DE102022115515A1

DE102022115515A1 - Regelsystem für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zur Erzeugung von einem radspezifischen Moment

Info

Publication number: DE102022115515A1
Application number: DE102022115515.3A
Authority: DE
Inventors: Elias REICHENSDOERFER; Marc Espenhain; Thomas Baer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-06-22
Filing date: 2022-06-22
Publication date: 2023-12-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Regelsystem (10) für ein Kraftfahrzeug zur Erzeugung von einem radspezifischen Moment. Das Regelsystem (10) weist ein Drehzahlregler-Modul (16) sowie wenigstens ein Extremwertregler-Modul (14) auf. Das Extremwertregler-Modul (14) weist eine erste Eingangsschnittstelle (24) auf, über die das Extremwertregler-Modul (14) einen Wert einer vorgegebenen Vorsteuerungs-Soll-Drehzahl als eine erste Eingangsgröße erhält. Das Extremwertregler-Modul (14) weist eine Ausgangsschnittstelle (28) auf, über die das Extremwertregler-Modul (14) einen Wert einer Soll-Drehzahl an das wenigstens eine Drehzahlregler-Modul (16) ausgibt. Das Extremwertregler-Modul (14) ist eingerichtet, einen Stabilitätszustand des Rads zu erfassen und eine Soll-Drehzahl zu ermitteln, bei der das Rad bezüglich des Schlupfes instabil wird. Das Extremwertregler-Modul (14) ist eingerichtet, die als erste Eingangsgröße erhaltene Vorsteuerungs-Soll-Drehzahl basierend auf dem erfassten Stabilitätszustand des Rads zu modifizieren, um den Wert der Soll-Drehzahl zu erhalten. Ferner ist ein Verfahren zur Erzeugung von einem radspezifischen Moment für zumindest ein Rad des Kraftfahrzeugs beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelsystem für ein Kraftfahrzeug zur Erzeugung von einem radspezifischen Moment für zumindest ein Rad des Kraftfahrzeugs durch wenigstens einen Aktuator. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von einem radspezifischen Moment für zumindest ein Rad des Kraftfahrzeugs durch wenigstens einen Aktuator.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Regelsysteme bekannt, die beispielsweise bei einem Antiblockiersystem (ABS) bzw. bei einem Traktionskontrollsysten („traction control system“ - TCS) zum Einsatz kommen. Die aus dem Stand der Technik bekannten Regelsysteme lassen sich in unterschiedliche Kategorien klassifizieren, nämlich in reine Drehzahlregelsysteme, Instabilitätsregelsysteme sowie adaptive Drehzahlregelsysteme.
Bei den reinen Drehzahlregelsystemen wird eine Vorsteuerungs-Soll-Drehzahl an einen Drehzahlregler übermittelt, der diese kontinuierlich in ein entsprechendes radspezifisches Moment umsetzt, das einem Aktor zugeführt wird, um das entsprechende Rad gemäß dem Moment anzutreiben. Ein solches Drehzahlregelsystem ist beispielsweise aus der US 2021 / 0 114 457 A1 bekannt. Als nachteilig hat sich bei den reinen Drehzahlregelsystemen jedoch herausgestellt, dass für die Berechnung der entsprechenden Vorsteuerungs-Soll-Drehzahl mehrere Parameter benötigt werden, die sich nur mit großen Unsicherheiten und Schätzfehlern ermitteln lassen, wodurch die Robustheit des reinen Drehzahlregelsystems nicht in der gewünschten Weise gegeben ist.
Daher kommen heutzutage üblicherweise Instabilitätsregler für Antiblockiersysteme (ABS) zum Einsatz, bei denen ein Zustandsautomat verwendet wird, um eine Stabilitätsbewertung der entsprechenden Raddynamik des Rads vorzunehmen. Bei den Instabilitätsreglern wird ein anzuwendendes radspezifisches Moment basierend auf einem geschätzten Zustand des entsprechenden Rads ermittelt, wobei der entsprechende Zustand mittels des Zustandsautomaten basierend auf hydraulischen Drücken eines Bremsaktuators ermittelt wird. Die Instabilitätsregler sind daher robuster als die reinen Drehzahlregler. Allerdings bringen die Instabilitätsregler andere Probleme mit sich, da die Instabilitätsregler auf der Druck-Ebene arbeiten, sodass sie ausschließlich für Bremsregelsysteme wie ABS verwendet werden können. Das entsprechende Regelungssystem stellt zudem eine nichtlineare Reglerverstärkung dar, wodurch die Implementierung entsprechend kompliziert ist.
Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik adaptive Drehzahl-Regelsysteme bekannt, bei denen ein Adaptionsmechanismus verwendet wird, um eine Vorsteuerungs-Soll-Drehzahl adaptiv anzupassen. Die adaptive Anpassung erfolgt dabei aufgrund eines Schwingverhaltens der Räder bzw. ein künstlich erzeugtes sinusförmiges Störsignal, welches in die Regelstrecke eingebracht wird. Diese adaptiven Drehzahlregelsysteme haben jedoch den Nachteil, dass sie verhältnismäßig anfällig sind, da zahlreiche Faktoren einspielen, die bei der adaptiven Drehzahlregelung nicht berücksichtigt werden. Daher ist es mit den bisher bekannten adaptiven Drehzahl-Regelsystemen schwierig, die gewünschte Robustheit zu erreichen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Regelsystem sowie ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen, welches sowohl robust als auch einfach zu implementieren ist, insbesondere für Bremssysteme und Traktionssysteme.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Regelsystem für ein Kraftfahrzeug zur Erzeugung von einem radspezifischen Moment für zumindest ein Rad des Kraftfahrzeugs durch wenigstens einen Aktuator. Das Regelsystem weist ein Drehzahlregler-Modul sowie wenigstens ein Extremwertregler-Modul auf. Das Extremwertregler-Modul hat eine erste Eingangsschnittstelle, über die das Extremwertregler-Modul einen Wert einer vorgegebenen Vorsteuerungs-Soll-Drehzahl als eine erste Eingangsgröße erhält. Das Extremwertregler-Modul weist eine Ausgangsschnittstelle auf, über die das Extremwertregler-Modul einen Wert einer Soll-Drehzahl an das wenigstens eine Drehzahlregler-Modul ausgibt. Das Extremwertregler-Modul ist eingerichtet, einen Stabilitätszustand des Rads zu erfassen und eine Soll-Drehzahl zu ermitteln, bei der das Rad bezüglich des Schlupfes instabil wird. Das Extremwertregler-Modul ist eingerichtet, die als erste Eingangsgröße erhaltende Vorsteuerungs-Soll-Drehzahl basierend auf dem erfassten Stabilitätszustand des Rads zu modifizieren, um den Wert der Soll-Drehzahl zu erhalten.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung von einem radspezifischen Moment für zumindest ein Rad des Kraftfahrzeugs durch wenigstens einen Aktuator. Das Verfahren weist die Schritte auf:

- Erhalten einer vorgegebenen Vorsteuerungs-Soll-Drehzahl als erste Eingangsgröße,
- Erfassen eines Stabilitätszustands des Rads,
- Ermitteln einer Soll-Drehzahl, bei der das Rad bezüglich des Schlupfes instabil wird,
- Verarbeiten der Vorsteuerungs-Soll-Drehzahl, indem die Vorsteuerungs-Soll-Drehzahl basierend auf dem erfassten Stabilitätszustand des Rads modifiziert wird, um einen Wert einer Soll-Drehzahl zu erhalten, und
- Ausgeben des Werts der Soll-Drehzahl an wenigstens ein Drehzahlregler-Modul.

Der Grundgedanke der Erfindung ist es, das Extremwertregler-Modul zu implementieren, das eingerichtet ist, den Stabilitätszustand des Rads bezüglich des Schlupfes des Rads zu erfassen. Dies bedeutet, dass beim Bremsen beispielsweise erfasst wird, ob das Rad eine Blockier-Tendenz aufweist. Das Extremwertregler-Modul entspricht somit von seiner Grundstruktur her der Klasse der adaptiven Drehzahl-Regelsystemen, wobei jedoch die bisher bekannten Nachteile der adaptiven Drehzahl-Regelsysteme überwunden worden sind, sodass eine robuste, kontinuierliche und einfach zu implementierende DrehzahlRegelung mittels des Regelsystems und des Verfahrens erfolgen kann. Dies liegt unter anderem daran, dass das Extremwertregler-Modul verwendet wird, um die Soll-Drehzahl solange zu verändern, bis das jeweilige Rad instabil wird, nämlich bezüglich des Schlupfes. Es kann also die Soll-Drehzahl erhöht oder verringert werden, bis das entsprechende Rad instabil wird, wobei dies davon abhängt, ob eine positive Beschleunigung oder eine negative Beschleunigung (Verzögerung) vorliegt. Im Gegensatz zu den klassischen Instabilitätsreglern, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, erfolgt erfindungsgemäß die Adaption auf der Ebene der Soll-Drehzahl, also dem Soll-Schlupf, wohingegen in den klassischen Instabilitätsreglern auf der Ebene des Soll-Drucks bzw. Soll-Moments abgestellt wird.
Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Extremwertregler-Modul die Soll-Drehzahl bzw. den Soll-Schlupf solange verändert, bis das Rad bezüglich des Schlupfes instabil wird, das entsprechend vom Extremwertregler-Modul erfasst wird. Hierzu kann das Extremwertregler-Modul einen Zustandsautomaten umfassen, der den instabilen Zustand des Rads bezüglich des Schlupfes ermittelt. Sobald der Extremwertregler-Modul den instabilen Zustand des Rads bezüglich des Schlupfes erfasst hat, modifiziert das Extremwertregler-Modul den Wert der Soll-Drehzahl, wodurch eine entsprechende Regelung des radspezifischen Moments erfolgt, wenn die Soll-Drehzahl an das nachfolgende Drehzahlregler-Modul ausgegeben wird, welches die Soll-Drehzahl in ein entsprechendes radspezifisches Moment umsetzt.
Ein Aspekt sieht vor, dass das Extremwertregler-Modul eine zweite Eingangsschnittstelle aufweist, über die das Extremwertregler-Modul einen Wert einer Ist-Drehzahl als eine zweite Eingangsgröße erhält. Die Ist-Drehzahl kann vom Extremwertregler-Modul verwendet werden, um den Stabilitätszustand des Rads zu erfassen. Insbesondere kann hierzu vorgesehen sein, dass die Ist-Drehzahl vom Extremwertregler-Modul verarbeitet wird, um eine Beschleunigung des entsprechenden Rads zu ermitteln. Die Ist-Drehzahl kann von einem Sensor oder einem Schätzer an das Extremwertregler-Modul übermittelt werden.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass das Extremwertregler-Modul eingerichtet ist, eine Beschleunigung des Rads zu ermitteln und auszuwerten, um den Stabilitätszustand des Rads zu erfassen. Die Beschleunigung des entsprechenden Rads kann über die Ist-Drehzahl erfolgen, welche das Extremwertregler-Modul als zweite Eingangsgröße erhält. Basierend auf der Beschleunigung des Rads kann das Extremwertregler-Modul dann den Stabilitätszustand des Rads ermitteln, indem die Beschleunigung des Rads mit vordefinierten Werten verglichen wird.
