DE102015000931A1

DE102015000931A1 - Verfahren zur Bestimmung einer Referenzgeschwindigkeit für ein Fahrzeug mit mindestens zwei Rädern sowie eine Steuereinrichtung und eine Bremsvorrichtung

Info

Publication number: DE102015000931A1
Application number: DE102015000931.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Bernhard
Original assignee: Elektronische Fahrwerksysteme GmbH
Current assignee: E:FS TECHHUB GMBH, DE
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2015-01-28
Publication date: 2016-07-28
Anticipated expiration: 2035-01-29
Also published as: DE102015000931B4

Abstract

Verfahren zur Bestimmung einer Referenzgeschwindigkeit für ein Fahrzeug mit mindestens zwei Rädern als Schätzwert an die tatsächliche Geschwindigkeit zur Bestimmung eines Radschlupfes in einer fahrdynamischen Regelsituation, welches Fahrzeug einen Längsbeschleunigungssensor zur Bestimmung einer Längsbeschleunigung in Längsrichtung bei einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs und an jedem der mindestens zwei Räder einen Raddrehzahlsensor zur Bestimmung einer Radgeschwindigkeit umfasst, mit den folgenden Schritten: a) Kontinuierliches Ermitteln der Radgeschwindigkeit vrad1/2 an den mindestens zwei Rädern und Vergleichen der jeweiligen Radbeschleunigung arad1/2 mit einem vorgegebenen Schwellwert S1, wobei das jeweilige Rad beim Überschreiten des Schwellwerts S1 blockiert, und wobei bei zumindest einem blockierenden Rad das Verfahren mit Schritt b) fortgesetzt wird; b) Ermitteln der Längsbeschleunigung a des Fahrzeugs; c) Ermitteln eines Schätzwerts x = [vref, Δa]; und d) Korrigieren des Schätzwerts x = [vref, Δa] mit einem Messwert für die Radgeschwindigkeit des blockierenden Rads vrad/1, wenn eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: aa) der Schätzwert vref ist kleiner als die gemessene Radgeschwindigkeit vrad/1 des blockierenden Rads; bb) Fahrzeugstillstand oder arad/1 > S2 oder vrad/1 lokales Maximum; oder Korrigieren des Schätzwerts x = [vref, Δa] mit einem Messwert für die Radgeschwindigkeit des mindestens einen weiteren Rads vrad/2, wenn dessen Radschlupf zwischen 0 und einem weiteren vorgegebenen Schwellwert für den Radschlupf S3 liegt, oberhalb dessen das Rad blockiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Referenzgeschwindigkeit für ein Fahrzeug mit mindestens zwei Rädern sowie eine Steuereinrichtung und eine Bremsvorrichtung zur Anwendung des Verfahrens.
Die Erfindung liegt im technischen Gebiet von fahrdynamischen Regelsystemen zur Verwendung in Fahrzeugen. Die Fahrdynamik von Fahrzeugen wird dabei in kritischen Situationen, wie während des Bremsens und Beschleunigens, aktiv beeinflusst. Zum Beispiel in einer instabilen Fahrsituation, bei der Bremskräfte auf die Räder eines Fahrzeugs wirken und die Räder blockieren, kann die Bremse aktiv gelöst werden. Das „Blockieren” der Räder ist üblicherweise durch einen Bremsschlupf größer 0,1 gekennzeichnet. Derartige Systeme sind in vierrädrigen und zweirädrigen Fahrzeugen einsetzbar, insbesondere Autos, Motorräder, Pedelecs, E-Bikes, etc.
Bei Autos ist heute serienmäßig der Einsatz verschiedener Steuer- und Regelprogramme vorgesehen, die in brenzligen Situationen den Fahrer unterstützen, beispielsweise bei starken Bremsvorgängen (Antiblockiersystem – ABS), bei Schleudervorgängen (elektronische Stabilitätskontrolle – ESC), beim Anfahren auf rutschigen Straßen (Antischlupfregelung – ASR) oder bei sonstigen Situationen, in denen das Fahrzeug instabil zu werden droht.
