DE102006047602A1 - Steuergerät zur Bremsdruckmodulation in einem Kraftfahrzeug mit Abstandsregelsystem - Google Patents

Steuergerät zur Bremsdruckmodulation in einem Kraftfahrzeug mit Abstandsregelsystem Download PDF

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Abstract

Steuergerät zur Bremsdruckmodulation in einem Kraftfahrzeug (10) mit Abstandsregelsystem (12), mit einer Sensorik (22) zur Messung der Istbeschleunigung (a<SUB>ist</SUB>) des Fahrzeugs und mit einem Reglerteil (24), der über eine Verzögerungsschnittstelle (30) des Abstandsregelsystems eine Sollbeschleunigung (a<SUB>soll</SUB>) empfängt und ein Regel-Bremsdrucksignal (P<SUB>r</SUB>) für den Bremsdruck ausgibt, gekennzeichnet durch einen Steuerteil (26), der die Sollbeschleunigung direkt in ein Steuer-Bremsdrucksignal (P<SUB>s</SUB>) für den Bremsdruck umrechnet, und eine Umschalteinrichtung (28), die in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit (V) des Fahrzeugs (10) entweder das Regel-Bremsdrucksignal (P<SUB>r</SUB>) oder das Steuer-Bremsdrucksignal (P<SUB>s</SUB>) an einen Bremsdruckmodulator (16) ausgibt.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Steuergerät zur Bremsdruckmodulation in einem Kraftfahrzeug mit Abstandsregelsystem, mit einer Sensorik zur Messung der Istbeschleunigung des Fahrzeugs und mit einem Reglerteil, der über eine Verzögerungsschnittstelle des Abstandsregelsystems eine Sollbeschleunigung empfängt und ein Regel-Bremsdrucksignal für den Bremsdruck ausgibt.
  • Abstandsregelsysteme für Kraftfahrzeuge werden auch als ACC-Systeme (Adaptive Cruise Control) bezeichnet und ermöglichen es, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs entweder auf eine vom Fahrer gewählte Wunschgeschwindigkeit oder, wenn ein vorausfahrendes Fahrzeug geortet wird, auf den Abstand zu dem vorausfahrenden Fahrzeug zu regeln. Zur Ortung vorausfahrender Fahrzeuge und zur Messung des Abstands und der Relativgeschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs ist üblicherweise ein Radarsensor vorgesehen. Abhängig von den Daten des Radarsensors greift das ACC-System in das Antriebssystem und/oder das Bremssystem des Fahrzeugs ein, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs anzupassen.
  • Bei einem Eingriff in das Bremssystem wird von dem ACC-System über eine Verzögerungsschnittstelle eine Sollbeschleunigung an das Steuergerät für die Bremsdruckmodulation ausgegeben. Diese Sollbeschleunigung ist in der Regel negativ, also eine Sollverzögerung, kann jedoch beispielsweise auf einer abschüssigen Fahrbahn auch positiv sein. Das Steuergerät erzeugt dann auf der Grundlage eines Soll/Ist-Vergleichs ein Regel-Bremsdrucksignal, das dann an einen Bremsdruckmodulator ausgegeben wird, so daß über den Bremsdruck in den Radbremsen des Fahrzeugs die Bremsverzögerung auf die Sollbeschleunigung eingeregelt wird. Die Messung der Istbeschleunigung basiert üblicherweise auf einer Geschwindigkeitsmessung anhand der Signale von Raddrehzahlsensoren, die auch die Grundlage für eine dynamische Stabilitätsregelung (ESP) des Fahrzeugs bilden.
  • Mit fortgeschrittenen Abstandsregelsystemen soll es möglich sein, das Fahrzeug erforderlichenfalls bis zum Stillstand abzubremsen, beispielsweise wenn in einer Stausituation das Vorderfahrzeug anhält. Ein Problem besteht nun darin, daß bei sehr niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit, beispielsweise bei Geschwindigkeiten unterhalb von etwa 5 km/h, die Istbeschleunigung durch die Sensorik nicht mehr mit einer für die Regelung ausreichenden Qualität bestimmt werden kann. Hierdurch kommt es im unteren Geschwindigkeitsbereich zu Ungenauigkeiten, die den überlagerten Regelkreis des ACC-Systems stören und ihn destabilisieren, mit der Folge, daß der Fahrkomfort beeinträchtigt wird und bei Vorgängen, bei denen das Fahrzeug in den Stand gebremst wird, die Anhaltewege nicht reproduzierbar sind.