Beispielsweise ist das Extremwertregler-Modul eingerichtet, basierend auf der Beschleunigung des Rads ein erstes Signal zu ermitteln, wobei das Extremwertregler-Modul ferner eingerichtet ist, einen Wert für die Soll-Drehzahl basierend auf dem ersten Signal zu speichern. Insbesondere ist das Extremwertregler-Modul eingerichtet, das erste Signal mit einem ersten Schwellenwert zu vergleichen, sodass das erste Signal beim Unter- oder Überschreiten des ersten Schwellenwertes zumindest zu dem Wert für die Soll-Drehzahl beiträgt. Beispielsweise wird die erfasste Ist-Drehzahl als Wert für eine (zukünftige) Soll-Drehzahl gespeichert, welche vorliegt, wenn das erste Signal den ersten Schwellenwert über- bzw. unterschreitet. Mit anderen Worten kann dann ein neuer Arbeitspunkt gespeichert werden. Grundsätzlich kann die zu diesem Zeitpunkt erfasste Ist-Drehzahl auch nur einen Beitrag zu der (zukünftigen) Soll-Drehzahl leisten, sofern beispielsweise deren konkreter Wert sich aus dem Mittel mehrerer vergangener Ist-Drehzahlen ergibt, bei denen das erste Signal den ersten Schwellenwert über- bzw. unterschritten hat. Bei einem geregelten Bremsvorgang werden beispielsweise nur Werte der Ist-Drehzahl berücksichtigt, bei denen das erste Signal den ersten Schwellenwert unterschreitet. Bei einer Beschleunigung werden dagegen lediglich die Werte der Ist-Drehzahl berücksichtigt, bei denen das erste Signal den Schwellenwert überschreitet.
Bei dem ersten Signal kann sich um ein schnell gefiltertes Signal handeln, sodass kurzzeitige Änderungen der Beschleunigung des Rads einen Einfluss auf das erste Signal haben.
Wie vorstehend bereits erläutert, kann der Wert der zugehörigen Ist-Drehzahl als (neuer) Arbeitspunkt gespeichert werden, der dann selbst als Wert für die (zukünftige) Soll-Drehzahl herangenommen werden kann, sofern das erste Signal den ersten Schwellenwert unter- bzw. überschreitet. Es kann auch vorgesehen sein, dass sich der Wert der (zukünftigen) Soll-Drehzahl aus dem Mittel einer vordefinierten Anzahl an zuvor gespeicherten Werten ergibt, die gespeichert worden sind, wenn das erste Signal den ersten Schwellenwert unter- bzw. überschritten hat.
Grundsätzlich kommt es dabei darauf an, ob das Regelsystem zum Regeln eines Bremsvorgangs oder einer (positiven) Beschleunigung, also einer Traktionskontrolle, vorgesehen ist, sodass es auf die Richtung ankommt, von der aus das erste Signal den ersten Schwellenwert schneidet, also ob das erste Signal den ersten Schwellenwert unterschreitet bzw. überschreitet. Insofern werden lediglich Werte der Ist-Drehzahl berücksichtigt, die für den konkreten Fall von Bedeutung sind. Dies bedeutet, dass beispielsweise bei einem Bremsvorgang nur Werte der Ist-Drehzahl berücksichtigt werden, bei denen das erste Signal den ersten Schwellenwert unterschreitet. Bei einer (positiven) Beschleunigung werden dagegen lediglich die Werte der Ist-Drehzahl berücksichtigt, bei denen das erste Signal den ersten Schwellenwert überschreitet.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass das Extremwertregler-Modul eingerichtet ist, basierend auf der Beschleunigung des Rads ein zweites Signal zu ermitteln und das zweite Signal mit einem zweiten Schwellenwert zu vergleichen. Das Extremwertregler-Modul ist eingerichtet, beim Unter- bzw. Überschreiten des zweiten Schwellenwerts die Soll-Drehzahl auf einen zuvor gespeicherten Wert für die Soll-Drehzahl anzupassen. Dieser Vorgang wird auch als Reset-Mechanismus bezeichnet, da die Vorgabe des Werts der Soll-Drehzahl entsprechend verändert bzw. auf den gespeicherten Wert zurückgesetzt wird. Bei dem zweiten Signal handelt es sich um ein langsam gefiltertes Signal, insbesondere im Vergleich zum ersten Signal, sodass kurzeitige Ausschläge der Beschleunigung des Rads keinen Einfluss haben. Hierdurch wird verhindert, dass beispielsweise das Fahren auf einem Kopfsteinpflaster oder Ähnlichem dazu führen würde, dass ein Regelungseingriff erfolgt.
Der gespeicherte Wert für die Soll-Drehzahl kann, wie zuvor beschrieben, erhalten worden sein, indem das erste Signal mit dem ersten Schwellenwert verglichen wird, wobei der zumindest eine Wert der Ist-Drehzahl zu dem gespeicherten Wert beiträgt, wenn das erste Signal den ersten Schwellenwert unter- bzw. überschreitet.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass das Extremwertregler-Modul eingerichtet ist, die Soll-Drehzahl auf den zuvor gespeicherten Wert für die Soll-Drehzahl anzupassen, wenn zumindest eine Nebenbedingung erfüllt ist. Die zumindest eine Nebenbedingung ist eine abgelaufene Volllaufzeit, eine abgelaufene Pausenzeit, eine abgelaufene Stabilitätszeit, ein Unter- oder Überschreiten eines Rad-Ruck-Schwellenwerts und/oder ein Unter- oder Überschreiten eines Radbeschleunigung-Schwellenwerts. Insbesondere sind die jeweiligen Zeiten, der Rad-Ruck-Schwellenwert und/oder der Radbeschleunigung-Schwellenwert einstellbar. Mit anderen Worten Die wenigstens eine Nebenbedingung, die für die Regelung ebenfalls erfüllt sein muss, stellt sicher, dass keine Überregelung erfolgt, wodurch insgesamt eine robuste Regelung sichergestellt ist. Es können herstellerseitig bereits entsprechende Werte vorgegeben sein, die von einem Benutzer bzw. einem Werkstattpersonal verändert werden können, um sie an die Bedürfnisse anzupassen. Dies kann beispielsweise daran liegen, dass das entsprechende Kraftfahrzeug nur unter bestimmten Bedingungen betrieben wird, sodass eine Anpassung der jeweiligen voreingestellten Werte nötig ist.