Beispielsweise kann beim Bremsen eines Autos ein Antiblockiersystem zur Steuerung der Bremskraft während des Bremsvorgangs aktiviert werden, falls das Auto instabil wird. Im Ergebnis wird dabei die mittels Bremse auf die Räder des Autos ausgeübte Kraft derart geregelt, dass der Fahrer während des Bremsvorgangs besser das Fahrzeug lenken kann. In der umgekehrten Fahrsituation kommt beim Beschleunigen des Fahrzeugs eine ASR (Antischlupfregelung) zur Erhöhung der Traktion zum Einsatz, indem die auf den Antriebsstrang ausgeübte Antriebskraft geregelt wird.
Um instabile Fahrzeugzustände zu erkennen, wird der Radschlupf an den einzelnen Rädern gemessen. Allgemein wird als Schlupf die Abweichung der Geschwindigkeit miteinander in Reibkontakt stehender Teile bezeichnet. Das Rad eines Fahrzeugs steht mit dem Straßenbelag in Reibkontakt. Der Radschlupf S bestimmt sich durch die tatsächlich zurückgelegte Strecke pro Radumdrehung und dem tatsächlichen Radumfang und kann als Verhältnis der tatsächlichen Radgeschwindigkeit eines Rades zu der hypothetischen Referenzradgeschwindigkeit eines (ohne Schlupf auf dem Straßenbelag) mitlaufenden Rades, auf das keine Antriebs- oder Bremskräfte wirken, wie folgt angegeben werden
wobei

ν_rad: die tatsächliche Radgeschwindigkeit; und
ν_ref: die Referenzradgeschwindigkeit.

Das Vorzeichen für den Schlupf nach dieser Definition ist negativ für einen Antriebsschlupf und positiv für einen Bremsschlupf. Zum Beispiel beim Bremsen werden Bremskräfte auf die Räder übertragen und es erhöht sich der Schlupfwert S.
Ein mit ABS ausgerüstetes Bremssystem in einem Kraftfahrzeug umfasst üblicherweise eine zentrale elektronische Steuereinheit, Radgeschwindigkeitssensoren (z. B. entlang der Bremsscheiben angeordnete induktive Sensoren, die unter Ausnutzung des Hall-Effekts bei einer gelochten Bremsscheibe die Radumdrehungen pro Zeit ermitteln) und Ventile zur Steuerung des Drucks der Hydraulikflüssigkeit innerhalb der Bremshydraulik. Im Betrieb überwacht die Steuereinheit die Radgeschwindigkeit der Räder und sobald für eines der Räder eine im Vergleich deutlich reduzierte Radgeschwindigkeit gemessen wird, steuert die Steuereinheit das entsprechende Hydraulikventil zur Verringerung des Bremsdrucks an dem verlangsamten Rad an.
Auch zweirädrige Fahrzeuge können mit Antiblockiersystem ausgerüstet werden. Dort wird am Vorderrad und Hinterrad die Radgeschwindigkeit gemessen und der Bremsdruck wird an dem entsprechenden Rad gemindert, dessen Radgeschwindigkeit während des Bremsens im Vergleich der des anderen Rads unverhältnismäßig sinkt. Die veröffentlichte PCT-Anmeldung WO 2012 004 029 A1 offenbart insbesondere für zweirädrige Fahrzeuge den Nachteil, dass die Referenzgeschwindigkeit im Allgemeinen nicht ausschließlich durch die Radgeschwindigkeit des jeweils anderen Rades bestimmt werden kann, da dieses ebenfalls Radschlupf aufweisen kann und somit nicht der hypothetischen Radgeschwindigkeit eines (ohne Schlupf auf dem Straßenbelag) mitlaufenden Rades, auf welches keine Antriebs- oder Bremskräfte wirken, entspricht.
Das lässt sich auch auf Fahrräder, die mit der Kombination aus Muskel- und Elektromotor angetrieben werden, übertragen. Solche Räder finden unter der Bezeichnung E-Bike oder Pedelec zunehmend Verbreitung im Straßenverkehr. Die Elektrifizierung des Fahrrads ermöglicht auch den Einsatz elektronischer Regelsysteme, wie dem Antiblockiersystem (ABS) auf mit hydraulischen Bremsen ausgestattete Fahrräder zu übertragen. Dies ist insbesondere vorteilhaft als aufgrund des größeren Gewichts und der höheren Geschwindigkeit solcher Fahrzeuge die Anforderungen an die Fahrstabilität steigen, insbesondere in kritischen Fahrsituationen, z. B. bei einem blockierenden Rad.
