DE10235378B4

DE10235378B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Bremsenregelung

Info

Publication number: DE10235378B4
Application number: DE10235378.6A
Authority: DE
Inventors: Werner Quirant; Günther Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2022-08-03
Also published as: JP2004155412A; DE10235378A1

Abstract

Verfahren zur Bremsenregelung bei einem einspurigen Kraftfahrzeug, bei dem – die Bremsenregelung abhängig von einer erkannten Seitenneigung (α) des Kraftfahrzeugs erfolgt und – mit zunehmendem Neigungswinkel (α) die Schlupfschwellenwerte (s) des Bremsenregelsystems verringert werden, dadurch gekennzeichnet, dass – mittels eines Gierratensensors (1) die Seitenneigung (α) des Kraftfahrzeugs erfasst wird, – wobei die Seitenneigung durch einen Neigungswinkel (α) gekennzeichnet ist, – der Neigungswinkel (α) aus der durch den Gierratensensor ermittelten Gierrate (ψ) ermittelt wird, – jedem Rad ein Schlupfschwellenwert (s) zugeordnet ist und – bei Überschreiten des Schlupfschwellenwertes durch den Bremsschlupf des entsprechenden Rades die Intensität des Bremseingriffs an diesem Rad reduziert oder aufgehoben wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bremsenregelung bei einem einspurigen Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Bremsenregelung bei einem einspurigen Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Aus der DE 38 39 520 A1 ist eine blockiergeschützte Bremsanlage für einspurige Kraftfahrzeuge bekannt. Diese Bremsanlage sieht vor, dass der für die Einleitung eines Regelvorganges maßgebliche Schwellenwert bezüglich der Drehverzögerung und/oder des Schlupfes eines gebremsten Rades in Abhängigkeit davon verändert wird, ob am Fahrzeug eine Querbeschleunigung auftritt.
Aus der DE 100 39 978 C2 ist eine Vorrichtung zum Messen des Neigungswinkels und/oder der Beschleunigung bekannt. Die Vorrichtung zur Messung des Neigungswinkels gegen die Richtung der Gravitation oder der Richtung der resultierenden Aufstandskraft und unabhängig davon der Bestimmung einer dazu orthogonalen Beschleunigung enthält eine Sensoranordnung und elektrisch leitend verbunden eine Auswerteeinheit. Dabei weist die Sensoranordnung zwei Beschleunigungssensoren auf, die beide parallel zu einer bestimmten Vertikalebene senkrecht zur Achse angeordnet sind und beide bezogen auf die Achse von 0 Grad verschiedene Messwinkel einnehmen, wobei die Auswerteinheit anhand der gemessenen unterschiedlichen Beschleunigungen den Neigungswinkel und die Beschleunigung berechnet.
Die Merkmale der Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche sind der DE 38 39 520 A1 entnommen.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bremsenregelung bei einem einspurigen Kraftfahrzeug, bei dem

– mittels eines Gierratensensors eine Seitenneigung des Kraftfahrzeugs erfasst wird und
– die Bremsenregelung abhängig von der erkannten Seitenneigung des Kraftfahrzeugs erfolgt.

Gierratensensoren sind im Rahmen der Fahrdynamikregelung (z. B. ESP = „Electronic Stability Program”) bei zahlreichen zweispurigen Fahrzeugen bereits im Einsatz und ausgereift. Deshalb ist es vorteilhaft, auch zur robusten Erkennung einer Seitenneigung bzw. Schräglage eines einspurigen Kraftfahrzeugs auf diese bewährten Sensorelemente zurückzugreifen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messachse des Gierratensensors parallel zur Fahrzeuglängsachse orientiert ist. Damit kann eine Drehbewegung des Kraftfahrzeugs um seine Fahrzeuglängsachse, wie sie bei einem Neigungsvorgang vorliegt, in einfacher Weise erfasst werden, denn der Gierratensensor ermittelt die Gierrate bzw. die Winkelgeschwindigkeit um seine Messachse.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass

– die Seitenneigung durch einen Neigungswinkel gekennzeichnet ist und
– dass der Neigungswinkel aus der durch den Gierratensensor ermittelten Gierrate ermittelt wird.

