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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems eines Kraftfahrzeugs, das eine elektrisch-regenerative Bremse, insbesondere einen Generator, und eine Anzahl von Reibbremsen aufweist, wobei sich die Gesamtverzögerung aus Verzögerungsanteilen der Reibbremse und der elektrisch-regenerativen Bremse zusammensetzt.
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In der Regel sind elektrisch-regenerative Bremsen als elektrische Generatoren ausgebildet. Insbesondere bei Hybridfahrzeugen oder bei rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ist für den Antrieb des Fahrzeugs eine elektrische Maschine vorgesehen, die während bestimmter Betriebszustände des Fahrzeugs, in denen die elektrische Maschine nicht als Antrieb benötigt wird, als Generator zur Energierückgewinnung (Rekuperation) eingesetzt wird. Zweck einer derartigen elektrisch-regenerativen Bremse bzw. eines Generators ist es, zumindest einen Teil der beim Bremsen umgesetzten Energie im Fahrzeug zu speichern. Diese Energie kann dann für den Antrieb des Fahrzeugs wieder verwendet werden.
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Derzeit sind verschiedene Betriebskonzepte denkbar, wann die elektrische Maschine als Generator betrieben wird. So kann dies bereits immer dann erfolgen, wenn das Fahrpedal gelöst wird, was bedeutet, dass das erzeugte Schleppmoment erhöht wird. Alternativ kann in den Rekuperationsbetrieb der elektrischen Maschine auch erst dann geschaltet werden, wenn ein Bremsvorgang eingeleitet wird, sei es aufgrund einer Fahrervorgabe oder einer systembedingten Bremsvorgabe, wie sie bspw. bei Fahrzeugen mit abstandsgeregelten Geschwindigkeitsregelsystemen angefordert werden.
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Die zusätzliche Bremswirkung der elektrisch-regenerativen Bremse und die damit verbundenen zusätzlichen Längskräfte können sich auf die Fahrdynamik des Fahrzeugs auswirken. So kann bei pedalverkoppelten Bremssystemen, bei denen der Bremsdruck in den herkömmlichen Reibbremsen an jedem Rad (das mit einer Reibbremse ausgestattet ist) nahezu gleich ist und sich demzufolge eine per Auslegung festgelegte Bremskraftverteilung einstellt, durch die zusätzliche Bremswirkung der elektrisch-regenerativen Bremse, die in der Regel nur auf die Antriebsachse wirkt, eine davon abweichende Bremskraftverteilung auf die einzelnen Achsen auftreten. Bei Fahrzeugen mit Frontantrieb kann dies zu stärkerem Untersteuern des Fahrzeugs, und bei Fahrzeugen mit Heckantrieb zu stärkerem Übersteuern führen. Weiter kann es aufgrund der elektrisch-regenerativen Bremse auch dann zu instabilen Fahrzeugzuständen kommen, wenn die Druckaufbau- oder Druckabbaudynamik des herkömmlichen Bremsregelsystems der Reibbremsen nicht genügt, um der Dynamik des Bremsmomentenverlaufs des Generators zu folgen und diesen auszugleichen, oder wenn die Dynamik des Generators nicht genügt, um ausreichend schnell eine Radmomentenreduktion zu erzielen.
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Somit ist es insbesondere in stabilitätskritischen Situationen notwendig, die Bremswirkung des Generators gezielt abzuschwächen bzw. auf Null zu fahren, damit sich das Fahrzeug durch geringere Radkräfte wieder stabilisieren kann.
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So offenbart die
DE 103 32 207 A1 ein Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems mit einer Reibungsbremsanlage und einer Rekuperationsbremsanlage bzw. einer elektrisch-regenerativen Bremsanlage. Dabei wird ausschließlich die Reibungsbremsanlage zum Abbremsen des Fahrzeugs angesteuert, wenn eine vorgegebene Abschaltbedingung für die Rekuperationsbremsanlage erfüllt ist. Eine derartige Abschaltbedingung ist dann erfüllt, wenn eine die Fahrzeuglängsdynamik beschreibende Längsdynamikgröße außerhalb eines zulässigen Bereichs liegt, oder wenn die Raddrehzahldifferenz der angetriebenen Räder einer Fahrzeugachse größer als ein Drehzahlschwellwert ist. Bei den die Fahrzeuglängsdynamik beschreibenden Längsdynamikgrößen kommt eine, oder eine Verknüpfung von mehreren der folgenden Größen in Betracht: Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, Fahrzeuglängsverzögerung, eine zeitliche Ableitung der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und/oder der Fahrzeuglängsverzögerung und/oder eine mit der Fahrzeuglängsverzögerung und/oder der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit korrelierte Größe. Somit kann die Rekuperationsbremsanlage bereits deaktiviert werden, bevor aufgrund einer fahrdynamischen kritischen Situation eine fahrdynamische Regelung, wie z. B. eine Schlupfregelung erfolgt.
