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Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und ein elektronisches Steuergerät gemäß Oberbegriff von Anspruch 9.
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Moderne Fahrzeuge sind neben Brems- oder Antriebsschlupfregelsystemen vielfach mit einem auch als Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) bekannten Fahrdynamikregelsystem ausgestattet, bei dem über ein Fahrzeugmodell der vom Fahrer gewünschte Sollkurs bestimmt und mit dem gemessenen Istkurs verglichen wird. Wenn die gemessene Ist-Gierrate um mehr als einen Aktivierungsschwellenwert von der anhand des Lenkwinkels berechneten Soll-Gierrate abweicht, so erfolgt ein fahrerunabhängiger Bremseingriff an mindestens einem Rad des Fahrzeugs, wodurch ein Giermoment erzeugt wird, welches den Istkurs des Fahrzeugs dem gewünschten Sollkurs annähert.
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Der Aktivierungsschwellenwert ist hierbei in einem Kompromiss zwischen der Vermeidung von Fehlregelungen und dem Sicherstellen eines rechtzeitigen Eingriffs zu wählen. Dies kann zu Problemen führen, wenn es z.B. während einer stationären Kurvenfahrt zu einem langsamen Eindrehen, also einem Übersteuern, des Fahrzeugs kommt. Ein Fahrdynamikregler nach dem Stand der Technik kann diese Fahrsituation nicht früh genug erkennen, da die Sensorsignale für diesen Regler noch nicht auf ein Übersteuern des Fahrzeugs hindeuten bzw. das Fahrzeug am Anfang der Situation eher untersteuernd ist. Dies führt dazu, dass ein Bremseingriff sehr spät erfolgt und aufgrund des dann erforderlichen hohen Giermoments unkomfortabel ist.
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Aus der
WO2005/042321 A1 ist ein Verfahren und System zur Verbesserung des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs bekannt, mit einer als Zustandsautomat aufgebauten Fahrsituationserkennung, die z.B. eine Kurvenfahrt mit Lastwechsel erkennt und in Abhängigkeit von den Zuständen, die eine Kursabweichung wiedergeben, einen Regler aktiviert. Diese auch als SESP (Sensitives Elektronisches Stabilitäts-Programm) bekannte Komfortregelung kann ein durch Schiefziehen bei einer Teilbremsung oder Lastwechsel (Gaswegnehmen) verursachtes Eindrehen des Fahrzeugs verhindern bzw. abmildern. In einer stationären Kurvenfahrt erfolgt kein stabilisierender Eingriff durch SESP.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Eindrehen des Fahrzeugs auf möglichst komfortable Weise zu verhindern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. ein Bremssystem mit einem elektronischen Steuergerät gemäß Anspruch 9 gelöst.
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Es wird also ein Verfahren zur Verbesserung des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs mit einem Fahrdynamikregelsystem, welches einen Vergleich zwischen einer gemessenen Istgierrate des Fahrzeugs und einer in einem Fahrzeugmodell berechneten Sollgierrate durchführt und nach Maßgabe des Vergleichs fahrerunabhängige Bremseingriffe an mindestens einem Rad des Fahrzeugs vornimmt, um die Istgierrate der Sollgierrate anzunähern, bereitgestellt. Erfindungsgemäß erfolgen bereits bei einem stabilen Fahrverhalten Stabilisierungsmaßnahmen, wenn eine stationäre Kurvenfahrt erkannt wird und eine Übersteuertendenz festgestellt wird. Unter einem stabilen Fahrverhalten wird hierbei verstanden, dass die Abweichung zwischen gemessener Istgierrate und berechneter Sollgierrate innerhalb eines Toleranzbands liegt und keine Fahrstabilitätsregelsystem aktiv ist, d.h. das Fahrzeug folgt im wesentlichen dem gewünschten Kurs.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein früheres Erkennen einer Eindrehtendenz und daher eine für den Fahrer komfortable Reaktion. Somit kann auch ein Fahrzeug mit einer übersteuernden und daher agilen Fahrwerksabstimmung von einem „Normalfahrer“ sicher beherrscht werden. Dem Fahrer wird dadurch ein sportliches Lenkverhalten bei gleichzeitig hoher Fahrsicherheit geboten.