Dabei werden mit zunehmendem Neigungswinkel die Schlupfschwellenwerte des Bremsenregelsystems verringert. Mit zunehmender Neigung des Kraftfahrzeugs wächst die für die Seitenführung des Kraftfahrzeugs notwendige Seitenführungskraft. Die gesamte von der Straße auf den Reifen übertragbare Kraft ist jedoch begrenzt (Kammscher Kreis). Insbesondere gilt, dass die Summe der Quadrate von Seitenführungskraft und Bremskraft in Längsrichtung einen Grenzwert nicht überschreiten darf. Deshalb sollte mit wachsender notwendiger Seitenführungskraft die maximal zulässige Bremskraft verringert werden. Dies kann durch die Verringerung von Schlupfschwellenwerten erfolgen.
Weiter ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass

– jedem Rad ein Schlupfschwellenwert zugeordnet ist und
– dass bei Überschreiten des Schlupfschwellenwertes durch den Bremsschlupf des entsprechenden Rades die Intensität des Bremseingriffs an diesem Rad reduziert oder aufgehoben wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abhängigkeit der Schlupfschwellenwerte vom Neigungswinkel einem Kennfeld entnommen wird. Dieses Kennfeld ist in einfacher Weise in einem Steuergerät hinterlegbar.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass der Neigungswinkel aus der Gierrate durch zeitliche Integration ermittelt wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel dann auf Null gesetzt wird, wenn der Betrag der durch den Gierratensensor ermittelten Gierrate während eines vorgebbaren Zeitintervalls stets einen vorgebbaren Schwellenwert unterschreitet. Durch die Vorgabe des Zeitintervalls wird sichergestellt, dass das Fahrzeug sich auf einer Geradeausfahrt befindet. Dieser Fahrzustand ist für den Abgleich des Neigungswinkels besonders geeignet.
Eine Vorrichtung zur Bremsenregelung bei einem einspurigen Kraftfahrzeug enthält