Die abgelaufene Volllaufzeit entspricht dabei einer Zeit, für die die Regelung bereits aktiv sein muss, bevor ein Regelungseingriff überhaupt stattfinden kann.
Die abgelaufene Pausenzeit stellt sicher, dass der Reset-Mechanismus nur dann durchgeführt wird, wenn der vorherige Rest die definierte Pausenzeit her ist, also die Pausenzeit abgelaufen ist. Auch hierdurch wird vermieden, dass der Reset-Mechanismus zu häufig hintereinander in kurzen Zeiträumen durchgeführt wird.
Die abgelaufene Stabilitätszeit definiert, dass das entsprechende Rad zumindest den der Stabilitätszeit entsprechenden Zeitraum lang stabil gewesen sein muss, um eine Regelung zu erfahren.
Der Rad-Ruck-Schwellenwert ist ein Schwellenwert für den Rad-Ruck, also die Beschleunigungsänderung des Rads. Dieser muss den Schwellenwert beispielsweise unter- oder überschritten haben, damit ein Regelungseingriff erfolgt.
Bei dem Radbeschleunigung-Schwellenwert wird auf das Extremum des ersten Signals abgestellt, das den Radbeschleunigung-Schwellenwert erreicht haben muss, um den Regelungseingriff zuzulassen. Das jeweilige Extremum des ersten Signals hängt dabei davon ab, ob ein Bremsvorgang oder eine (positive) Beschleunigung geregelt wird, sodass es sich hierbei um ein Maximum oder ein Minimum handelt. Das Extremum wird ab dem Zeitpunkt neu gebildet, ab dem das erste Signal, also die schnell gefilterte Rad-Beschleunigung, den ersten Schwellenwert schneidet, der auch als Ziel-Rad-Beschleunigung bezeichnet werden kann. Optional wird das Extremum verworfen, wenn dieses ein bestimmtes (einstellbares) Mindestalter erreicht hat und es in der Zwischenzeit zu keinem Reset gekommen ist, beispielsweise da die anderen Bedingungen für den Reset nicht erfüllt waren.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Extremwertregler-Modul eingerichtet ist, die Soll-Drehzahl in einer stabilen Phase des Rads zu verändern. Insbesondere wird die Soll-Drehzahl mit einem Gradienten in Richtung mehr Schlupf verändert, wobei der Gradient vorzugsweise von der absoluten Beschleunigung des Rads abhängt. Dies bedeutet, dass die Soll-Drehzahl in einer stabilen Phase des Rads, also wenn der vom Extremwertregler-Modul erfasste Stabilitätszustand des Rads einen stabilen Zustand angibt, verändert wird, um das entsprechende Rad in Richtung mehr Schlupf zu ziehen. Die entsprechende Veränderung der Soll-Drehzahl in der stabilen Phase hängt dabei von der absoluten Beschleunigung des Rads ab, sodass in der stabilen Phase bei einer absolut gesehenen hohen Beschleunigung eine schnelle Veränderung der Soll-Drehzahl stattfindet, wohingegen bei einer absolut gesehenen niedrigen Beschleunigung eine langsame Anpassung der Soll-Drehzahl stattfindet.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass das Regelsystem ein Antiblockiersystem-Regelsystem (ABS-Regelsystem) oder ein Traktionsregelsystem („traction control system“ - TCS) ist. Alternativ oder ergänzend kann der wenigstens einen Aktuator ein, insbesondere hydraulischer, Bremsaktuator und/oder ein, insbesondere elektrischer, Antriebsmotor sein. Insofern kann das Regelungssystem sowohl für eine Verzögerung, also eine negative Beschleunigung, als auch für eine (positive) Beschleunigung verwendet werden, um sicherzustellen, dass das jeweilige Rad ein radspezifisches Moment aufweist, welches eine stabile und robuste Regelung hinsichtlich der Drehzahl ermöglicht.
Grundsätzlich ist somit erfindungsgemäß vorgesehen, dass die abgesetzte Reifenkraft maximiert wird, wodurch sichergestellt wird, dass während einer ABS-Bremsung oder einem traktionsgeregelten Beschleunigungsvorgang, das volle Potenzial des Reifens auf dem jeweiligen Fahrbahn-Untergrund ausgenutzt wird.
Die Robustheit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gewährleistet, da das Verfahren und das Regelsystem robust gegenüber Schätzfehlern von nicht gemessenen Schätzgrößen ist, beispielsweise dem momentanen Reibwert der Fahrbahn.
Darüber hinaus ist das Regelsystem modular aufgebaut, da das Extremwertregler-Modul und das Drehzahlregler-Modul voneinander separate Module sind, die beispielsweise unabhängig voneinander gewartet werden können. Die Wartung, die Komplexität und der Applikationsaufwand reduziert sich demnach entsprechend.