Aus der veröffentlichten, deutschen Patentanmeldung DE 10 2013 217 254 A1 ist zum Beispiel ein Bremssystem bekannt, dessen Energiequelle die für den Antrieb eines Pedelecs vorgesehene Batterie ist. Darin wird im technischen Schwerpunkt auf einen Linearaktuator abgestellt, mit dem der Bremsdruck durch eine Volumenänderung im Hydraulikbremssystem während eines ABS-Regelvorgangs geändert wird.
Die veröffentlichte, deutsche Patentanmeldung DE 10 2011 003 298 A1 betrifft ein Verfahren zur Erkennung und Korrektur einer Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit. Mit Hilfe dieses Verfahrens ist der Radschlupf auch bei Allradfahrzeugen bestimmbar, bei denen es nicht möglich ist die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit an einem nichtangetriebenen Rad zu messen. Dazu wird der zeitliche Verlauf der Differenz der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs und der Radbeschleunigung überprüft. Der Wert für die Längsbeschleunigung wird mit einem statischen Korrekturoffset und einem dynamischen Korrekturoffset korrigiert. Der dynamische Korrekturoffset ändert sich je nach fahrdynamischer Situation, z. B. wenn sich in Abhängigkeit der befahrenen Steigung die Komponente der Schwerkraft in Bewegungsrichtung ändert, und damit deren Einfluss auf die gemessene Längsbeschleunigung. Der Korrekturoffsetwert ist in einem Beispiel aus der zweifach gefilterten Längsbeschleunigung und den gemittelten Radbeschleunigungen bestimmt. Die Differenz dieser korrigierten Längsbeschleunigung und der Radbeschleunigung wird geprüft und für den Fall, dass diese einen vorbestimmten Wert übersteigt, können Maßnahmen zur Stabilisierung des Fahrzeugs eingeleitet werden.
Nachteilig daran ist, dass die reine Integration des fehleranfälligen Längsbeschleunigungssignals zu einem Divergieren des ermittelten Werts für die Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit führen kann. Sobald die geschätzte Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit von der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit signifikant abweicht (Abseilen), lässt sich dann der Radschlupf nicht mehr sinnvoll bestimmen.
Bekannte Verfahren haben ferner den Nachteil, dass die Korrektur des Längsbeschleunigungssignals nur vor dem Einleiten des eigentlichen Regelvorgangs zur Stabilisierung des Fahrzeugs erfolgt, z. B. ist eine Korrektur während eines ABS-Regelvorgangs unbekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb ein Verfahren zur Bestimmung einer Referenzgeschwindigkeit für ein Fahrzeug mit mindestens zwei Rädern als Schätzwert an die tatsächliche Geschwindigkeit zur Bestimmung eines Radschlupfs in einer fahrdynamischen Regelsituation vorzuschlagen, mit dem die im Stand der Technik genannten Nachteile überwunden werden. Dieses Verfahren soll insbesondere in Steuereinheiten von Bremseinrichtungen Anwendung finden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Referenzgeschwindigkeit sowie einer Steuereinheit und einem Bremssystem mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Referenzgeschwindigkeit für ein Fahrzeug mit mindestens zwei Rädern als Schätzwert an die tatsächliche Geschwindigkeit zur Bestimmung eines Radschlupfs in einer fahrdynamischen Regelsituation. Das Fahrzeug umfasst dafür einen Längsbeschleunigungssensor zur Bestimmung einer Längsbeschleunigung in Längsrichtung bei einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs und an jedem der mindestens zwei Räder einen Raddrehzahlsensor zur Bestimmung einer Radgeschwindigkeit.
Zunächst werden die Radgeschwindigkeiten v_rad1/2 an den mindestens zwei Rädern kontinuierlich ermittelt und die jeweiligen Radbeschleunigungen a_rad1/2 mit einem vorgegebenen Schwellwert S₁ verglichen, wobei das jeweilige Rad beim Unterschreiten (das Unterschreiten ergibt sich aus der negativen Definition für die Beschleunigung) des Schwellwerts blockiert, und wobei bei zumindest einem blockierenden Rad das Verfahren mit dem nächsten Schritt fortgesetzt wird.
Dann wird die Längsbeschleunigung a des Fahrzeugs ermittelt.
Dann wird ein Schätzwert x = [v_ref, Δa] aufgrund der ermittelten Längsbeschleunigung ermittelt.