– einen Gierratensensor zur Erkennung eines Seitenneigung des Kraftfahrzeugs und
– Bremsmittel, welche die Räder des Kraftfahrzeugs abhängig von einer erkannten Seitenneigung bremsen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messachse des Gierratensensors parallel zur Fahrzeuglängsachse orientiert ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsenregelung durch ein Antiblockiersystem erfolgt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen werden.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel, der Erfindung ist in den Zeichnungen 1 bis 4 dargestellt.
1 zeigt den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
2 zeigt in beispielhafter Weise den Zusammenhang zwischen dem Schlupfschwellenwert und dem Neigungswinkel des Fahrzeugs.
3 zeigt den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
4 eine beispielhafte Anordnung der Vorrichtung am Fahrzeug.
Ausführungsbeispiele
In den Ausführungsbeispielen wird ein Motorrad als Sonderfall des einspurigen Kraftfahrzeugs betrachtet. Der Kern der Erfindung besteht darin, die Schräglage des Motorrads zu erkennen. Mit dieser Information kann beispielsweise der Algorithmus eines Motorrad-ABS(= Motorrad-Antiblockiersystem) so verändert werden, dass bei einer Geradeausbremsung (d. h. einem Bremsvorgang während einer Geradeausfahrt) die Betonung auf eine stärkere Abbremsung gelegt wird, während bei einer Kurvenfahrt eine reduzierte, aber sichere Abbremsung angestrebt wird.
Das ist dadurch begründet, dass bei einer Bremsung in einer Kurve die maximal mögliche Seitenführungskraft Fs und die maximale Bremskraft, welche jeweils der Reifen auf die Fahrbahn übertragen kann, voneinander abhängig sind. Je größer die Seitenführungskraft Fs ist, umso geringer ist die maximale Bremskraft, die der Reifen auf die Fahrbahn übertragen kann. Dieser bekannte physikalische Zusammenhang ist beispielsweise in der eingangs zitierten DE 38 39 520 A1 ausführlich beschrieben.
Bevor das in 1 dargestellte Verfahren ausführlich diskutiert wird, ist es sinnvoll, zuerst 2 kurz zu erläutern. In 2 ist in Abszissenrichtung der Neigungswinkel |α| des Fahrzeugs aufgetragen und in Ordinatenrichtung eine Schlupfschwelle s eines Antiblockiersystems. Überschreitet der Bremsschlupf eines Rades den Schlupfschwellenwert s, dann wird die auf dieses Rad wirkende Bremskraft vollständig oder teilweise reduziert, um ein Blockieren dieses Rades zu vermeiden. Anhand der Kurve in 1 ist zu erkennen, dass mit zunehmendem Neigungswinkel |α| die Schlupfschwelle s verringert wird, bei einem großen Neigungswinkel α = α5 nimmt s nur noch einen kleinen Wert s5 an. Eine Verringerung der Schlupfschwelle bedeutet anschaulich, dass die Bremswirkung bereits frühzeitiger reduziert wird. Durch die frühzeitigere Reduktion der Bremswirkung (in Längsrichtung) bei zunehmendem Neigungswinkel wird der Aufbau einer größeren Seitenführungskraft ermöglicht. Damit wird ein seitliches Wegrutschen des Motorrads in einer Kurve verhindert.
Entlang der Abszisse sind die diskreten Werte α1, ...α5 eingezeichnet, diesen sind die diskreten Schlupfschwellenwerte s1, ...s5 zugeordnet.
Die Erkennung einer Kurvenfahrt eines zweispurigen Fahrzeugs kann unter anderem mit einem Beschleunigungssensor erfolgen, dessen Messachse quer zur Fahrzeuglängsachse ausgerichtet ist. Aus der gemessenen Querbeschleunigung
und der Fahrzeuggeschwindigkeit v kann der Kurvenradius r dann eindeutig bestimmt werden. Bei einem Motorrad funktioniert dieses Verfahren jedoch nicht, da durch die Schrägstellung des Fahrzeugs in der Kurve der Beschleunigungssensor eine Komponente der Vertikalbeschleunigung mitmisst. Diese Vertikalbeschleunigung setzt sich im allgemeinen aus der Erdbeschleunigung g und einem zusätzlichen Anteil bei der Fahrt durch eine Mulde (dies wirkt auf g erhöhend) oder bei der Fahrt über eine Kuppe (dies wirkt auf g reduzierend) zusammen. Somit kann bei einem Motorrad aus den Messsignalen eines Beschleunigungssensors nicht eindeutig auf die Parameter einer Kurvenfahrt (Kurvenradius r, Neigung des Fahrzeugs) geschlossen werden. Auch die Ausrichtung der Messachse des Beschleunigungssensors in eine andere Richtung ändert dieses Problem nicht, das Problem der Verfalschung der Beschleunigungsmessung durch die Neigung des Motorrads bleibt in allen Fällen bestehen. Eine weitere Messunsicherheit kommt dazu, wenn der Fahrer Slalom fährt. Sportliche Fahrer können einen Rechts-Links-Rechts-Links-Slalomabschnitt in weniger als einer Sekunde fahren. Durch die Kreiselkräfte der drehenden Räder wird der Bewegungszustand des Fahrzeugs so kompliziert, dass durch Messung einer Beschleunigung ein Neigungswinkel nicht eindeutig bestimmt werden kann.
Zur Abhilfe der geschilderten Probleme wird folgendes vorgeschlagen: In das Motorrad wird ein Gierratensensor eingebaut, dessen Messachse parallel zur Fahrzeuglängsachse orientiert ist. Bei einer Kurvenfahrt neigt sich das Motorrad, und der Neigungswinkel kann durch zeitliche Integration der gemessenen Gierrate bestimmt werden. Das Ergebnis ist unabhangig von Kuppen, Mulden oder Slalomfahrt und kann schnell bestimmt werden.
Mit diesem Neigungswinkel können dann in einer Panik-Bremssituation bedarfsgerecht die Regelparameter modifiziert werden:

– Maximale Abbremsung bei Geradeausfahrt,
– je größer der (absolute) Neigungswinkel ist, desto schwächer wird die Abbremsung des Motorrads eingestellt, z. B. durch Absenkung der Schlupfschwellen bei einem ABS-System.

Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 1 dargestellt. Block 100 kennzeichnet den Start des Verfahrens. Danach wird zu Block 101 weitergegangen. In Block 101 erfolgt ein Rücksetzen der Parameter α und t, und zwar auf die Werte c = 0 und t = 0. Dabei kennzeichnet α den Neigungswinkel des Fahrzeugs und t kennzeichnet die Zeit. Anschließend wird in Block 102 die Gierrate ψ erfasst. Dies erfolgt durch den eingangs beschriebenen Gierratensensor. In Block 103 wird danach die Zeit um den Zeitschritt Δt erhöht, d. h. t = t + Δt.
Anschließend an Block 103 findet in Block 104 eine Abfrage |ψ| ≤ eps statt. Bei handelt es sich um den Betrag der Gierrate und es wird überprüft, ob dieser Betrag einen vorgebbaren Schwellenwert eps unterschreitet. Ist dies nicht der Fall, d. h. |ψ| > eps, dann wird zu Block 106 weitergegangen. Dort wird der Winkel α(t) erhöht und zwar gemäß der Vorschrift α(t) = α(t) + ψ·Δt. Dies entspricht einer zeitlichen Integration. Ist die Bedingung in Block 104 jedoch erfüllt, dann findet in Block 105 eine erneute Abfrage t ≥ treset statt. Damit wird überprüft, ob die Bedingung |ψ| ≤ eps während des vorgegebenen Zeitintervalls treset stets erfüllt war.
Ist diese Bedingung t ≥ treset erfüllt, dann wird zu Block 107 weitergegangen. Dort werden die Parameter α = 0 und t = 0 gesetzt. Das basiert darauf, dass jetzt angenommen werden kann, dass momentan eine Geradeausfahrt vorliegt. Anschließend an Block 107 wird zu Block 108 weitergegangen.
Ist die Bedingung in Block 105 allerdings nicht erfüllt, dann wird zu Block 106 weitergegangen. Anschließend an Block 106 wird in Block 108 der Parameter n = 1 gesetzt.
Danach findet in Block 109 eine Abfrage α(t) ≤ αn statt. Bei den Werten an handelt es sich um die in 2 eingezeichneten diskreten Werte des Neigungswinkels, zum Beispiel α1 bis α5. Ist die Bedingung in Block 109 erfüllt, dann wird in Block 111 der Schlupfgrenzwert sn eingestellt, d. h. das Antiblockiersystem arbeitet mit dem Schwellenwert sn. In Block 112 findet anschließend eine Durchführung der ABS-Algorithmen statt und danach wird zu Block 102 zurückgegangen.
Ist jedoch in Block 109 die Bedingung α(t) ≤ αn nicht erfüllt, d. h. der Neigungswinkel ist größer als an, dann wird in Block 110 n = n + 1 gesetzt. Danach wird in Block 113 abgefragt, ob n ≥ N ist. N kennzeichnet dabei den Index des größten diskreten Neigungswinkels oder auch den Index des größten diskreten Schlupfschwellenwertes. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, d. h. n ist nicht ≥ N, dann wird zu Block 109 zurückgegangen. Dort findet jetzt ein Vergleich von α(t) mit dem nächstgrößeren diskreten Wert des Neigungswinkels an statt. Ist die Bedingung n ≥ N in Block 113 jedoch erfüllt, dann wird in Block 114 n = N gesetzt und danach ebenfalls zu Block 109 zurückverzweigt.
In 3 ist der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Dabei kennzeichnet Block 9 das ABS-Steuergerät und Block 8 kennzeichnet die ABS-Hydraulik. Block 9 erhält seine Eingangssignale von Block 1 (welcher den Gierratensensor enthält), Block 2 (welcher den Drehzahlfühler des Vorderrades enthält), Block 3 (welcher den Drehzahlfühler des Hinterrades enthält), Block 7 (das ist der Bremslichtschalter der Fußbremse) sowie von Block 5 (das ist der Bremslichtschalter der Handbremse). Die Ausgangssignale des ABS-Steuergerätes 9 werden an die ABS-Hydraulik 8 weitergeleitet. Block 8 hält seine Eingangssignale von Block 4 (das ist der Bremsdruckaktuator vom Handbremshebel) und von Block 6 (das ist der Bremsdruckaktuator vom Fußbremshebel) und steuert die Blöcke 10 (das ist der Radbremszylinder des Vorderrades) und Block 11 (das ist der Radbremszylinder des Hinterrades) an.
Die Einbaupositionen der beschriebenen Komponenten 1 bis 11 an einem Motorrad sind in 4 dargestellt.
Im konkreten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass bei einem erkannten Neigungswinkel des Motorrads die Schlupfschwellen des ABS-Systems verändert werden. Selbstverständlich ist es möglich, dass neben den Schlupfschwellen auch andere Parameter durch den erkannten Neigungswinkel beeinflusst werden.