Grundsätzlich kann das Extremwertregler-Modul einen Prozessor umfassen, der ein entsprechendes Computerprogramm (Software) ausführt, welches Programmcodemittel umfasst, die den Prozessor veranlassen, zumindest einige der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführen.
Erfindungsgemäß ist es demnach möglich, eine vom entsprechend geregelten Reifen abgesetzte Reifenkraft zu maximieren. Dies ist gewährleistet, da die Regelung vorsieht, die Soll-Drehzahl in Richtung mehr Schlupf zu ziehen, bis der Reifen instabil wird, was entsprechend erfasst wird.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Regelsystems für ein Kraftfahrzeug, und
- 2 eine Übersicht der Raddrehzahl sowie der Beschleunigung des Rads bei einer ABS-Bremsung auf Schnee mit dem erfindungsgemäßen Regelsystem, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von einem radspezifischen Moment angewandt wird.

In 1 ist ein Regelsystem 10 für ein Kraftfahrzeug zur Erzeugung von einem radspezifischen Moment für zumindest ein Rad des Kraftfahrzeugs gezeigt.
Das Regelsystem 10 weist ein Vorsteuergerät 12, ein Extremwertregler-Modul 14 sowie ein Drehzahlregler-Modul 16 auf, welches dem Extremwertregler-Modul 14 nachgeschaltet ist.
Darüber hinaus umfasst das Regelsystem 10 wenigstens einen Aktuator 18, der mit dem Drehzahlregler-Modul 16 signalübertragend verbunden ist. Dem Aktuator 18 sowie weiteren Komponenten des Kraftfahrzeugs sind zudem Sensoren 20 und/oder Schätzer 22 zugeordnet, die Ist-Werte erfassen und an das Regelsystem 10, insbesondere die entsprechenden Komponenten des Regelsystems 10 übergeben, wie nachfolgend noch erläutert wird.
Aus der 1 geht hervor, dass das Vorsteuergerät 12 vom Fahrer ein aufgebrachtes Lenkmoment M_Fahrer sowie einen Lenkwinkel δ_Fahrer erhält. Darüber hinaus erhält das Vorsteuerungsgerät 12 von den Sensoren 20 und Schätzern 22 Informationen bezüglich der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs V_ref, Fahrzeuglängsbeschleunigung α_x, Fahrzeugquerbeschleunigung α_y sowie eine Fahrzeug-Gierrate Ψ̇, die von dem Vorsteuergerät 12 verwendet werden, um einen Wert einer Vorsteuerungs-Soll-Drehzahl ω_soll,vs an das Extremwertregler-Modul 14 auszugeben.
Das Extremwertregler-Modul 14 weist demnach eine erste Eingangsschnittstelle 24 auf, über die das Extremwertregler-Modul 14 die Vorsteuerungs-Soll-Drehzahl ω_soll,vs als erste Eingangsgröße erhält, also den entsprechenden Wert der vorgegebenen Vorstellungs-Soll-Drehzahl ω_soll,vs, die vom Vorsteuergerät 12 ausgegeben wird.
Das Extremwertregler-Modul 14 weist zudem eine zweite Eingangsschnittstelle 26 auf, über die das Extremwertregler-Modul 14 einen Wert einer Ist-Drehzahl ω_ist als zweite Eingangsgröße erhält, die das Extremwertregler-Modul 14 von den Sensoren 20 und/oder den Schätzern 22 erhält.
Das Extremwertregler-Modul 14 verarbeitet die Eingangsgrößen, um eine Soll-Drehzahl ω_soll zu ermitteln, welche über eine Ausgangsschnittstelle 28 als Ausgangsgröße bzw. Ausgangssignal an das nachgeschaltete Drehzahlregler-Modul 16 übermittelt wird.
Die detaillierte Ermittlung der Soll-Drehzahl ω_soll, die an das wenigstens eine Drehzahlregler-Modul 16 ausgegeben wird, wird nachfolgend noch detailliert beschrieben.
Das Drehzahlregler-Modul 16 erhält vom Vorsteuerungsgerät 12 das Vorsteuerungs-Soll-Drehmoment M_vs, vom Extremwertregler-Modul 14 die Soll-Drehzahl ω_soll sowie von einem Sensor 20 und/oder einem Schätzer22 die Ist-Drehzahl ω_ist.
Basierend auf diesen Eingangsgrößen ermittelt das Drehzahlregler-Modul 16 ein Soll-Moment M_soll für das entsprechende Rad, welches an den Aktuator 18 des Kraftfahrzeugs für das entsprechende Rad übermittelt wird.
Bei dem Soll-Moment M_soll handelt es sich demnach um ein radspezifisches Moment für das zumindest eine Rad des Kraftfahrzeugs, welches über den entsprechenden Aktuator 18 eingestellt wird, beispielsweise eine, insbesondere hydraulische, Bremse und/oder einen, insbesondere elektrischen, Antriebsmotor.
Insofern kann das Regelsystem 10 grundsätzlich als ein Antiblockiersystem-Regelsystem oder ein Traktionsregelsystem ausgebildet sein, mit dem eine Verzögerung und/oder eine (positive) Beschleunigung des Kraftfahrzeugs entsprechend geregelt wird.
Mit Bezug auf die 2 wird nachfolgend am Beispiel einer ABS-Bremsregelung erläutert, wie das Extremwertregler-Modul 14 basierend auf den erhaltenen Eingangsgrößen die Soll-Drehzahl ω_soll ermittelt, welche an das Drehzahlregler-Modul 16 ausgegeben wird.