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Weiter offenbart die
WO 2005/110827 A1 ein Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems eines Kraftfahrzeugs, das eine elektrisch-regenerative Bremse, insbesondere einen Generator, und eine Anzahl von Reibbremsen aufweist, wobei sich die Gesamtverzögerung aus Verzögerungsanteilen der Reibbremse und der elektrisch-regenerativen Bremse zusammensetzt, und wobei das von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachte Bremsmoment ab einem vorgegebenen Grenzwert reduziert wird, so dass sich der Bremsmomentanteil der Reibbremsen entsprechend erhöht. Als Grenzwert wird dabei eine maximale Quer- oder Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs gewählt.
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Aus der
DE 102 23 990 A1 ist eine Bremssteuervorrichtung bekannt, wobei eine kontinuierliche Reduzierung der Zielrückgewinnungsbremskräfte vorgenommen wird, wenn eine (zukünftige) Anti-Rutsch-Steuerung sehr wahrscheinlich ist. Zum weiteren technischen Umfeld wird noch auf die
DE 10 2005 037 382 A1 hingewiesen.
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Die bekannten Verfahren haben alle gemeinsam, dass das von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachte Bremsmoment reduziert wird, wenn ein stabilitätskritischer Zustand des Fahrzeugs durch Auswertung bestimmter Radbewegungssignale und/oder Fahrzeug-Stabilitätssignale erkannt oder eine zukünftiger stabilitätskritischer Zustand des Fahrzeugs durch Auswertung bestimmter Präventivsignale, also solcher Signale, anhand derer auf einen zukünftigen stabilitätskritischen Zustand geschlossen werden kann, vermutet wird.
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Unter bestimmten Umständen kann es vorkommen, dass bei einer Reduzierung des von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachten Bremsmoments aufgrund eines vermuteten zukünftigen stabilitätskritischen Zustands die Reduzierung des von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachten Bremsmoments zu früh aufgehoben wird, da die Früherkennung nicht mehr gegeben ist und der stabilitätskritische Zustand aber noch nicht abgewendet ist bzw. der Zeitpunkt dieses Zustands noch nicht erreicht ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen integrierten Ansatz für ein Verfahren zur Steuerung eines oben genannten Bremssystems eines Kraftfahrzeugs anzugeben, bei dem während des Übergangs von einem vermuteten zukünftigen stabilitätskritischen Zustand in einen später vorliegenden stabilitätskritischen Zustand keine Maßnahmen vorgenommen werden, welche die Gefahr des Erreichens dieses stabilitätskritischen Zustands fördern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.
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Bei der Erfindung wurden an das ausführende System folgende Anforderungen gestellt: Zu einen muss eine nahende Destabilisierung des Fahrzeugs erkennbar sein, und zum anderen muss diese durch eine geeignete Begrenzung bzw. Reduktion des Rekuperationsmoments, also des von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachten Bremsmoments abwendbar sein.
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Prinzipiell wird bei der Erfindung von einem Bremssystem in einem Kraftfahrzeug ausgegangen, das eine elektrisch-regenerative Bremse, insbesondere einen Generator, und eine Anzahl von Reibbremsen aufweist, wobei sich die Gesamtverzögerung aus Verzögerungsanteilen der Reibbremse und der elektrisch-regenerativen Bremse zusammensetzen kann. Wie bereits eingangs erwähnt, kann es bei einem Bremsvorgang, bei dem beide Bremsen-Arten einen Verzögerungsbeitrag leisten, aufgrund der teilweise verschiedenen Angriffspunkte (Reibbremse: alle Räder; elektrisch-regenerative Bremse: nur Räder der Antriebsachse) der beiden Bremsen-Arten zu einem instabilen Zustand des Fahrzeugs kommen, indem das Fahrzeug – je nachdem, ob es sich um ein Fahrzeug mit Front- oder Heckantrieb handelt – tendenziell stärker übersteuert oder untersteuert. Um einen stabilitätskritischen Zustand im Vorfeld abwenden zu können bzw. einen derartigen stabilitätskritischen Zustand möglichst schnell wieder verlassen zu können, wird das von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachte Bremsmoment reduziert, wenn ein stabilitätskritischer Zustand des Fahrzeugs erkannt, oder wenn man von einem nahenden stabilitätskritischen Zustand ausgehen kann.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass unter der Voraussetzung, dass die Reduzierung des von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachten Bremsmoments aufgrund des Erkennens bzw. Vermutens eines zukünftigen stabilitätskritischen Zustands vorgenommen wurde, nach dem Ende des Erkennens des vermuteten zukünftigen stabilitätskritischen Zustandes die Reduzierung des von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachten Bremsmoments nicht unmittelbar aufgehoben wird. Erfindungsgemäß wird die Reduzierung des aufgebrachten Bremsmoments solange aufrechterhalten, bis eine vorgegebene Stabilitätsbedingung erfüllt ist. Die vorgegebene Stabilitätsbedingung kann dabei derart ausgestaltet sein, dass zu dem Zeitpunkt, bei dem sich der instabile Zustand eingestellt haben müsste, ein den stabilitätskritischen Zustand wiedergebendes Signal keinen stabilitätskritischen Zustand erkennt.