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Es ist vorteilhaft, wenn eine stationäre Kurvenfahrt nur dann erkannt wird, wenn die gemessene Querbeschleunigung (bzw. deren Betrag) einen Querbeschleunigungsschwellenwert überschreitet und/oder die gemessene Lenkwinkelgeschwindigkeit (bzw. deren Betrag) einen Lenkschwellenwert unterschreitet und/oder die gemessene Gierrate (bzw. deren Betrag) einen vorgegebenen Gierratenschwellenwert überschreitet und keine Bremsbetätigung durch den Fahrer erfolgt. D.h. es liegt eine Kurvenfahrt auf hohem Reibwert vor, wobei der Fahrer keine hektischen Lenkbewegungen macht.
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Zweckmäßigerweise wird eine Übersteuertendenz anhand einer ermittelten Gierwinkelbeschleunigung und/oder einer Betrachtung der zeitlichen Änderung der Regelabweichung, also der Differenz zwischen Istgierrate und Sollgierrate, erkannt. Indem die Gierwinkelbeschleunigung bzw. zeitliche Änderung der Sollgierrate betrachtet wird, kann ein zu erwartendes Übersteuern erkannt werden, ohne dass der Istkurs des Fahrzeugs bereits deutlich vom Sollkurs abweicht.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn eine Übersteuertendenz dann als erkannt gilt, wenn der Betrag der ermittelten Gierwinkelbeschleunigung größer als ein unterer Schwellenwert und kleiner als ein oberer Schwellenwert ist und/oder die Differenz zweier zeitlich aufeinanderfolgender Werte der Regelabweichung in einem vorgegebenen Toleranzband liegt. Somit können Situationen erkannt werden, in denen die Gierwinkelbeschleunigung und/oder der zeitliche Verlauf der Regelabweichun auf absehbare Zeit zu einem Übersteuern führen kann. Bei einem sehr dynamischen Verhalten des Fahrzeugs werden Stabilisierungsmaßnahmen durch die erfindungsgemäße Komfortregelung vermieden; in diesem Fall sind ggfs. stärkere und unkomfortablere Bremseingriffe erforderlich.
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Bevorzugt umfassen die Stabilisierungsmaßnahmen eine Absenkung einer Eintrittsschwelle einer Fahrdynamikregelung und/oder eine Verkürzung einer Eintrittsverzögerungszeit einer Fahrdynamikregelung und/oder einen Bremseingriff an dem kurvenäußeren Vorderrad. Da eine definierte Fahrsituation (d.h. eine stationäre Kurvenfahrt) erkannt wurde, resultiert eine Absenkung der Eintrittsschwelle nicht in fehlerhaften Regeleingriffen der Fahrdynamikregelung.
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Besonders bevorzugt wird bei einem Bremseingriff das Bremsmoment mit einer vorgegebenen Anstiegsrate erhöht, für eine vorgegebene Zeitdauer konstant gehalten und mit einer vorgegebenen Abbaurate reduziert. Somit werden Bremseingriffe besonders sanft gestaltet.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Stabilisierungsmaßnahmen nur dann erfolgen, sofern die Aktivierungsbedingungen für mindestens eine vorgegebene Schwellenzeitdauer erfüllt sind. Fehlerhafte Regeleingriffe aufgrund transienter Störungen werden vermieden.
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Zweckmäßigerweise erfolgen die Stabilisierungsmaßnahmen nur dann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorbestimmten Geschwindigkeitsschwellenwert übersteigt. Bei höheren Geschwindigkeiten sind frühzeitige Eingriffe besonders nützlich, um deutliche Abweichungen zwischen Soll- und istkurs bzw. gefährliche Fahrsituationen zu vermeiden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein elektronisches Steuergerät eines Fahrzeugbremssystems mit einem Mikroprozessorsystem, das ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt.
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Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen elektronischen Steuergeräts in einem Kraftfahrzeug, welches von einem Verbrennungsmotor und/oder mindestens einem Elektromotor angetrieben wird.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren.
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Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, welches eine Kurve fährt, und
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2 einen beispielgemäßen Verlauf der Regelabweichung einer Fahrdynamikregelung.
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In 1 ist schematisch ein Fahrzeug 1 beim Durchfahren einer Kurve dargestellt, um das Fahrverhalten während einer stationären Kurvenfahrt zu verdeutlichen.