Grundsätzlich ist das Extremwertregler-Modul 14 dabei eingerichtet, einen Stabilitätszustand des entsprechenden Rads zu erfassen und darüber hinaus einen Wert für die Soll-Drehzahl ω_soll zu ermitteln, bei der das Rad bezüglich des Schlupfes instabil wird. Insofern umfasst das Extremwertregler-Modul 14 einen Zustandsautomaten 30, mit dem der Zustand des entsprechenden Rads bezüglich des Schlupfes ermittelt wird.
Hierzu kann das Extremwertregler-Modul 14 die Ist-Drehzahl ω_ist verwenden, welche als zweite Eingangsgröße erhalten wird, um hierüber eine Beschleunigung des Rads zu ermitteln und auszuwerten, wodurch der Stabilitätszustand des Rads ermittelt wird.
Dies geht aus 2 hervor, in dem im oberen Diagramm die Ist-Drehzahl ω_ist, die Soll-Drehzahl ω_soll sowie die Vorsteuerungs-Soll-Drehzahl ω_soll,vs (gestrichelt dargestellt) über einen Zeitbereich der Regelung dargestellt ist.
Im unteren Diagramm der 2 sind Werte bezüglich der Beschleunigung des Rads dargestellt, die vom Extremwertregler-Modul 14 ermittelt worden sind. Das Extremwertregler-Modul 14 ist grundsätzlich eingerichtet, basierend auf der Beschleunigung des Rads ein erstes Signal A, das einem schnell gefilterten Signal entspricht, sowie ein zweites Signal B zu ermitteln, das einem langsam gefilterten Signal entspricht. Hierzu kann das Extremwertregler-Modul 14 zunächst die aktuelle Beschleunigung des Rads, beispielsweise ausgehend von der erhaltenen Ist-Drehzahl ω_ist ermitteln und dieses unterschiedlich filtern, um die unterschiedlich schnell gefilterten Signale A, B zu erhalten.
Das Extremwertregler-Modul 14 ist grundsätzlich eingerichtet, einen Wert für die (zukünftige) Soll-Drehzahl ω_soll basierend auf dem ersten Signal A zu ermitteln und abzuspeichern, sodass dieser Wert abgerufen werden kann. Hierdurch entsteht also ein neuer Arbeitspunkt für die Soll-Drehzahl ω_soll.
Das Extremwertregler-Modul 14 vergleicht hierzu das ermittelte erste Signal A mit einem ersten Schwellenwert S1. Sobald das erste Signal A den ersten Schwellenwert S1 unter- bzw. überschreitet, kann der zugehörige Wert der Ist-Drehzahl ω_ist gespeichert werden, da dieser zumindest einen Beitrag zu dem Wert der (zukünftigen) Soll-Drehzahl ω_soll leistet. Ob der Wert der Ist-Drehzahl ω_ist tatsächlich gespeichert wird, hängt dabei noch davon ab, ob der erste Schwellenwert S1 von der richtigen Seite aus kommend geschnitten worden ist.
Es kommt nämlich darauf an, ob das Regelsystem 10 eine Verzögerung, also eine negative Beschleunigung, oder eine (positive) Beschleunigung regelt, da bei einer Verzögerung lediglich ein Unterschreiten des ersten Schwellenwerts S1 berücksichtigt wird, wohingegen bei einer (positiven) Beschleunigung allein ein Überschreiten des ersten Schwellenwerts S1 berücksichtigt wird.
Wie vorstehend schon erläutert, ist das Extremwertregler-Modul 14 ferner dazu eingerichtet, basierend auf der Beschleunigung des Rads das zweite Signal B zu ermitteln, nämlich das langsam gefilterte Signal. Das zweite Signal B wird mit einem zweiten Schwellenwert S2 verglichen, um hierüber Erkenntnisse hinsichtlich des Stabilitätszustands des Rads zu gewinnen.
In der gezeigten Ausführungsform sind der erste Schwellenwert S1 und der zweite Schwellenwert S2 identisch. Jedoch kann auch vorgesehen sein, dass zwei unterschiedliche Schwellenwerte S1, S2 für die beiden unterschiedlich gefilterten Signale A, B vorgesehen sind.
Das Extremwertregler-Modul 14 vergleicht zudem das zweite Signal B mit dem zweiten Schwellenwert S2, wobei wiederum festgestellt wird, ob das zweite Signal B den zweiten Schwellenwert S2 unter- bzw. überschreitet. Hierbei kommt es erneut darauf an, ob mit dem Regelsystem 10 eine Verzögerung, also eine negative Beschleunigung, oder eine (positive) Beschleunigung geregelt wird, da bei einer Verzögerung lediglich berücksichtigt wird, ob das zweite Signal B den zweiten Schwellenwert S2 unterschreitet, wohingegen bei einer Beschleunigung allein berücksichtigt wird, ob das zweite Signal B den zweiten Schwellenwert S2 überschreitet.
Sollte dies der Fall sein, so wird die Soll-Drehzahl ω_soll an einen zuvor gespeicherten Wert für die Soll-Drehzahl ω_soll angepasst, da festgestellt worden ist, dass das Rad hinsichtlich des Schlupfes instabil geworden ist.
Der zuvor gespeicherte Wert, an den die Soll-Drehzahl ω_soll angepasst wird, kann dabei dem Wert entsprechen, der erhalten worden ist, wenn das erste Signal A mit dem ersten Schwellenwert S1 verglichen wurde.
Grundsätzlich kann der gespeicherte Wert, an den die Soll-Drehzahl ω_soll angepasst wird, dem zuletzt gespeicherten Wert entsprechen, bei dem das erste Signal A den ersten Schwellenwert S1 unter- bzw. überschritten hat, also dem entsprechenden Arbeitspunkt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der gespeicherte Wert, an den die Soll-Drehzahl ω_soll angepasst wird, ein Mittelwert mehrerer zuvor gespeicherter Werte ist, bei denen das erste Signal A den ersten Schwellenwert S1 unter- bzw. überschritten hat.