  • Aus DE 101 53 527 A1 ist ein ACC-System bekannt, bei dem unterhalb einer bestimmten Grenzgeschwindigkeit automatisch von einer Geschwindigkeitsregelung auf eine direkte Steuerung der Geschwindigkeit übergegangen wird. Wenn bei diesem System beispielsweise beim Bremsen des Fahrzeugs in den Stand die Grenzgeschwindigkeit unterschritten wird, so ist die an das Steuergerät für den Bremsdruckmodulator ausgegebene Sollbeschleunigung nicht mehr von der gemessenen Istgeschwindigkeit abhängig, sondern der zeitliche Verlauf der Sollbeschleunigung folgt einem bestimmten Programm, so daß die weitere Verzögerung des Fahrzeugs einem vordefinierten Geschwindigkeitsprofil entspricht. Entsprechend wird beim automatischen Anfahren aus dem Stand eine Sollbeschleunigung mit einem vorbestimmten zeitlichen Verlauf vorgegeben, bis die Geschwindigkeitsgrenze für die Geschwindigkeitsregelung in einem geschlossenen Regelkreis erreicht wird.
  • Bei diesem bekannten System bezieht sich der Wechsel zwischen Steuern und Regeln jedoch auf die Geschwindigkeitsregelung im überlagerten ACC-Regelkreis und nicht auf die Regelung des Bremsdruckes im Bremsdruckmodulator. Bei dem Signal, das von der Verzögerungsschnittstelle des ACC-Systems an das Steuergerät für den Bremsdruckmodulator übergeben wird, handelt es sich um eine Sollbeschleunigung, die dann vom Steuergerät mehr oder weniger genau eingeregelt wird. Das eingangs geschilderte Problem wird deshalb durch diesen Stand der Technik nicht gelöst.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuergerät zur Bremsdruckmodulation zu schaffen, das im unteren Geschwindigkeitsbereich eine stabile und genaue Einhaltung der geforderten Sollbeschleunigung ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Steuergerät für die Bremsdruckmodulation einen Steuerteil aufweist, der die Sollbeschleunigung direkt in ein Steuer-Bremsdrucksignal für den Bremsdruck umrechnet, und daß eine Umschalteinrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs entweder das Regel-Bremsdrucksignal oder das Steuer-Bremsdrucksignal an den Bremsdruckmodulator ausgibt.
  • Unterhalb einer bestimmten Grenzgeschwindigkeit und bis hin zu der Geschwindigkeit null wird somit die von der Verzögerungsschnittstelle des ACC-Systems ausgegebene Sollbeschleunigung direkt in ein entsprechendes Bremsdrucksignal umgesetzt, unabhängig von der mit Hilfe der Sensorik ermittelten Istbeschleunigung des Fahrzeugs. Etwaige Ungenauigkeiten in der Bestimmung der Istbeschleunigung können sich somit nicht nachteilig auf das Systemverhalten auswirken. Auf diese Weise wird eine präzise und stabile Einhaltung des Sollwertes erreicht, und unerwünschte Interferenzen mit dem überlagerten ACC-Regelkreis werden vermieden. Ein besonderer Vorteil besteht weiterhin darin, daß die Steuerung der Bremsverzögerung autonom im Steuergerät für den Bremsdruckmodulator erfolgt, ohne daß irgendwelche besonderen Maßnahmen auf Seiten des ACC-Systems notwendig wären. Es ist somit keine Funktionserweiterung des ACC-Systems erforderlich. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß auch die Verzögerungsschnittstelle des ACC-Systems nicht um weitere Schnittstellen wie z. B. eine Druck- oder Kraftschnittstelle ergänzt zu werden braucht. Als vorteilhaft erweist sich auch, daß durch den Übergang von der Regelung auf die Steuerung des Bremsdruckes eine höhere Dynamik erreicht wird. Hierdurch wird insbesondere im unteren Druckbereich die Bremsdruckstellung erheblich verbessert. Insgesamt erlaubt es somit die Erfindung, ohne besondere Anpassungen seitens des ACC-Systems über die ohnehin vorhandene Verzögerungsschnittstelle eine exakte Druckstellung bei niedrigen Geschwindigkeiten bis hin zur Geschwindigkeit null vorzugeben und somit reproduzierbar einen komfortablen Anhaltevorgang zu realisieren.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Übergang von der Regelung auf die Steuerung nicht abrupt bei Unterschreitung eines bestimmten Geschwindigkeitsschwellenwertes, sondern vielmehr gleitend, beispielsweise indem der zuletzt vom Verzögerungsregler bestimmte Bremsdruckwert über eine Rampenfunktion allmählich an den vom Steuerteil bestimmten Steuer-Bremsdruckwert angeglichen wird oder indem durch Verschieben der Gewichte in einer gewichteten Summe allmählich von dem Regel-Bremsdruckwert auf das Steuer-Bremsdruckwert überblendet wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 ein Blockdiagramm eines Verzögerungsregelkreises eines Kraftfahrzeugs mit Abstandsregelsystem; und
  • 2 ein Diagramm zur Illustration des Übergangs zwischen Regelung und Steuerung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 10 gezeigt, das mit einem Abstandsregelsystem (ACC-System) 12 ausgerüstet ist. Das ACC-System 12 weist eine sogenannte Stop-&-Go Funktion auf, d. h., es ist in der Lage, das Fahrzeug 10 automatisch in den Stand zu bremsen.