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Um unterscheiden zu können, ob ein zukünftiger stabilitätskritischer Zustand vermutet wird, oder bereits ein stabilitätskritischer Zustand vorliegt, können die auswertbaren Signale in verschiedene Gruppen zusammengefasst werden. Die Zuordnung zu den verschiedenen Gruppen erfolgt aufgrund ihrer zeitlichen Erkennungsreihenfolge. So werden einer ersten Gruppe diejenigen Signale zugeordnet, anhand derer bereits sehr früh ein zukünftiger stabilitätskritischer Zustand vermutet werden kann. Zu diesen Signalen gehören die sog. Präventivsignale. In einer zweiten Gruppe sind bspw. die Radbewegungssignale zusammengefasst. Anhand dieser Signale kann bereits sehr früh ein Annähern an einen stabilitätskritischen Zustand erkannt werden, da die Radbewegungssignale die ersten Anzeichen hierfür aufzeigen. In einer dritten Gruppe sind schließlich alle auswertbaren Signale und Parameter zusammengefasst, die sich erst aufgrund des Vorliegens des stabilitätskritischen Zustands des Fahrzeugs verändern. Diese Signale werden im Folgenden als Fahrzeug-Stabilitätssignale bezeichnet.
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Vorteilhafterweise kann das Erkennen eines vermuteten zukünftigen stabilitätskritischen Zustands somit durch Auswertung zumindest eines vorgegebenen Präventivsignals vorgenommen werden. Unter einem Präventivsignal sind solche Signale oder Parameter zu verstehen, die sich bereits vor einer Destabilisierung des Fahrzeugs derart verändern bzw. verändert werden, dass daraus eine zukünftige Destabilisierung des Fahrzeugs zu vermuten ist. Ein solches Präventivsignal kann somit eine Fahrervorgabe oder ein sich aufgrund einer Fahrervorgabe einstellender bzw. sich verändernder Fahrparameter, also ein aktueller Fahrsituationsparameter sein.
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Vorteilhafterweise kann aufgrund einer Auswertung folgender Präventivsignale (Fahrervorgaben und/oder aktuelle Fahrzustandsparameter) auf einen zukünftigen stabilitätskritischen Zustand des Fahrzeugs geschlossen werden: Lenkwinkelgeschwindigkeit, Lenkwinkel, erzeugter Bremsdruck, zurückgelegter Bremspedalweg und/oder Fahrpedalwinkel, Lösegradient des Fahrpedals und/oder Betätigungsgradient des Bremspedals und/oder die vom Fahrer gewünschte Fahrzeugverzögerung. Alternativ oder zusätzlich können auch derartige Präventivsignale ausgewertet werden, die mit der aktuellen Fahrsituation korrelieren, wie z. B. die Fahrzeug- oder Radgeschwindigkeit, der Antriebsschlupf, der Fahrbahnreibwert, die Drehzahl und/oder das Drehmoment der Antriebseinheit, und/oder der Fehlerstatus bzw. der Aktivierungszustand eines Stabilisierungssystems. Zusätzlich können bspw. auch Informationen aus vorhandenen Fahrerassistenzsystemen, wie z. B. einer Kollisionswarnung ausgewertet werden.
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Vorteilhafterweise kann somit das Zeitintervall in Abhängigkeit von demjenigen Präventivsignal vorgegeben werden, aufgrund dessen Wert ein zukünftiger stabilitätskritischer Zustand des Fahrzeugs vermutet wurde.