Das Unter- bzw. Überschreiten des zweiten Schwellenwerts S2 durch das zweite Signal B stellt lediglich eine Hauptbedingung für den Regelungseingriff dar.
Um die Regelung grundsätzlich robust auszugestalten, können zudem Nebenbedingungen vorgesehen sein, welche erfüllt sein müssen, damit eine Anpassung der Soll-Drehzahl ω_soll tatsächlich erfolgt. Die Nebenbedingungen können eine abgelaufene Vorlaufzeit, eine abgelaufene Pausenzeit, eine abgelaufene Stabilitätszeit, ein Unterschreiten eines Rad-Ruck-Schwellenwerts und/oder ein Überschreiten eines Radbeschleunigung-Schwellenwerts sein.
Grundsätzlich kann zudem eine Anpassung der Soll-Drehzahl ω_soll in der stabilen Phase des Rads erfolgen, wie aus 2 hervorgeht. Die Soll-Drehzahl ω_soll wird dabei mittels des Extremwertregler-Moduls 14 gemäß einem Gradienten in Richtung mehr Schlupf verändert. Der angewandte Gradient hängt dabei von der absoluten Beschleunigung des Rads ab. Dabei kann ein Gain-Scheduling Mechanismus zum Einsatz kommen, der die Anpassung in Abhängigkeit der Fahrzeugbeschleunigung in Längs- und Quer-Richtung, also aufgrund der Fahrzeuglängsbeschleunigung α_x, Fahrzeugquerbeschleunigung α_y, der (geschätzten) Fahrzeuggeschwindigkeit v_ref und über eine zeitliche Progression vornimmt.
Die Schwellenwerte S1, S2 können grundsätzlich basierend auf einer Kamm'schen Kreis Betrachtung angepasst werden, wobei die Schwellenwerte asymmetrisch gefiltert werden, sodass eine Anpassung in Richtung (absolut gesehen) hoher Beschleunigungen schnell und in Richtung (absolut gesehen) niedriger Beschleunigungen langsam erfolgt.
Aus den Diagrammen der 2, die sich auf eine ABS-Bremsung beziehen, geht dabei grundsätzlich hervor, wann ein Rest-Mechanismus durchgeführt wird und welche Folgen dieser hat. Die entsprechenden Resets sind durch die gestrichelt vertikalen Linien in den beiden Diagrammen dargestellt.
Wie vorstehend erläutert, hat ein Reset zur Folge, dass sich die Soll-Drehzahl ω_soll auf den (zuvor) gespeicherten Wert ändert, der durch die Auswertung des ersten Signals A erhalten worden ist.
Der Reset wird dabei ausgelöst, wenn das zweite Signal B, also die langsam gefilterte Beschleunigung des Rads a_x,rad,slow, den zweiten Schwellenwert S2 schneidet, der vorliegend auch mit a_x,rad,soll bezeichnet ist.
Der Arbeitspunkt, auf den der Reset zurückspringt, also der gespeicherte Wert für die Soll-Drehzahl w_sol, wird über das erste Signal A erhalten, also die schnell gefilterte Rad-Beschleunigung a_x,rad,fast. Für das Speichern des Arbeitspunkts kann der gleiche Schwellenwert wie für das zweite Signal B verwendet werden, wie dies vorliegend gezeigt ist. Alternativ kann aber auch ein eigener Schwellenwert für das erste Signal A verwendet werden.
Wie bereits erläutert, kann der gespeicherte Wert für die Soll-Drehzahl ω_soll auch dadurch ermitteln werden, dass eine Mittelwertbildung der letzten N Schnittpunkte des ersten Signals A mit dem ersten Schwellenwert S1 durchgeführt wird, also eine Mittelwertbildung der letzten N Schnittpunkte der schnell gefilterten Rad-Beschleunigung a_x,rad,fast.
Der Reset wird jedoch nur dann ausgeführt, wenn neben der Hauptbedingung, also dem Unter- bzw. Überschreiten des zweiten Schwellenwerts S2 durch das zweite Signal B, zudem eine oder mehrere der oben genannten Nebenbedingungen erfüllt sind. Dies zeigt sich auch in den Diagrammen der 2, da nicht bei jedem Unterschreiten des zweiten Schwellenwerts S2 ein Regelungseingriff erfolgt, bei dem die Soll-Drehzahl ω_soll verändert wird.
Grundsätzlich kann eine radindividuelle oder eine achsbezogene Anpassung der Momente erfolgen, sodass die Momente für die Räder ermittelt werden, die zu einer Achse gehören.

Claims

Regelsystem für ein Kraftfahrzeug zur Erzeugung von einem radspezifischen Moment für zumindest ein Rad des Kraftfahrzeugs durch wenigstens einen Aktuator (18), wobei das Regelsystem (10) ein Drehzahlregler-Modul (16) sowie wenigstens ein Extremwertregler-Modul (14) aufweist, wobei das Extremwertregler-Modul (14) eine erste Eingangsschnittstelle (24) aufweist, über die das Extremwertregler-Modul (14) einen Wert einer vorgegebenen Vorsteuerungs-Soll-Drehzahl als eine erste Eingangsgröße erhält, wobei das Extremwertregler-Modul (14) eine Ausgangsschnittstelle (28) aufweist, über die das Extremwertregler-Modul (14) einen Wert einer Soll-Drehzahl an das wenigstens eine Drehzahlregler-Modul (16) ausgibt, wobei das Extremwertregler-Modul (14) eingerichtet ist, einen Stabilitätszustand des Rads zu erfassen und eine Soll-Drehzahl zu ermitteln, bei der das Rad bezüglich des Schlupfes instabil wird, und wobei das Extremwertregler-Modul (14) eingerichtet ist, die als erste Eingangsgröße erhaltene Vorsteuerungs-Soll-Drehzahl basierend auf dem erfassten Stabilitätszustand des Rads zu modifizieren, um den Wert der Soll-Drehzahl zu erhalten.
Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Extremwertregler-Modul (14) eine zweite Eingangsschnittstelle (26) aufweist, über die das Extremwertregler-Modul (14) einen Wert einer Ist-Drehzahl als eine zweite Eingangsgröße erhält.
Regelsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Extremwertregler-Modul (14) eingerichtet ist, eine Beschleunigung des Rads zu ermitteln und auszuwerten, um den Stabilitätszustand des Rads zu erfassen.
Regelsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Extremwertregler-Modul (14) eingerichtet ist, basierend auf der Beschleunigung des Rads ein erstes Signal zu ermitteln, und wobei das Extremwertregler-Modul (14) ferner eingerichtet ist, einen Wert für die Soll-Drehzahl basierend auf dem ersten Signal zu speichern, insbesondere wobei das Extremwertregler-Modul (14) eingerichtet ist, das erste Signal mit einem ersten Schwellenwert zu vergleichen, sodass das erste Signal bei Unter- bzw. Überschreiten des ersten Schwellenwerts zumindest zum Wert für die Soll-Drehzahl beiträgt.
Regelsystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Extremwertregler-Modul (14) eingerichtet ist, basierend auf der Beschleunigung des Rads ein zweites Signal zu ermitteln und das zweite Signal mit einem zweiten Schwellenwert zu vergleichen, wobei das Extremwertregler-Modul (14) eingerichtet ist, bei Unter- bzw. Überschreiten des zweiten Schwellenwerts die Soll-Drehzahl auf einen zuvor gespeicherten Wert für die Soll-Drehzahl anzupassen.
Regelsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Extremwertregler-Modul (14) eingerichtet ist, die Soll-Drehzahl auf den zuvor gespeicherten Wert für die Soll-Drehzahl anzupassen, wenn zumindest eine Nebenbedingung erfüllt ist, wobei die zumindest eine Nebenbedingung eine abgelaufene Vorlaufzeit, eine abgelaufene Pausenzeit, eine abgelaufene Stabilitätszeit, ein Unterschreiten eines Rad-Ruck-Schwellenwerts und/oder ein Überschreiten eines Radbeschleunigung-Schwellenwerts, insbesondere wobei die Zeit(en), der Rad-Ruck-Schwellenwert und/oder der Radbeschleunigung-Schwellenwert einstelbbar sind/ist.
Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Extremwertregler-Modul (14) eingerichtet ist, die Soll-Drehzahl in einer stabilen Phase des Rads zu verändern, insbesondere mit einem Gradienten in Richtung mehr Schlupf, vorzugsweise wobei der Gradient von der absoluten Beschleunigung des Rads abhängt.
Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem (10) ein Antiblockiersystem-Regelsystem oder ein Traktionsregelsystem ist und/oder dass der wenigstens eine Aktuator (18) ein, insbesondere hydraulischer, Bremsaktuator und/oder ein, insbesondere elektrischer, Antriebsmotor ist.
Verfahren zur Erzeugung von einem radspezifischen Moment für zumindest ein Rad des Kraftfahrzeugs durch wenigstens einen Aktuator (18), mit den folgenden Schritten: - Erhalten einer vorgegebenen Vorsteuerungs-Soll-Drehzahl als erste Eingangsgröße, - Erfassen eines Stabilitätszustands des Rads, - Ermitteln einer Soll-Drehzahl, bei der das Rad bezüglich des Schlupfes instabil wird, - Verarbeiten der Vorsteuerungs-Soll-Drehzahl, indem die Vorsteuerungs-Soll-Drehzahl basierend auf dem erfassten Stabilitätszustand des Rads modifiziert wird, um einen Wert einer Soll-Drehzahl zu erhalten, und - Ausgeben des Werts der Soll-Drehzahl an wenigstens ein Drehzahlregler-Modul.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschleunigung des Rads ermittelt und ausgewertet wird, um den Stabilitätszustand des Rads zu erfassen.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf der Beschleunigung des Rads ein erstes Signal ermittelt wird, wobei ein Wert für die Soll-Drehzahl basierend auf dem ersten Signal gespeichert wird, insbesondere wobei das erste Signal mit einem ersten Schwellenwert verglichen wird, sodass das erste Signal bei Unterschreiten des ersten Schwellenwerts zumindest zum Wert für die Soll-Drehzahl beiträgt.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf der Beschleunigung des Rads ein zweites Signal ermittelt und das zweite Signal mit einem zweiten Schwellenwert verglichen wird, wobei bei Unterschreiten des zweiten Schwellenwerts die Soll-Drehzahl auf einen zuvor gespeicherten Wert für die Soll-Drehzahl angepasst wird, insbesondere wobei die Soll-Drehzahl auf den zuvor gespeicherten Wert für die Soll-Drehzahl angepasst wird, wenn zumindest eine Nebenbedingung erfüllt ist, wobei die zumindest eine Nebenbedingung eine abgelaufene Vorlaufzeit, eine abgelaufene Pausenzeit, eine abgelaufene Stabilitätszeit, ein Unterschreiten eines Rad-Ruck-Schwellenwerts und/oder ein Überschreiten eines Radbeschleunigung-Schwellenwerts, vorzugsweise wobei die Zeit(en), der Rad-Ruck-Schwellenwert und/oder der Radbeschleunigung-Schwellenwert einstelbbar sind/ist.