längskraftberei­ chen b und c schließt sich eine im Wesentlichen lineare Erhö­ hung der Bewertungsgröße α an. Wie die Fig. 1 zeigt, ist die (negative) Steigung in dem Bereich a am größten, gefolgt von der Steigung in dem Bereich b und dem Bereich c. Dieser Verlauf trägt der physikalischen Besonderheit Rechnung, daß bei starken Verzögerungen eine Lastverlagerung in Richtung Vorderachse ein­ tritt. Für diesen Fall soll nur geringer Schlupf zugelassen werden.
Die Bewertungsgröße β dient zur Gewichtung der Raddynamikin­ formation dyn. Die Höhe der Bewertungsgröße β wird durch die maximal übertragbare Längskraft am Rad limitiert. Wie bei der Bewertungsgröße α wird der Dynamikeinfluß in Abhängigkeit von den Längskräften modifiziert. Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, ver­ läuft die Bewertungsgröße β in dem unteren Längskraftbereich a für die Hinterachse HA und die Vorderachse VA zunächst kon­ stant, um bis zum Bereichsende im Wesentlichen linear auf ein Minimum abgesenkt zu werden. Mit anderen Worten ist β in den Längskraftbereichen a und b für Vorderachse und Hinterachse deckungsgleich. In dem Bereich c wächst die Bewertungsgröße β für die Vorderachse im Wesentlichen linear. Für die Hinterachse bleibt die Bewertungsgröße β auch in dem Längskraftbereich c konstant. Der Verlauf der Bewertungsgröße β trägt - wie der Verlauf der Bewertungsgröße α - dazu bei, daß insbesondere bei starker Verzögerung empfindlich geregelt wird.
Die Erfindung ist nicht auf hydraulische Bremssysteme be­ schränkt. Eine Übertragung auf elektrohydraulische Bremssysteme (EHB) oder elektromechanische Bremssysteme (EMB) ist ohne wei­ teres möglich.

Claims (15)

1. Verfahren zur Verbesserung des Regelverhaltens eines gere­ gelten Kraftfahrzeugbremssystems, insbesondere eines Anti­ blockierbremssystems (ABS), eines Fahrstabilitätsregelungs­ systems (ESP) oder eines um andere Funktionalitäten erwei­ terten Bremssystems, wobei radindividuell als Kriterium für die Initiierung eines Regeleingriffs bewertete Raddynami­ kinformationen (dyn) und bewertete Radschlupfinformationen (slip) herangezogen, und summarisch mit einer Regelschwelle (ψ) verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bewertung der Raddynamikinformationen (dyn) und für die Be­ wertung der Radschlupfinformationen (slip) fahrzustandsab­ hängig veränderbare Bewertungsgrößen (α, β) ermittelt und herangezogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungsgrößen (α, β) in Abhängigkeit von einer zwischen Reifen und Fahrbahn herrschenden Längskraft geändert wer­ den.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungsgrößen (α, β) anhand einer Längskraftbe­ rechnung gewonnen werden, oder aus Daten eines Fahrstabili­ tätssystems (ESP) und/oder eines ESBS-Systems abgeleitet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungsgrößen (α, β) radindividuell anhand einer Längs­ kraftberechnung auf Basis von Raddrehinformationen und auf Basis von Radbremsdruckinformationen gewonnen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungsgrößen (α, β) für Raddynamik (dyn) und Radschlupf (slip) in einem Bereich geringer Längskräfte (a) im Wesent­ lichen konstant sind, oder linear fallen.
6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungsgrößen (α, β) für Raddynamik (dyn) und Radschlupf (slip) in einem Bereich hoher Längskräfte (c) im Wesentlichen konstant sind, oder linear ansteigen.
7. Verfahren nach Anspruch 2, 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bewertungsgrößen (α, β) für Raddynamik (dyn) und Radschlupf (slip) in einem Übergangsbereich (b) zwi­ schen dem Bereich geringer Längskräfte (a) und dem Bereich erhöhter Längskräfte (c) im Wesentlichen konstant sind oder linear ansteigen.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Radschlupf (slip) zugeordnete Bewertungsgröße (α) für die Räder einer Hinterachse (HA) im Verhältnis zu den Längskräften im We­ sentlichen konstant ist.
9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Raddynamik (dyn) zugeordnete Bewertungsgröße (β) für die Räder der Hinterachse (HA) im wesentlichen konstant ist, und nur in einem Bereich geringer Längskräfte (a) an­ gehoben wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die der Raddynamik (dyn) zugeordnete Bewertungsgröße (β) für die Räder der Vorderachse (VA) in einem mittleren Längs­ kraftbereich (b) konstant ist, und daß die Bewertungsgröße (β) in benachbarten Längskraftbereichen (a, c) angehoben wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschwellen (ψ2 HA,VA, ψ20 VA) betreffend Druckabbau und ei­ ne Regelschwelle (ψ4 HA,VA) betreffend Druckhalten mit stei­ gender Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit im wesentlichen li­ near ansteigen.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschwelle (ψ2 HA/VA) betreffend Druckabbau bei aktiver ABS-Regelung gegenüber einer Regelschwelle (ψ20 VA) bei in­ aktiver ABS-Regelung quantitativ abgesenkt ist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Räder einer Hinterachse (HA) bei inaktiver ABS-Regelung eine gesonderte Regelschwelle (Ψ20 Ha) für den Druckabbau vorgesehen ist, daß die Regel­ schwelle (Ψ20 HA) ausgehend von einem Startwert in einem Be­ reich niedriger bis mittlerer Fahrzeugreferenzgeschwindig­ keit (w, x) im Wesentlichen linear bis auf ein Minimum abge­ senkt wird, und daß die Regelschwelle (Ψ20 HA) in einem Be­ reich erhöhter und hoher Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit (y, z) im Wesentlichen linear angehoben wird.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 11, 12 oder 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Regelschwellen (Ψ2 HA,VA, Ψ20 HA, ψ20 VA, Ψ4 HA,VA) um einen lenkwinkelabhängigen Ausgleichsfaktor (Δ) erhöht werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsfaktor (Δ) mit steigendem Lenkwinkel linear ange­ hoben wird.
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