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Ein „ideales“ Fahrzeug folgt dem gewünschten Sollkurs 2 nahezu ohne Abweichung. Das „reale“ Fahrzeug fährt ohne das erfindungsgemäße Verfahren auf Bahnkurve 3, d.h. es folgt erst leicht untersteuernd dem Fahrerwunsch, wie dies zu einem Zeitpunkt 1a angedeutet ist. Dann fängt das Fahrzeug an, sich einzudrehen (vgl. die Momentaufnahme des Fahrzeugs 1c) und übersteuert stark (angedeutet zum Zeitpunkt 1d). Der Eingriff einer Fahrdynamikregelung nach dem Stand der Technik kommt dann so spät, dass das Fahrzeug für den „Normalfahrer“ nicht mehr zu kontrollieren ist.
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Wenn das Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Fahrdynamikregelsystem bzw. elektronischem Steuergerät ausgestattet ist, erfolgen Stabilisierungsmaßnahmen früher, wodurch das Fahrzeug auf dem vom Fahrer gewünschten Kurs gehalten wird (vgl. die Momentaufnahme des Fahrzeugs 1b). Hierbei wird das gewünschte Fahrverhalten bei gleichzeitig hohem Fahrkomfort beibehalten, da die frühen Stabilisierungseingriffe sanft erfolgen können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren baut auf einem Fahrdynamikregelsystem mit einer Giermomentenregelung auf. Vorzugsweise weist das Fahrdynamikregelsystem auch SESP auf, wie es in der
WO2005/042321 A1 beschrieben ist. Im Folgenden werden die überprüften Bedingungen und die vorgenommenen Maßnahmen kurz skizziert:
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Grundsätzlich muss zum Aktivieren der Eindreherkennung eine stationäre Kurvenfahrt erkannt sein. Des Weiteren wird das Eindrehen über die Regelabweichung, die Regelabweichungsänderung und/oder die Referenzgierrate erkannt. Eine oder mehrere dieser Größen müssen innerhalb bestimmter Grenzwerte und passend zur erkannten Richtung der Kurve liegen.
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Wenn die erkannte Situation für eine vorbestimmte Zeitdauer anliegt, so werden zweckmäßigerweise die Eintrittsbedingungen für das SESP und/oder das ESP manipuliert, so dass es zu einem frühzeitigen Bremseingriff kommt, der das Eindrehen des Fahrzeugs sicher verhindert.
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Die Erkennung wird aktiviert, wenn eine oder mehrere, vorzugsweise alle der folgenden Bedingungen erfüllt sind:
- • Eine stationäre Kurvenfahrt liegt vor (dies kann aus der Fahrsituationserkennung eines vorhandenen Fahrdynamikregelsystems und/oder einem abgeschätzten Kurvenradius erkannt werden)
- • Der Betrag bzw. Absolutwert der Lenkwinkelgeschwindigkeit ist kleiner als ein Lenkschwellenwert, vorzugsweise 150°/s
- • Es erfolgt keine Bremsbetätigung durch den Fahrer (dies kann mittels eines Bremsbetätigungssensors wie einem Pedalwinkelsensor oder einem Wegsensor am Hauptbremszylinder erkannt werden, oder daran, dass der Druck im Hauptzylinder unterhalb eines Schwellenwerts liegt).
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Die Erkennung, ob es sich um eine Rechts- oder Linkskurve handelt, erfolgt zweckmäßigerweise anhand des Vorzeichens der Gierrate.
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Ein Eindrehen bzw. eine Übersteuertendenz wird vorzugsweise dann erkannt, wenn eine oder mehrere, insbesondere alle der folgenden Bedingungen erfüllt sind.
- • Der Gradient der Regelabweichung, also die zeitliche Änderung der Differenz zwischen gemessener Ist-Gierrate und erwarteter Soll-Gierrate liegt in einem vorgegebenen Intervall, vorzugsweise zwischen +2deg/s2 +30deg/s2 (bzw. in einer entgegengesetzten Kurve bei entsprechenden negativen Werten)
- • Die Referenzgierrate ist größer als ein Schwellenwert, insbesondere 0deg/s (bzw. je nach Richtung der Kurve kleiner als ein Schwellenwert)
- • Die Regelabweichung ist größer als ein vorgegebener Schwellenwert, insbesondere –2deg/s (bzw. +2deg/s bei entgegengesetzter Kurvenrichtung)
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Sollte während der Richtungserkennung der Gradient der Regelabweichung kurzzeitig (Toleranzzeit vorzugsweise 100ms) die Grenzbereiche unter- bzw. überschreiten so wird die Eindreherkennung zweckmäßigerweise nicht abgebrochen.