Dann wird der Schätzwert x = [v_ref, Δa] mit einem Messwert für die Radgeschwindigkeit des blockierenden Rads v_rad/1 korrigiert, wenn eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:

aa) der Schätzwert v_ref ist kleiner als die gemessene Radgeschwindigkeit v_rad/1 des blockierenden Rads;
bb) Fahrzeugstillstand oder a_rad/1 > S₂ oder v_rad/1 lokales Maximum; (Beim Überschreiten der Beschleunigung über den Schwellwert S₂ ist das Rad so stark wieder angelaufen, dass dessen Geschwindigkeit nahe der Fahrzeuggeschwindigkeit ist; derartige Beschleunigungen liegen im Bereich von S₂ = 40 m/s² bis 80 m/s²) oder

Dann wird der Schätzwert x = [v_ref, Δa] mit einem Messwert für die Radgeschwindigkeit des mindestens einen weiteren Rads v_rad/2, wenn dessen Radschlupf zwischen 0 und einem weiteren vorgegebenen Schwellwert für den Radschlupf S₃ liegt. Der Radschlupf dafür ist bevorzugt zwischen 0,1 und 0,2.
Das vorgeschlagene Verfahren führt keine reine Integration des fehleranfälligen Längsbeschleunigungssignals aus, sondern korrigiert den integrierten Wert für die Fahrzeuggeschwindigkeit und zwar zu Zeitpunkten, wenn der Messwert der zur Korrektur verwendeten Radgeschwindigkeit sinnvoll ist. Damit wird vermieden, dass die geschätzte Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit von der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit signifikant abweicht. Die Korrektur des Schätzwertes findet während des Regelvorgangs zur Stabilisierung des Fahrzeugs statt und zwar jedes Mal, nachdem die Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit mittels des Längsbeschleunigungssignals a priori geschätzt wird. Der mit dem Verfahren ermittelte Radschlupf kann in allen denkbaren Verfahren zur Stabilisierung eines Fahrzeugs eingesetzt werden, in denen die Stabilität anhand des Radschlupfs beurteilt wird.
Bevorzugt wird die Radbeschleunigung a_rad1/2 mit dem vorgegebenen Schwellwert S₁ = –9 m/s² verglichen. Dieser Wert ist aber nicht allgemein gültig, da der Wert von der Reibung Rad(Reifen)/Straße abhängt. Der Schwellwert kann daher für alle Situationen gleich sein oder verschiedene Werte haben.
Gemäß einem Aspekt wird der Schätzwert x = [v_ref, Δa] durch Integration der beiden Gleichungen ν ._ref = a – Δa + sinθ·g und Δα .. = 0 ermittelt, mit

v_ref: Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit;
a: Wert des Längsbeschleunigungssensors;
Δa: der Sensoroffset des Längsbeschleunigungssensors;
θ: der Nickwinkel des Fahrzeugs; und
g: die Erdbeschleunigung.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt wird der korrigierte Schätzwert aus dem Schätzwert aus den oben genannten Gleichungen und dem unter den Bedingungen ermittelten Messwert für die jeweilige Radgeschwindigkeit gebildet.
Besonders bevorzugt ist der korrigierte Schätzwert ein Mittelwert aus dem Schätzwert aus den oben genannten Gleichungen und dem unter den Bedingungen ermittelten Messwert für die jeweilige Radgeschwindigkeit. Sowohl die Längsbeschleunigung als auch der Messwert können entsprechend gewichtet werden, zum Beispiel anhand ihrer Fehlerkovarianz.
Bevorzugt hat der Startwert für den Beschleunigungsoffset Δa den Wert 0 oder einen vorangehend gespeicherten Wert. Der vorangehend gespeicherte Wert kann aus einem vorherigen Regelungsablauf gespeichert sein.
Ferner ist bevorzugt, dass der Startwert der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v_ref die Radgeschwindigkeit v_rad1/2 vor dem Blockieren ist. Dazu wird einfach die jeweilige Radgeschwindigkeit v_rad1/2 mitgeschrieben und der Wert im letzten Zeitschritt vor dem Blockieren als Wert gesetzt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuereinheit für eine Vorrichtung zur Stabilisierung eines Fahrzeugs mit mindestens zwei Rädern und mit einem Radgeschwindigkeitssensor an jedem der mindestens zwei Räder. Die Steuereinheit umfasst eine Recheneinheit zur Ermittlung des Radschlupfs aufgrund einer Referenzgeschwindigkeit, die unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens zur Bestimmung einer Referenzgeschwindigkeit bestimmt wird. Außerdem erzeugt die Steuereinheit ein Steuersignal in Abhängigkeit des ermittelten Radschlupfs. Zum Beispiel kann das Steuersignal das Lösen der Bremse bewirken, wenn ein Rad während des Bremsens blockiert.