Claims

Verfahren zur Bremsenregelung bei einem einspurigen Kraftfahrzeug, bei dem – die Bremsenregelung abhängig von einer erkannten Seitenneigung (α) des Kraftfahrzeugs erfolgt und – mit zunehmendem Neigungswinkel (α) die Schlupfschwellenwerte (s) des Bremsenregelsystems verringert werden, dadurch gekennzeichnet, dass – mittels eines Gierratensensors (1) die Seitenneigung (α) des Kraftfahrzeugs erfasst wird, – wobei die Seitenneigung durch einen Neigungswinkel (α) gekennzeichnet ist, – der Neigungswinkel (α) aus der durch den Gierratensensor ermittelten Gierrate (ψ) ermittelt wird, – jedem Rad ein Schlupfschwellenwert (s) zugeordnet ist und – bei Überschreiten des Schlupfschwellenwertes durch den Bremsschlupf des entsprechenden Rades die Intensität des Bremseingriffs an diesem Rad reduziert oder aufgehoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messachse des Gierratensensors (1) parallel zur Fahrzeuglängsachse orientiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhängigkeit der Schlupfschwellenwerte (s) vom Neigungswinkel (α) einem Kennfeld entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α) aus der Gierrate (ψ) durch zeitliche Integration ermittelt wird (106).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α) dann auf Null gesetzt wird, wenn der Betrag der durch den Gierratensensor ermittelten Gierrate (ψ) während eines vorgebbaren Zeitintervalls (treset) stets einen vorgebbaren Schwellenwert (eps) unterschreitet (107).
Vorrichtung zur Bremsenregelung bei einem einspurigen Kraftfahrzeug, welche – Bremsmittel (10, 11), welche die Räder des Kraftfahrzeugs abhängig von einer erkannten Seitenneigung (α) bremsen, enthält, wobei – mit zunehmendem Neigungswinkel (α) die Schlupfschwellenwerte (s) des Bremsenregelsystems verringert werden, gekennzeichnet durch – einen Gierratensensor (1) zur Erkennung einer Seitenneigung (α) des Kraftfahrzeugs, – wobei die Seitenneigung durch einen Neigungswinkel (α) gekennzeichnet ist, – der Neigungswinkel (α) aus der durch den Gierratensensor ermittelten Gierrate (ψ) ermittelt wird, – jedem Rad ein Schlupfschwellenwert (s) zugeordnet ist und – bei Überschreiten des Schlupfschwellenwertes durch den Bremsschlupf des entsprechenden Rades die Intensität des Bremseingriffs an diesem Rad reduziert oder aufgehoben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messachse des Gierratensensors (1) parallel zur Fahrzeuglängsachse orientiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsenregelung durch ein Antiblockiersystem (9) erfolgt.