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Der Vorteil der Erfindung wird nochmals anhand eines Beispiels näher erläutert, wobei die Lenkgeschwindigkeit als Präventivsignal zum Erkennen eines vermuteten, zukünftigen stabilitätskritischen Zustands ausgewertet wird. Wird nun bspw. aufgrund einer sehr schnellen Lenkbewegung ein zukünftiger stabilitätskritischer Zustand vermutet, wird eine Reduzierung des von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachten Bremsmoments vorgenommen. Würde nun die Reduzierung des von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachte Bremsmoment sofort wieder zurückgenommen werden, wenn die ermittelte Lenkwinkelgeschwindigkeit wieder unterhalb eines kritischen Grenzwertes liegen würde, wäre dies in jedem Fall zu früh, da sich ein stabilitätskritischer Zustand in der Regel erst nach einer schnellen Lenkbewegung einstellt. Durch die Erfindung wird somit verhindert, dass die Reduzierung des von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachten Bremsmoments zu früh wieder zurückgenommen wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Reduzierung des von der von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachten Bremsmoments auch nach dem Ende des Erkennens eines stabilitätskritischen Zustandes für ein vorgegebenes Zeitintervall aufrechterhalten bleiben. Dadurch kann verhindert werden, dass das Fahrzeug aufgrund der Erhöhung dieses Bremsmoments gleich wieder in einen stabilitätskritischen Zustand gebracht wird.
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Vorteilhafterweise kann die Erkennung eines stabilitätskritischen Zustands durch Auswertung zumindest eines Radbewegungssignal und/oder eines Fahrzeug-Stabilitätssignals vorgenommen werden. Unter einem Radbewegungssignal sind solche Signale oder Parameter zu verstehen, die in direktem Zusammenhang mit der Radbewegung des Fahrzeugs stehen. Anhand dieser Signale kann bereits in einem frühen Stadium ein stabilitätskritischer Zustand bzw. ein Annähern an einen stabilitätskritischen Zustand erkannt werden. Vorteilhafterweise kann aufgrund einer Auswertung folgender Radbewegungssignale auf einen beginnenden stabilitätskritischen Zustand des Fahrzeugs geschlossen werden: Radgeschwindigkeit und/oder Differenz-Radgeschwindigkeit, Radschlupf und/oder Differenz-Radschlupf, Radbeschleunigung und/oder eine Differenz-Radbeschleunigung, Radaufstandskraft an einem Rad (z. B in Relation mit einer Kräftebilanz aus Längs- und Querrichtung) und/oder Radmoment.
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Im Unterschied dazu sind unter Fahrzeug-Stabilitätssignalen solche Signale oder Parameter zu verstehen, die direkt in Zusammenhang mit einem stabilitätskritischen Zustand im Sinne einer Bewegung des gesamten Fahrzeugs stehen, d. h. durch Auswertung dieser Signale kann eindeutig festgestellt werden, ob sich das Fahrzeug bereits in einem instabilen bzw. stabilitätskritischen Zustand befindet. Folgende Fahrzeug-Stabilitätssignale können ausgewertet werden: Gierrate des Fahrzeugs, Schwimmwinkel des Fahrzeugs, Schräglaufwinkel der Räder des Fahrzeugs bzw. das Verhältnis des Schräglaufwinkels der Räder der Vorderachse zum Schräglaufwinkel der Räder der Hinterachse und/oder eine Schräglaufsteifigkeit der Räder des Fahrzeugs oder aus den oben genannten Größen abgeleitete Signale. Schließlich ist anhand des Statussignals einer Stabilisierungsfunktion wie ABS oder DSC oder einer Antriebsschlupfregelung im Sinne einer vorausschauenden Betrachtung eindeutig erkennbar, ob ein stabilitätskritischer Zustand vorliegt.
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Die Auswertung der verschiedenen Signale zum Erkennen eines vermuteten zukünftigen stabilitätskritischen Zustands oder eines bereits vorliegenden stabilitätskritischen Zustands kann auf verschiedene Arten vorgenommen werden. In einfachster Form können die auszuwertenden Signale mit einem fest oder variabel vorgegebenen Grenzwert verglichen werden. Wird ein entsprechender Grenzwert überschritten, kann in Abhängigkeit vom ausgewerteten Signal auf einen stabilitätskritischen Zustand oder auf einen zukünftigen stabilitätskritischen Zustand geschlossen werden und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Als Beispiel für Signale, die durch einen einfachen Vergleich mit einem Grenzwert ausgewertet werden, sind die Querbeschleunigung des Fahrzeugs und/oder der vom Fahrer auf das Bremspedal erzeugte Bremsdruck zu nennen.