Die Erfindung betrifft ferner eine Bremsvorrichtung zur Stabilisierung eines beim Bremsen instabilen Fahrzeugs mit mindestens zwei Rädern. Die Bremsvorrichtung umfasst eine Bremse, einen Radgeschwindigkeitssensor an jedem der mindestens zwei Räder und eine Steuereinheit; wie oben beschrieben ist die Steuereinheit derart ausgelegt ist, dass in Abhängigkeit des Radschlupfs ein Bremssignal erzeugt wird, aufgrund dessen die Bremse die auf die mindestens eines der zwei Räder übertragene Bremskraft ändert.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt ist die Steuereinheit derart ausgelegt, dass in Abhängigkeit des Radschlupfs ein Bremssignal erzeugt wird, aufgrund dessen die Bremse die auf die mindestens eines der zwei Räder übertragene Bremskraft erniedrigt.
Gemäß einem alternativen Aspekt der Bremsvorrichtung ist die Steuereinheit derart ausgelegt, dass in Abhängigkeit des ermittelten Radschlupfs, ein Bremssignal erzeugt wird, aufgrund dessen die Bremse die auf die mindestens zwei Räder übertragene Bremskraft erhöht.
Gemäß einem alternativen Aspekt ist die Steuereinheit derart ausgelegt, dass in Abhängigkeit des ermittelten Radschlupfs, ein Bremssignal erzeugt wird, aufgrund dessen die Bremse die auf die mindestens zwei Räder übertragene Bremskraft abwechselnd erniedrigt und erhöht.
Außerdem kann die Bremsvorrichtung mindestens drei Drehratensensoren (einen für jede Raumachse x, y, z) zur Bestimmung des Nickwinkels umfassen. Damit kann bei einem einspurigen Fahrzeug die Gefahr eines Überschlags erkannt werden.
Ferner umfasst die Bremsvorrichtung mindestens ein Display zur Darstellung der Stromversorgung oder eines Fehlers der Steuereinheit. So lässt sich ein Ausfall des Bremssystems anzeigen.
Zudem kann die Bremsvorrichtung ein Bremslicht zur Anzeige einer aktiven Steuereinheit umfassen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wobei
1 ein Blockdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung einer Referenzgeschwindigkeit für ein Fahrzeug; und
2 ein Fahrrad mit einer Bremsvorrichtung zur Stabilisierung des Fahrrads beim Bremsen.
Das in 1 dargestellte Verfahren zur Bestimmung einer Referenzgeschwindigkeit für ein Fahrzeug ist in einer ABS-Regelsituation eines zweirädrigen Fahrzeugs (E-Bike, Pedelec, Motorrad, etc.) angewendet. Der Radschlupf wird an Vorder- und Hinterrad gemessen, um instabile Fahrzeugzustände (Blockieren des gebremsten Rads) zu erkennen und in diesem Fall den ABS-Regelvorgang einzuleiten. Der Radschlupf ergibt sich wie im einleitenden Teil erläutert aus einer tatsächlichen Radgeschwindigkeit und der Referenzgeschwindigkeit (Referenzradgeschwindigkeit), die gemäß dem vorliegenden Verfahren geschätzt wird. Die Schätzung erfolgt in an sich bekannter Weise durch Integration eines von einem Beschleunigungssensor ermittelten Beschleunigungswerts. Mit dem Verfahren wird ein Divergieren dieses geschätzten Werts für die Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit verhindert, was bei der reinen Integration des fehleranfälligen Längsbeschleunigungssignals sehr wahrscheinlich ist.
Es wird vorgeschlagen zunächst einen Schätzwert zu bilden, der während des ABS-Regelvorgangs korrigiert wird und zwar zu Zeitpunkten, wenn das jeweilige Rad, dessen Radgeschwindigkeit zur Korrektur verwendet wird, einen brauchbaren Korrekturwert liefert.