  • Ein vorn im Fahrzeug 10 eingebauter Radarsensor 14 dient zur Ortung vorausfahrender Fahrzeuge und zur Messung der Abstände, Relativgeschwindigkeiten und Azimutwinkel dieser Fahrzeuge. Wenn sich ein vorausfahrendes Fahrzeug in der vom dem Fahrzeug 10 befahren Fahrspur befindet, so wird dieses als Zielobjekt für die Abstandsregelung ausgewählt, und auf der Grundlage der vom Radarsensor 14 gemessenen Abstands- und Relativgeschwindigkeitsdaten greift das ACC-System 12 in das Antriebssystem und das Bremssystems des Fahrzeugs 10 ein, um dessen Geschwindigkeit anzupassen. Die daraus resultierenden Änderungen der Geschwindigkeit V und der Istbeschleunigung aist des Fahrzeugs 10 werden an das ACC-System 12 zurückgemeldet, so daß man einen geschlossenen Regelkreis erhält. In 1 ist nur der Regelkreis dargestellt, der sich auf den Eingriff in das Bremssystem des Fahrzeugs bezieht.
  • Das Bremssystem des Fahrzeugs 10 umfaßt einen Bremsdruckmodulator 16, mit dem der Bremsdruck an den Radbremsen des Fahrzeugs eingestellt wird, und ein zugehörigen elektronisches Steuergerät 18 (Datenverarbeitungssystem), das beispielsweise in ein bekanntes ESP-System des Fahrzeugs integriert sein kann.
  • Das Steuergerät 18 umfaßt eine Sensorik 20, 22 zur Bestimmung der aktuellen Geschwindigkeit V und der Istbeschleunigung aist des Fahrzeugs 10, einen Reglerteil 24, einen Steuerteil 26 und eine Umschalteinrichtung 28.
  • Bei einem Eingriff in das Bremssystem des Fahrzeugs 10 wird vom ACC-System 12 über eine Verzögerungsschnittstelle 30 eine (zumeist negative) Sollbeschleunigung asoll an das Steuergerät 18 ausgegeben. Innerhalb des Steuergerätes wird diese Sollbeschleunigung einerseits dem Reglerteil 24 und andererseits dem Steuerteil 26 zugeführt. Im Reglerteil 24 wird die Sollbeschleunigung asoll mit der Istbeschleunigung aist verglichen, und anhand dieses Vergleichs wird ein Regel-Bremsdruckwert Pr berechnet.
  • Im Steuerteil 26 wird die Sollgeschwindigkeit asoll zunächst in einer Korrekturstufe 32 in eine korrigierte Sollbeschleunigung akorr umgerechnet, um dem durch die Fahrbahnneigung bestimmten Anteil an der Beschleunigung sowie der durch den Rollwiderstand des Fahrzeugs und dergleichen bestimmten Eigenverzögerung des Fahrzeugs Rechnung zu tragen. Die korrigierte Sollbeschleunigung akorr wird dann in einer ersten Umrechnungsstufe 34 nach der Formel Kraft = Masse × Beschleunigung in eine Bremskraft F umberechnet. In einer zweiten Umrechnungsstufe 36 wird dann anhand der Bremskraft F und des bekannten Zusammenhangs zwischen dem Bremsdruck in den Radzylindern der Bremsanlage und der Bremskraft ein Steuer-Bremsdruckwert Ps berechnet.
  • Die Umschalteinrichtung 28 berechnet anhand der aktuellen Geschwindigkeit V des Fahrzeugs 10 eine Funktion f(V), die in 2 graphisch wiedergegeben ist. Im unteren Geschwindigkeitsbereich, zwischen der Geschwindigkeit null und einem unteren Grenzwert V1 (beispielsweise 4 km/h) hat die Funktion f(V) konstant den Wert eins. Zwischen dem unteren Grenzwert V1 und einem oberen Grenzwert V2 (beispielsweise 6 km/h) nimmt die Funktion f(V) stetig von eins auf null ab, und im oberen Geschwindigkeitsbereich, oberhalb von V2, hat die Funktion f(V) dann konstant den Wert null.