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Eine alternative Auswertung ist durch einen Vergleich des aktuell vorliegenden Signals bzw. Parameters – bzw. des Wertes des Signals oder Parameters – mit einem mittels eines Referenzmodells wie z. B. eines Einspurmodells geschätzten Wert des gleichen Parameters möglich. Der mittels des Referenzmodells geschätzte Wert des Parameters bzw. Signals kann in Abhängigkeit von einem vorliegenden Wert eines Fahrersignals ermittelt werden und gibt denjenigen Wert des Signals wieder der sich unter der Voraussetzung, dass ein stabiler Zustand des Fahrzeugs vorliegt, einstellen würde. In diesem Fall wird von einer modellbasierten Plausibilisierung des Signals gesprochen. So kann bspw. in Abhängigkeit vom Lenkwinkel eine für einen stabilen Zustand des Fahrzeugs geschätzte Gierrate mittels eines Einspurmodells ermittelt werden. Durch Vergleich der geschätzten Gierrate mit der tatsächlichen Gierrate kann auf einen stabilitätskritischen Zustand bzw. auf einen zukünftigen stabilitätskritischen Zustand geschlossen werden.
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Eine weitere alternative Auswertung ist durch einen Vergleich einer mittels eines den Zustand des Fahrzeugs nachgebildeten Zustandsbeobachter ermittelten Zustandsgröße mit einem Vergleichswert möglich. Diese Auswertung ist besonders für Signale bzw. Parameter geeignet, die im Fahrzeug nicht direkt messbar sind und mittels eines Zustandsbeobachters ermittelt werden können. Als Beispiel ist der Schwimmwinkel des Fahrzeugs zu nennen.
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Je nach Art des überwachten Signals können in Abhängigkeit vom Wert des Signals und/oder vom Verlauf oder der zeitlichen Ableitung des Signals und/oder in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Signal und einem berechneten Vergleichs- bzw. Referenzsignal und/oder in Abhängigkeit von den entsprechenden Eigenschaften mehrere Signale unterschiedliche Bewertungen angewendet werden.
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Zum einen kann bei einer Verletzung eines Kriteriums bzw. bei einer zugeschlagenen Überwachung eine diskrete Reaktion ausgelöst werden, wie z. B. eine schnelle Deaktivierung der elektrisch-regenerativen Bremse bei Aktivierung der ABS-Regelung.
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Zum anderen kann eine Historienbewertung des Wertes des Signals z. B. über einen Integrator bzw. asymmetrischen Zähler mit einer entsprechenden Abschwächung, Ausblendung des von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachten Bremsmoments, oder eine Deaktivierung der elektrisch-regenerativen Bremse stattfinden.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Abschwächung, Ausblendung oder Regelung des von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachten Moments kennlinienbasiert erfolgen.
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Die genannten Ansätze können jeweils noch, wie oben vorgeschlagen, um einen definierten zeitlichen Nachlauf ergänzt werden, um ein zu frühes reaktivieren der Rekuperation zu vermeiden.
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Wird ein stabilitätskritischer Zustand erkannt, oder ein zukünftiger stabilitätskritischer Zustand des Fahrzeugs vermutet, kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachte Bremsmoment auf Null oder einen vorgegebenen Bremsmoment-Grenzwert reduziert werden. Die Reduzierung kann dabei kontinuierlich, bspw. durch ein zeitliches Ausblenden des Rekuperationsmoments, idealerweise gemäß einer vorgegebenen Kennlinie erfolgen. Alternativ kann das von der elektrisch-regenerativen Bremse erzeugte Bremsmoment auch auf ein aus Stabilitätssicht verträgliches Maß geregelt werden.
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Erfindungswesentlich ist aber, dass bei einem vermuteten zukünftigen stabilitätskritischen Zustand die eingeleiteten Maßnahmen bzw. Reaktionen nicht unbedingt sofort dann wieder zurückgenommen werden, wenn aufgrund des ausgewerteten Signals kein zukünftiger stabilitätskritischer Zustand mehr vermutet wird. Vielmehr müssen die Maßnahmen solange aufrechterhalten bleiben, bis festgestellt wird, dass dieser zukünftige stabilitätskritische Zustand abgewendet wurde. Dies kann bspw. dadurch festgestellt werden, nach Verletzung der Überwachung hinsichtlich des Lenkwinkelgradienten die entsprechenden Maßnahmen solange aufrechterhalten bleiben, bis die Überwachung vom „Gierratenkriterium” übernommen werden kann. Dies bedeutet, dass die Reduzierung solange aufrechterhalten bleibt, bis aus dem Gierratensignal ersichtlich ist, dass der stabilitätskritische Zustand abgewendet werden konnte.
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Anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels wird ein integrativer Ansatz einer Stabilitätsüberwachung, welche den Gegenstand der Erfindung beinhaltet, dargestellt. Dabei zeigt die
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1 eine allgemeine Struktur zur Stabilitätsüberwachung,
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2 eine detailliertere Darstellung einer Überwachungseinheit gemäß 1, und
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3a–3c verschiedene Überwachungsmodelle für die Auswertung der Signale.