Das Verfahren zur Bestimmung einer Referenzgeschwindigkeit umfasst ein kontinuierliches Ermitteln der Radgeschwindigkeit v_rad/v/h an Vorder- und Hinterrad (31). Im vorliegenden Beispiel blockiert das Vorderrad, wenn die Radbeschleunigung a_rad/v mit einem vorgegebenen Schwellwert S₁ unterschreitet (die Bremsbeschleunigung hat vorliegend ein negatives Vorzeichen). Der Schwellwert hängt vom Reibwert des Rads auf der Straßenoberfläche ab und ist so gewählt, dass ab diesem Schwellwert das Rad blockiert. Sobald der Beschleunigungswert den Schwellwert unterschreitet oder wenn bereits ein ABS-Eingriff vorliegt, wird das Verfahren zur Bestimmung der Referenzgeschwindigkeit im nächsten Schritt (32) fortgesetzt. Vorliegend unterschreitet der Wert für die Radbeschleunigung a_rad/v den Schwellwert –9 m/s².
In diesem Schritt (32) wird der Wert für die Längsbeschleunigung a des Fahrzeugs aus dem Sensor ausgelesen und ein Schätzwert x = [v_ref, Δa] durch Lösung der beiden Gleichungen ν ._ref = a – Δa + sinθ·g und Δα . = 0 ermittelt. Dabei ist a Wert des Längsbeschleunigungssensors, Δa der Sensoroffset des Längsbeschleunigungssensors (z. B. statischer Fehler aufgrund der Bauweise), θ der Nickwinkel des Fahrzeugs und g die Erdbeschleunigung. Der Wert für den Beschleunigungsoffset Δa ist zu Beginn 0. Der Startwert der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v_ref ist die Radgeschwindigkeit v_rad/h vor dem Blockieren.
Nun werden die folgenden drei Bedingungen geprüft. Liegt eine der ersten beiden Bedingungen vor, wird der Schätzwert durch den Messwert für die Radgeschwindigkeit am Vorderrad v_rad/v korrigiert. Liegt die dritte Bedingung vor, wird der Schätzwert durch den Messwert für die Radgeschwindigkeit v_rad/h am Hinterrad korrigiert.
(331) Bedingung 1: Der Schätzwert v_ref ist kleiner als die gemessene Radgeschwindigkeit v_rad/1 des blockierenden Rads.
Liegt der Schätzwert unter dem Wert der gemessenen Vorderradgeschwindigkeit, so kann der Schätzwert mit diesem Wert korrigiert werden. Vorher kann das Messrauschen R = r dieses Messwertes bestimmt werden, um den a priori Schätzwert und den Messwert entsprechend zu gewichten.
(332) Bedingung 2: Es liegt ein Fahrzeugstillstand vor oder die Vorderradbeschleunigung liegt oberhalb eines Schwellwerts (a_rad/1 > S₂). Der Schwellwert ist hier ein großer positiver (40–80 m/s²) Schwellwert, der beim „Wiederanlaufen” des Rads auftritt. Außerdem kann die Vorderradgeschwindigkeit ein lokales Maximum haben (v_rad/v lokales Maximum), d. h. das Vorderrad ist wiederangelaufen.
Aufgrund dieser Bedingung kann von einem nicht oder zu vernachlässigend blockierenden Vorderrad ausgegangen werden oder im Fall eines stehenden Fahrzeugs sicher ein Stillstand erkannt werden. Das Messrauschen R = r2 ist in diesem Fall grösser als das Messrauschen r1, welches bei der Bedingung 1 auftritt.
(334) Bedingung 3: Der Radschlupf des Hinterrads (mit der Geschwindigkeit v_rad/h) liegt zwischen 0 und einem weiteren vorgegebenen Schwellwert für den Radschlupf S₃ liegt, oberhalb dessen das Rad blockiert (z. B. S₃ = 0,1...0,2).
Damit wird sichergestellt, dass kein Blockieren vorliegt. Beim einspurigen Fahrzeug muss außerdem sichergestellt sein, dass keine ABS-Regelsituation vorliegt und das Hinterrad nicht abgehoben ist (Drehratensensor).