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Besonders bevorzugt wird ein Eindrehen des Fahrzeugs dann erkannt, wenn eine Links- bzw. Rechtskurve über eine vorbestimmte Zeitdauer vorliegt bzw. die oben genannten Bedingungen während der vorgegebenen Zeitdauer, insbesondere 200ms, erfüllt sind. Ganz besonders bevorzugt wird diese Zeitmessung implementiert, indem ein erster Zähler in jeder Loop bzw. Regelschleife des Fahrdynamikregelsystems inkrementiert wird. Neben diesem Eintrittszähler kann auch ein Austrittszähler vorhanden sein, um das Vorliegen entsprechender Austrittsbedingungen wie z.B. eine Geradeausfahrt für mindestens eine vorbestimmte Zeitdauer zu überprüfen.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Eingriffe des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einer vorbestimmten Zeitdauer beendet werden, d.h. die Maximaldauer des Features wird auf eine vorgegebene Gesamtzeit von Erkennungszeit + Aktivierungszeit begrenzt.
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Ein Bremseingriff zum Verhindern eines Eindrehens aufgrund eines Lastwechsels wird zweckmäßigerweise dann aktiviert, wenn eine oder mehrere, vorzugsweise alle der folgenden Bedingungen erfüllt sind:
- • Ein Eindrehen des Fahrzeugs wurde erkannt
- • Das Getriebeausgangsmoment des Motors ist kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert, vorzugsweise 1000Nm
- • Die Differenz der Achsgeschwindigkeit muss im Grenzbereich liegen, wobei insbesondere ein von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängiger Grenzwert gewählt wird
- • Der Fahrer fordert kein Motormoment an
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Der Bremseingriff wird bevorzugt dann deaktiviert, wenn das Getriebeausgangsmoment den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet und/oder kein Eindrehen bzw. keine Eindrehtendenz mehr erkannt wird.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Schrittweite des Eintritts-/Austrittszählers für den Bremseingriff nach Maßgabe der Veränderung der Regelabweichung (also der Differenz zwischen Soll- und Istgierrate), insbesondere der SESP Regelabweichung, von der vorhergehenden Loop bzw. Regelschleife zu der aktuellen Loop gewählt wird.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, die Verzögerungszeitschwelle für den Eintritts-/Austrittszähler in Abhängigkeit von dem ermittelten Reibwert zu wählen.
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Falls das erfindungsgemäße Verfahren auf eine SESP-Regelung aufbaut, so wird bei Erkennung eines Eindrehens bevorzugt ein Flag bzw. Bit gesetzt, welches die Aktivierung aufgrund der Eindreherkennung anzeigt und gewährleistet, dass bis zu Ende der SESP Regelung auf Parameter und Druckaufbau-/Druckabbaurampen des Eindreh-Features zugegriffen wird.
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Zweckmäßigerweise erfolgt der Druckaufbau wegen eines erkannten Eindrehens in einer Druckaufbaurampe, deren Steigung nach Maßgabe des Gradienten der Regelabweichung gewählt wird (d.h. bei schnellen Änderungen der Regelabweichung erfolgt ein schnellerer Druckaufbau). Besonders zweckmäßig ist es, wenn ein fester Startwert für die Druckaufbaurampe gewählt wird, insbesondere 5bar, und wenn der Druck von einer Loop auf die nächste um einen festen Betrag erhöht wird, der insbesondere zwischen 1 und 20 bar liegt.