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In der 1 ist eine sehr allgemeine Struktur zur Stabilitätsüberwachung und zur ggf. notwendigen Stabilisierung eines sich in einem stabilitätskritischen Zustand befindlichen Fahrzeugs durch Eingriff in die Steuerung oder Regelung einer elektrisch-regenerativen Bremse dargestellt. Um sowohl einen zukünftigen stabilitätskritischen Zustand vermuten zu können, als auch einen bereits vorliegenden stabilitätskritischen Zustand des Fahrzeugs erkennen zu können, werden eine Vielzahl von Signalen und Parametern ps, rs und fs ausgewertet. Zu der Gruppe der Präventivsignale ps gehören diejenigen Signale und Parameter, anhand derer ein zukünftiger stabilitätskritischer Zustand vermutet werden kann. Bei den Präventivsignalen handelt es sich insbesondere um Fahrervorgaben, wie auch Fahrzeugparameter, die direkt mit den Fahrervorgaben korrelieren. Beispiele sind die Lenkwinkelgeschwindigkeit, der Lenkwinkel, der Fahrer-Bremsdruck, der zurückgelegte Bremspedalweg, der zurückgelegte Fahrpedalweg, der Lösegradient des Fahrpedals, der Betätigungsgradient des Bremspedals, die vom Fahrer gewünschte Verzögerung, und ggf. auch die Fahrzeug- und Radgeschwindigkeit, die Querbeschleunigung, der Antriebsschlupf und die Drehzahl oder das Drehmoment der Antriebseinheit. Ebenso kann der Fehlerstatus und/oder eine Deaktivierung des Stabilisierungssystems durch den Fahrer oder ein geschätzter Reibwert hierfür herangezogen werden. Diese Signale können einzeln oder in verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten für die Ermittlung eines vermuteten stabilitätskritischen Zustands relevant sein.
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Zu der Gruppe der Radbewegungssignale rs gehören diejenigen Signale und Parameter, anhand derer bereits sehr frühzeitig ein stabilitätskritischer Zustand des Fahrzeugs erkannt werden kann. Da die Bewegung der Räder bzw. das Erreichen der Kraftschlussgrenze an den Rädern Ursache für einen stabilitätskritischen Zustand des Fahrzeugs ist, fallen diese Gruppe Signale und Parameter zu, die direkt mit der Radbewegung in Zusammenhang stehen oder mit dieser korrelieren, wie z. B. Radgeschwindigkeit, Delta-Radgeschwindigkeit, Radschlupf, Delta-Radschlupf, Radbeschleunigung, Delta-Radbeschleunigung, Radkräfte und/oder Radmomente.
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Zu der Gruppe der Fahrzeug-Stabilitätssignale fs gehören diejenigen Signale und Parameter, die in direktem Zusammenhang mit einem beginnenden bzw. bereits vorhandenen stabilitätskritischen Zustand des Fahrzeugs stehen, wie z. B. die Gierrate, der Schwimmwinkel, das Verhältnis des Schräglaufwinkels der Vorderachse zum Schräglaufwinkel der Hinterachse, die Schräglaufsteifigkeit der Räder, die charakteristische Geschwindigkeit, die Momentenbilanz um die Hochachse und der Aktivitätszustand einer Stabilisierungsfunktion.
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Diese ermittelbaren Signale und Parameter ps, rs und fs werden in einer Aufbereitungseinheit A eingelesen für ggf. die spätere Auswertung aufbereitet. Zusätzlich können neben ermittelten Signalen und Parametern ps, rs, und fs noch Hilfsgrößen berechnet werden, welche für das Erkennen eines zukünftigen stabilitätskritischen Zustands oder einen bereits vorhandenen stabilitätskritischen Zustand des Fahrzeugs benötigt werden. Nach der Aufbereitung und Ermittlung der Hilfsgrößen werden die aufbereiteten Signale, Parameter und Hilfsgrößen ps', rs' und fs' an eine Überwachungseinheit B geleitet. Dort werden die Signale hinsichtlich eines (zukünftigen) zu erwartenden stabilitätskritischen Zustand, eines beginnenden oder eines bereits vorliegenden stabilitätskritischen Zustands überwacht. Hinsichtlich der Überwachung der oben vorgeschlagenen Signale und Informationen ps', rs' und fs' sind unterschiedliche Methoden bzw. Kriterien denkbar. Diese werden später in der 2 näher erläutert.