Liegt kein Blockieren und somit keine ABS-Regelung des Hinterrades vor, so kann die Radgeschwindigkeit des Hinterrades als Messwert verwendet werden. Bedingung hierfür ist, dass kein Abheben des Hinterrades vorliegen darf, da sonst das Hinterrad frei läuft und somit nicht mit der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit übereinstimmt. Um zu verifizieren, dass kein Abheben des Hinterrades vorliegt, muss ein Bremsdruck am Hinterrad anliegen. Würde das Hinterrad freilaufend in der Luft und gleichzeitig gebremst sein, würde sich umgehend eine ABS-Regelsituation ergeben und das Hinterrad blockieren, ohne erneut positiv anzulaufen. Andernfalls kann davon ausgegangen werden, dass das Rad ohne Blockieren am Boden verzögert wird und somit mit der Fahrzeuggeschwindigkeit übereinstimmt. Das Messrauschen r3 wird entsprechend der Systemeigenschaften gewählt.
Ist keine der Bedingungen 1–3 erfüllt, wird der Schritt (31) ausgeführt ohne Korrektur des Schätzwerts. Ist eine der Bedingungen erfüllt, wird der Schätzwert im folgenden Schritt (34) entsprechend korrigiert.
Der entsprechend dem Verfahren ermittelte korrigierte oder nicht korrigierte Schätzwert für die Referenzgeschwindigkeit dient der Beurteilung des Radschlupfs im ABS-Regelvorgang, d. h. sobald der Radschlupf oberhalb eines Schwellwerts liegt, wird von einem instabilen Fahrzeug ausgegangen (blockierendes Rad) und sobald der Radschlupf unterhalb eines bestimmten Werts liegt, wird von einem stabilen Fahrzeug ausgegangen.
Das oben beschriebene Verfahren zur Bestimmung einer Referenzgeschwindigkeit für ein einspuriges Fahrzeug kann in einer ABS-Regelsituation bei einem wie in 2 schematisch dargestellten E-Bike angewendet werden. Das E-Bike hat einen Rahmen 11 und eine Gabel 12, an denen jeweils ein Vorderrad 13 und ein Hinterrad 14 befestigt sind. An dem Rahmen 11 ist ferner eine Batterieeinheit 15 vorgesehen, die ein in der Nabe des Hinterrads 14 vorgesehenen Elektromotor (ein Nabenmotor ist nicht gezeigt) mit Strom versorgt.
Das Bremssystem umfasst eine Vorderradbremse 21 und eine Hinterradbremse 22, deren Bremskraft hydraulisch durch das Steuergerät 23 änderbar ist, insbesondere erniedrigt werden kann. Am Vorderrad 13 ist ein erster Raddrehzahlmesser 24 und am Hinterrad 14 ein zweiter Drehzahlmesser 24 angeordnet, die über die Drehzahl der Räder 13, 14 deren Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung ermitteln. Weiter ist ein Steuergerät 23 mit Mikroprozessor (nicht gezeigt) verbaut, mittels dessen die ABS-Regelung sowie das geschilderte Verfahren berechnet werden. Im vorliegenden Beispiel befindet sich auf dem Steuergerät ein Sensorcluster bestehend aus drei Beschleunigungssensoren zur Bestimmung (und Mittelung) der Fahrzeugbeschleunigung und drei Drehratensensoren zur Bestimmung (und Mittelung) des Nickwinkels. Mit dem Nickwinkel kann der Längsbeschleunigungssensor um den Störeinfluss der Erdschwerebeschieunigung g kompensiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012004029 A1 [0008]
DE 102013217254 A1 [0010]
DE 102011003298 A1 [0011]

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Referenzgeschwindigkeit für ein Fahrzeug mit mindestens zwei Rädern als Schätzwert an die tatsächliche Geschwindigkeit zur Bestimmung eines Radschlupfes in einer fahrdynamischen Regelsituation, welches Fahrzeug einen Längsbeschleunigungssensor zur Bestimmung einer Längsbeschleunigung in Längsrichtung bei einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs und an jedem der mindestens zwei Räder einen Raddrehzahlsensor zur Bestimmung einer Radgeschwindigkeit umfasst, mit den folgenden Schritten: a) Kontinuierliches Ermitteln der Radgeschwindigkeit v_rad1/2 an den mindestens zwei Rädern und Vergleichen der jeweiligen Radbeschleunigung a_rad1/2 mit einem vorgegebenen Schwellwert S₁, wobei das jeweilige Rad beim Überschreiten des Schwellwerts S₁ blockiert, und wobei bei zumindest einem blockierenden Rad das Verfahren mit Schritt b) fortgesetzt wird; b) Ermitteln der Längsbeschleunigung a des Fahrzeugs; c) Ermitteln eines Schätzwerts x = [v_ref, Δa]; und d) Korrigieren des Schätzwerts