  • Wie in 1 gezeigt ist, wird der vom Steuerteil 26 berechnete Steuer-Bremsdruckwert Ps in einem Multiplikationsglied 38 mit der Funktion f(V) multipliziert, und der vom Reglerteil 24 berechnete Regel-Bremsdruckwert Pr wird in einem Summationsglied 40 mit (1 – f(V)) multipliziert. Die in dieser Weise multiplizierten oder gewichteten Sollwerte werden dann in einem Summationsglied 42 addiert, und die Summe wird als Bremsdruckwert P an den Bremsdruckmodulator 16 ausgegeben, der dann diesen Bremsdruckwert an den Radzylindern bereitstellt.
  • Bei Geschwindigkeiten unterhalb von V1 bewirkt somit die Umschalteinrichtung 28, daß allein der Steuerteil 26 aktiv ist, und der Wert P für den Bremsdruck entspricht dem Steuer-Bremsdruckwert Ps. Im Geschwindigkeitsbereich oberhalb von V2 ist dagegen allein der Reglerteil 24 wirksam, und der Wert P entspricht dem Regel-Bremsdruckwert Pr. Im Bereich zwischen V1 und V2 erfolgt ein stetiger Übergang von Ps auf Pr.
  • Bei Geschwindigkeiten oberhalb von V2 wird somit die Verzögerung des Fahrzeugs in bekannter Weise in einem geschlossenen Regelkreis geregelt. Wenn das Fahrzeug 10 in den Stand gebremst werden soll und die Geschwindigkeit unter V2 abnimmt, nimmt der Steuer-Anteil am Bremsdruckwert P nach und nach zu, bis schließlich unterhalb von V1 nur noch eine direkte Steuerung des Bremsdruckes und damit der Fahrzeugverzögerung anhand der von der Verzögerungsschnittstelle 30 ausgegebenen Sollbeschleunigung asoll erfolgt.
  • Die in der Korrekturstufe 32 der Reglerteils 26 benötigte Fahrbahnneigung kann beispielsweise direkt mit Hilfe eines Neigungssensors gemessen werden. Gegebenenfalls ist diese Information jedoch ohnehin in dem ESP-System verfügbar, zu dem das Steuergerät 18 gehört. Beispielsweise kann die Fahrbahnneigung in der Betriebsphase, in der noch der Reglerteil 24 aktiv ist, anhand des Zusammenhangs zwischen dem Bremsdruck (entsprechend Pr) und der Istbeschleunigung aist bestimmt werden. In einer alternativen Ausführungsform ist es auch denkbar, daß im Reglerteil 24 während des Regelbetriebs der Zusammenhang zwischen dem Bremsdruck und der Istbeschleunigung aist aufgezeichnet wird, und daß dann bei einem Übergang auf die Steuerung anhand dieses Zusammenhangs die Sollbeschleunigung asoll direkt in den Steuer-Bremsdruckwert Ps umgerechnet wird. Bei dieser Variante finden automatisch auch etwaige Unterschiede in der Zuladung des Fahrzeugs 10 Berücksichtigung.

Claims (3)

  1. Steuergerät zur Bremsdruckmodulation in einem Kraftfahrzeug (10) mit Abstandsregelsystem (12), mit einer Sensorik (22) zur Messung der Istbeschleunigung (aist) des Fahrzeugs und mit einem Reglerteil (24), der über eine Verzögerungsschnittstelle (30) des Abstandsregelsystems eine Sollbeschleunigung (asoll) empfängt und ein Regel-Bremsdrucksignal (Pr) für den Bremsdruck ausgibt, gekennzeichnet durch einen Steuerteil (26), der die Sollbeschleunigung direkt in ein Steuer-Bremsdrucksignal (Ps) für den Bremsdruck umrechnet, und eine Umschalteinrichtung (28), die in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit (V) des Fahrzeugs (10) entweder das Regel-Bremsdrucksignal (Pr) oder das Steuer-Bremsdrucksignal (Ps) an einen Bremsdruckmodulator (16) ausgibt.
  2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung (28) dazu ausgebildet ist, mit einem fließenden Übergang von dem Regel-Bremsdrucksignal (Pr) auf das Steuer-Bremsdrucksignal (Ps) umzuschalten, wenn die Geschwindigkeit (V) des Fahrzeugs unter einen vorgegebenen Grenzwert (V2) abnimmt.
  3. Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerteil (26) eine Korrekturstufe (32) enthält, die dazu ausgebildet ist, die von der Verzögerungsschnittstelle (30) ausgegebene Sollbeschleunigung (asoll) im Hinblick auf die Eigenverzögerung des Fahrzeugs (10) und die Fahrbahnneigung zu korrigieren.
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