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Wird mittels der Überwachungseinheit B ein zukünftiger stabilitätskritischer Zustand vermutet oder ein stabilitätskritischer Zustand erkannt, wird in Abhängigkeit vom auslösendem Signal oder Parameter ps', rs' oder fs' ein entsprechendes Bewertungs-Signal ps+, rs+ oder fs+ an eine Maßnahmeneinheit C übermittelt. Diese generiert in Abhängigkeit vom entsprechenden Bewertungssignal ps+, rs+ oder fs+ ein Maßnahmensignal m zur Reduzierung des von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachten Bremsmoments. Dieses Maßnahmensignal m kann derart ausgestaltet sein, dass eine sofortige Reduzierung des von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachten Bremsmoments auf Null vorgenommen wird. Alternativ kann auch eine Reduzierung auf einen vorgegebenen Bremsmoment-Grenzwert vorgenommen werden. Die Reduzierung kann gemäß einer vorgegebenen Kennlinie vorgenommen werden.
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Wesentlich ist jedoch, dass unter der Vorraussetzung, dass die Reduzierung des von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachten Bremsmoments aufgrund eines vermuteten zukünftigen stabilitätskritischen Zustands nicht sofort dann aufgehoben wird, wenn kein zukünftigen stabilitätskritischen Zustand mehr vermutet wird. Vielmehr wird die Reduzierung solange aufrechterhalten, bis erkennbar ist, ob der stabilitätskritische Zustand abgewendet werden konnte.
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Die 2 zeigt nun eine detailliertere Darstellung einer in der 1 beschriebenen Überwachungseinheit B zum Erkennen eines zukünftigen stabilitätskritischen Zustands oder eines bereits vorliegenden stabilitätskritischen Zustands.
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Von der hier nicht dargestellten Aufbereitungseinheit werden die aufbereiteten Signale, Parameter und Hilfsgrößen ps', rs' und fs' an die Überwachungseinheit B gesendet. Bei den Größen ps', rs' und fs' handelt es sich jeweils um einen Vektor, in dem die entsprechenden Signale für die Erkennung einen zukünftigen oder eines bereits vorliegenden stabilitätskritischen Zustand entsprechend ihres Erkennungszeitpunkts zusammengefasst sind.
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In der Überwachungseinheit B werden alle (in den jeweiligen Vektoren ps', rs' und fs' zusammengefassten Signale bzw. Kriterien parallel und zyklisch in einer dafür vorhandenen Unterüberwachungseinheit Ü1–Ü6 ausgewertet, d. h. die Signale ps1', ps2', rs1', rs2', fs1' und fs2' werden quasi gleichzeitig ausgewertet. Bei den Signalen ps2', rs2' und fs2' erfolgt im Anschluss an die Auswertung der jeweiligen Unterüberwachungseinheit Ü2, Ü4 und Ü6 in einer Nachlaufeinheit T2, T4 und T6 eine derartige individuelle Anpassung des Ausgangssignals der Überwachungseinheit Ü2, Ü4 und Ü6, dass bspw. ein an das Signal individuell angepasster Nachlauf des Erkennens eines (zukünftigen) stabilitätskritischen Zustands erzeugt wird. Dies bedeutet, dass selbst dann, wenn anhand des aktuell vorliegenden Signalwertes ps2', rs2' oder fs2' kein stabilitätskritischer Zustand mehr erkannt oder vermutet wird, ein Signal erzeugt wird, welches die Reduzierung des Rekuperations-Bremsmoments noch für eine bestimmte Zeit aufrechterhält.
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Jede Unterüberwachungseinheit Ü1, Ü3 und Ü5, und jede Nachlaufeinheit T2, t4 und T6 erzeugt einen Faktor zwischen 0 und 1, welcher wiedergibt, ob und wie stark das Rekuperations-Bremsmoment reduziert werden soll. Diese Einzelfaktoren werden wieder zu Bewertungssignalen ps+, rs+ bzw. fs+ zusammenfasst und an eine (in der 1) dargestellte Maßnahmeneinheit gesendet. Dort können sie verknüpft oder miteinander multipliziert werden. Das Ergebnis wird mit dem Soll-Rekuperationsmoment (berechnet aus Fahrervorgaben und Pedalbetätigung) multipliziert und an der elektrisch-regenerativen Bremse eingestellt.
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Die 3a–3c zeigen verschiedene alternative Strukturen zur Überwachung verschiedener Signale hinsichtlich des Erkennens eines zukünftigen stabilitätskritischen Zustands oder eines bereits vorliegenden stabilitätskritischen Zustands.