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Es ist vorteilhaft, wenn der Druckabbau bei Beendigung des Bremseingriffs mit einer Rampe erfolgt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Steigung der Druckabbaurampe nach Maßgabe des Gradienten der Regelabweichung bestimmt wird, in Analogie zur Druckaufbaurampe.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgen Stabilisierungsmaßnahmen dann, wenn eine oder mehrere, insbesondere alle der vorliegenden Bedingungen erfüllt sind:
- • Eine Kurvenfahrt liegt vor (dies kann aus der Fahrsituationserkennung des Fahrdynamikregelsystems und/oder einem abgeschätzten Kurvenradius erkannt werden)
- • Der Betrag bzw. Absolutwert der Lenkwinkelgeschwindigkeit ist kleiner als ein Lenkschwellenwert, vorzugsweise 150°/s
- • Die Fahrzeuggeschwindigkeit liegt oberhalb eines Schwellenwerts, insbesondere 140 km/h
- • Die Tendenz zu einem Übersteuern oder ein Übersteuerverhalten wird erkannt
- • Der Betrag bzw. Absolutwert der Querbeschleunigung überschreitet einen Schwellwert, insbesondere 8 m/s2
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Schwellen der Fahrdynamikregelung, insbesondere eines SESP, angepasst, um dieses sensibler zu schalten. Ganz besonders bevorzugt findet ein fahrerunabhängiger Bremseingriff an dem kurvenäußeren Vorderrad statt.
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Zweckmäßigerweise wird der Druckaufbau an der Vorderachse bzw. die Verteilung des aufzubringenden Bremsmoments zwischen Vorder- und Hinterachse in Abhängigkeit von dem ermittelten Reibwert gewählt.
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Es ist vorteilhaft, wenn eine Eintrittsverzögerungszeit einer Giermomentenregelung angepasst wird, insbesondere auf 40 ms gesetzt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erkennt ein eindrehendes Fahrverhalten schneller und reagiert früher und sanfter darauf, als dies die bisherige ESP/SESP-Regelung kann. Dies gilt besonders, wenn das Fahrzeug zuerst untersteuert und dann daraus in eine Übersteuersituation übergeht.
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2 zeigt einen beispielgemäßen Verlauf der Regelabweichung ∆Ψ . über der Zeit t. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren folgt das Fahrzeug der Kurve 200, untersteuert also zunächst (die Regelabweichung ist kleiner als 0). Wenn eine Eindrehtendenz für eine vorgegebene Zeitdauer Δ vorliegt, so erfolgen Stabilisierungsmaßnahmen. Durch einen sanften Bremseingriff zum Zeitpunkt t0 wird ein Übersteuern des Fahrzeugs verhindert und der gewünschte Sollkurs beibehalten (Regelabweichung nahezu 0). Ohne das erfindungsgemäße Verfahren würde das Fahrzeug der Kurve 201 folgen, d.h. das anfangs untersteuernde Anfangsverhalten würde in ein Übersteuern wechseln. Die Aktivierungsschwellen einer Fahrdynamikregelung nach dem Stand der Technik sind durch gestrichelte Linien angedeutet: Wenn die Regelabweichung den Schwellenwert thunten unterschreitet, so erfolgt ein Untersteuereingriff, d.h. ein Abbremsen des kurveninneren Hinterrads. Sobald die Regelabweichung größer als thoben ist, so erfolgt ein Übersteuereingriff, d.h. ein Abbremsen des kurvenäußeren Vorderrads. Nach dem Stand der Technik würde als ein stabilisierender Eingriff später erfolgen, d.h. trotz eines stärkeren und unkomfortableren Bremseingriffs wird die gewünschte Bahnkurve nicht erreicht.
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Insbesondere kann das Fahrverhalten des Fahrzeugs in folgenden Situationen verbessert werden:
- • Während einer Kurvenfahrt verhält sich das Fahrzeug zuerst untersteuernd und dreht dann langsam ein (übersteuernd).
- • Während einer Kurvenfahrt nahe VGrenz dreht sich das Fahrzeug aus einer stabilen Fahrsituation heraus plötzlich ohne Vorankündigung stark ein.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in einem sichereren Fahrverhalten und einem klaren Komfortgewinn durch eine verbesserte Regelgüte der ESP/SESP-Regelung. Wenn ein Fahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Fahrdynamikregelsystem ausgestattet ist, kann auf eine Änderung des Fahrwerks verzichtet werden, die die Agilität des Fahrzeugs zwecks Erhöhung der Sicherheit verringert. Mit anderen Worten: Das erfindungsgemäße Verfahren kann eine übersteuernde Fahrwerksabstimmung in gewissen Grenzen ausgleichen und ermöglicht daher den Bau von Fahrzeugen, welche auf Fahrervorgaben schneller reagieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2005/042321 A1 [0004, 0025]