x = [v_ref, Δa] mit einem Messwert für die Radgeschwindigkeit des blockierenden Rads v_rad/1, wenn eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: aa) der Schätzwert v_ref ist kleiner als die gemessene Radgeschwindigkeit V_rad/1 des blockierenden Rads; bb) Fahrzeugstillstand oder a_rad/1 > S₂ oder v_rad/1 lokales Maximum; oder Korrigieren des Schätzwerts x = [v_ref, Δa] mit einem Messwert für die Radgeschwindigkeit des mindestens einen weiteren Rads v_rad/2, wenn dessen Radschlupf zwischen 0 und einem weiteren vorgegebenen Schwellwert für den Radschlupf S₃ liegt, oberhalb dessen das Rad blockiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schwellwert S₁ = –9 m/s², der Schwellwert S₂ = 40 m/s² und der Schwellwert S₃ = 0,2 ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in Schritt c) der Schätzwert x = [v_ref, Δa] durch Integration der beiden Gleichungen v ._ref = a – Δa + sinθ·g und Δa . = 0 ermittelt wird; mit v_ref Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit; a Wert des Längsbeschleunigungssensors; Δa der Sensoroffset des Längsbeschleunigungssensors; θ der Nickwinkel des Fahrzeugs; und g die Erdbeschleunigung.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im Schritt d) der korrigierte Schätzwert aus dem Schätzwert von Schritt c) und dem unter den Bedingungen ermittelten Messwert für die jeweilige Radgeschwindigkeit gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der korrigierte Schätzwert ein Mittelwert aus dem Schätzwert von Schritt c) und dem unter den Bedingungen ermittelten Messwert für die jeweilige Radgeschwindigkeit ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Startwert für den Beschleunigungsoffset Δa den Wert 0 oder einen vorangehend gespeicherten Wert hat.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Startwert der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v_ref die Radgeschwindigkeit v_rad1/2 vor dem Blockieren ist.
Steuereinheit für eine Vorrichtung zur Stabilisierung eines Fahrzeugs mit mindestens zwei Rädern, mit einem Radgeschwindigkeitssensor an jedem der mindestens zwei Räder und einer Recheneinheit zur Ermittlung des Radschlupfs aufgrund einer Referenzgeschwindigkeit, die unter Verwendung des Verfahrens zur Bestimmung einer Referenzgeschwindigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bestimmt wird, und welche Steuereinheit ein Steuersignal in Abhängigkeit des ermittelten Radschlupfs erzeugt.
Bremsvorrichtung zur Stabilisierung eines beim Bremsen instabilen Fahrzeugs mit mindestens zwei Rädern, welche Bremsvorrichtung eine Bremse, einen Radgeschwindigkeitssensor an jedem der mindestens zwei Räder und eine Steuereinheit gemäß Anspruch 8 umfasst, wobei die Steuereinheit derart ausgelegt ist, dass in Abhängigkeit des Radschlupfs ein Bremssignal erzeugt wird, aufgrund dessen die Bremse die auf die mindestens eines der zwei Räder übertragene Bremskraft ändert.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit derart ausgelegt ist, dass in Abhängigkeit des Radschlupfs ein Bremssignal erzeugt wird, aufgrund dessen die Bremse die auf die mindestens eines der zwei Räder übertragene Bremskraft erniedrigt.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit derart ausgelegt ist, dass in Abhängigkeit des ermittelten Radschlupfs, ein Bremssignal erzeugt wird, aufgrund dessen die Bremse die auf die mindestens zwei Räder übertragene Bremskraft erhöht.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit derart ausgelegt ist, dass in Abhängigkeit des ermittelten Radschlupfs, ein Bremssignal erzeugt wird, aufgrund dessen die Bremse die auf die mindestens zwei Räder übertragene Bremskraft nacheinander erniedrigt und erhöht.
Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, die ferner mindestens drei Drehratensensoren zur Bestimmung des Nickwinkels umfasst.
Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, die ferner mindestens ein Display zur Darstellung der Stromversorgung oder eines Fehlers der Steuereinheit umfasst.
Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, die ferner ein Bremslicht zur Anzeige einer aktiven Steuereinheit umfasst.