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In einer ersten Alternative kann ein einfacher Vergleich des Signals bzw. Parameters ps', rs' und fs' mit einem festen oder variablen Grenzwert vorgenommen werden. Bspw. kann – wie in 3a dargestellt – der vom Fahrer aufgebrachte Bremsdruck THz-Druck mit einem festen Brems-Grenzdruck p_max, und die Fahrzeugquerbeschleunigung ay mit einem von der aktuellen Geschwindigkeit v abhängigen variablen Beschleunigungs-Grenzwert ay_max verglichen werden. Wird der jeweilige Grenzwert überschritten, liegt als p_not_ok oder ay_not_ok vor, wird in Abhängigkeit vom „zugeschlagenen” Signal bzw. Parameter THz-Druck oder ay ein zukünftiger stabilitätskritischer Zustand vermutet, oder ein bereits vorliegender stabilitätskritischer Zustand des Fahrzeugs erkannt.
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Alternativ kann eine modellbasierte Plausibilisierung von entsprechenden Signalen vorgenommen werden. In der 3b ist eine beispielhafte Plausibilisierung am Beispiel der Gierrate dargestellt. Aus dem ermitteln Lenkwinkel lw wird mittels eines Einspurmodells EM eine geschätzte Gierrate g_geschätzt ermittelt und einer Vergleichseinheit D zugeführt. Gleichzeitig wird die unter Einfluss der aktuellen Rekuperation Reku auf das Verhalten des Fahrzeugs auftretende Gierrate g_ist ermittelt und ebenfalls der Vergleichseinheit D zugeführt. Diese Vergleichseinheit D ermittelt nun die Differenz d der beiden Gierraten g_geschätzt und g_ist und sendet den Wert d an die Überwachungseinheit Ü. Überschreitet der Wert d einen vorgegebenen Grenzwert, liegt ein stabilitätskritischer Zustand des Fahrzeugs vor. Daraufhin wird durch ein entsprechendes Signal an die Rekuperationseinheit Reku der Rekuperationsvorgang abgebrochen bzw. abgeschwächt.
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Eine dritte Alternative stellt die Überwachung mittels einer Beobachterstruktur dar, vgl. 3c, wobei in Abhängigkeit einer Fahrervorgabe fv mittels eines Beobachters eine interne Zustandsgröße, bspw. der Schwimmwinkel sw ermittelt und einer Überwachungseinheit Ü zugeführt wird. Dort wird der ermittelte Schwimmwinkel sw mit einem Schwimmwinkelgrenzwert verglichen und bei Überschreitung des Grenzwertes ein entsprechendes Signal an die Rekuperationseinheit Reku zum Abbrechen des Rekuperationsvorgangs gesendet.
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Die Funktionsweise der Überwachungseinheiten kann ebenfalls auf unterschiedliche Weisen ausgeführt sein: Zum einen kann die im aktuellen Rechenzyklus des Steuergeräts berechnete Differenz zwischen Soll- und Istwert für die Entscheidung herangezogen werden. Zum anderen kann ein Integrator oder ein Zähler vorgesehen werden, der abhängig von der Größe der Differenz unterschiedlich schnell hoch- bzw. heruntergezählt wird. Auf diese Weise ist es möglich, sowohl die Spontanität des Ansprechens des jeweiligen Kriteriums zu beeinflussen, als auch die „Vorgeschichte” zu berücksichtigen. Weiter kann auch definierter zeitlicher Nachlauf nach einer wieder als stabil eingestuften Fahrsituation dargestellt werden.
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Das vorgestellte Konzept ermöglicht bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb eine frühzeitige Erkennung einer sich anbahnenden Instabilität (z. B. Übersteuern bei Fahrzeugen mit Heckantrieb und Untersteuern bei Fahrzeugen mit Frontantrieb) bedingt durch die zusätzliche Verzögerungswirkung an der bzw. den angetriebenen Achsen durch die Bremsenergierückgewinnung (Rekuperation). Die Vorteile des hier beschriebenen Lösungsansatzes gegenüber anderen Vorschlägen resultieren aus der Auswertung nicht nur der im jeweiligen Rechenzyklus aktuellen Signale, sondern auch deren Vorgeschichte, das Vorsehen eines zeitlichen Nachlaufs und des so ermöglichten Zusammenwirkens der Einzelkriterien. Ziel ist, das gewohnt souveräne und stabile Fahrgefühl zu erhalten oder wiederherzustellen. Idealerweise werden durch rechtzeitige und ausreichende Abschwächung bzw. Ausblendung des Rekuperationsmoments zusätzliche stabilisierende Eingriffe durch Regelfunktionen wie z. B. DSC und ABS vermieden. Die Funktion wird vorteilhafterweise ohne Verwendung zusätzlicher Sensorik, insbesondere nur durch geeignete Aufbereitung und Verwertung vorhandener Sensoren und Signale dargestellt. Das beschriebene Verfahren bildet außerdem die Basis für eine intelligentere Rekuperations-Strategie mit einer situationsgerechteren Ausnutzung des Rekuperationspotentials bei allen Typen von Rekuperations-Bremssystemen.
