DE19545012A1 - Verfahren zur Verbesserung des Regelverhaltens eines ABS - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesse­ rung des Regelverhaltens eines Antiblockiersystems (ABS), bei dem das Drehverhalten der Fahrzeugräder gemessen und zur Ermittlung des Schlupfes, der Radverzögerung und -beschleunigung und weiterer Regelgrößen, zur Abschätzung des momentanen Reibbeiwertes zwischen den Rädern und der Fahr­ bahn und zur Erzeugung von Bremsdruck-Steuersignalen ausge­ wertet wird.

Elektronisch geregelte Antiblockiersysteme zählen mittler­ weile zu den Standardausrüstungen von Kraftfahrzeugen der mittleren und gehobenen Klasse. Es gibt unterschiedliche Systeme. In den allermeisten Fällen werden die wichtigsten Eingangs- und Regelgrößen des Antiblockiersystems mit Hilfe von Radsensoren gewonnen, die das Drehverhalten der einzel­ nen Fahrzeugräder erfassen und zur Auswertung an die Elek­ tronik weiterleiten. In dem sog. Regler, der die Elektronik enthält, werden dann Bremsdruck-Steuersignale errechnet, die zur Modulation des Bremsdrucks oder Bremsdruckregelung an Aktuatoren weitergeleitet werden; dabei handelt es sich in den meisten Fällen um elektrisch steuerbare Hydraulikventi­ le.

Das Erkennen der tatsächlichen Regelungssituation aus den Informationen, die die Radsensoren liefern, und das folge­ richtige Steuern des Bremsdruckes zur Blockierschutzrege­ lung, ist bekanntlich immer dann schwierig, wenn die Inter­ pretation des Drehverhaltens der Räder keine eindeutige Aus­ sage über die momentane Straßensituation und das Fahrzeug­ verhalten zuläßt.

Der momentane Reibwert oder Reibbeiwert zwischen den Fahr­ zeugreifen und der Straße ist eine für die Blockierschutz­ regelung wichtige Größe, die die Elektronik durch Messen und logische Verknüpfung des Drehverhaltens der einzelnen Räder nach vorgegebenen Kriterien und Algorithmen näherungsweise ermittelt. Informationen über den Reibbeiwert lassen sich z. B. über die akkumulierte Druckabbauzeit während einer Re­ gelphase bzw. Instabilität eines Rades gewinnen. In bestimm­ ten Situationen, nämlich bei geringer Differenz zwischen Antriebs- und Bremsmoment - als Folge eines vorsichtigen Anbremsens auf glatter Fahrbahn etc. - können sich jedoch "schleichende" Radverläufe ergeben, welche die Gefahr eines sog. "Abseilens", d. h. Unterlaufen aller Erkennungskriterien für eine Radinstabilität, mit sich bringen. Die Auswertelo­ gik könnte also in solchen Situationen gewissermaßen "ir­ regeführt" werden. Das Verhalten der Räder muß daher nach verschiedenen Prinzipien und Kriterien analysiert werden, um ein Fehlverhalten der Regelung auszuschließen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das bei einem solchen elektroni­ schen Antiblockiersystem eine schnelle und zuverlässige Ab­ schätzung des momentanen Reibwerts bzw. Reibbeiwerts zwi­ schen Rad und Straße ermöglicht. Insbesondere geht es dabei um die Erkennung oder Bestätigung von Situationen mit nied­ rigem Reibbeiwert.

Es hat sich herausgestellt, daß diese Aufgabe mit dem im beigefügten Anspruch 1 beschriebenen Verfahren gelöst werden kann. Die Besonderheiten dieses Verfahrens bestehen darin, daß zum Erkennen eines Regelungsvorgangs auf niedrigem Reib­ wert oder Überprüfen einer auf andere Weise von der Elek­ tronik ermittelten Niedrigreibwert-Fahrsituation die Wie­ derbeschleunigung der nichtangetriebenen Räder im Anschluß an einen regelungsbedingten Bremsdruckabbau an diesen Rädern analysiert wird und daß es als Fahrsituation auf niedrigem Reib(bei)wert zwischen Rad und Straße bewertet wird, wenn in der Wiederbeschleunigungsphase gleichzeitig die maximale Wiederbeschleunigung der beiden analysierten Räder unter einem spezifischen, vorgegebenen Grenzwert und die maximale gefilterte Beschleunigung dieser Räder unter einem anderen spezifischen, ebenfalls vorgegebenen Grenzwert liegen und wenn die Dauer des positiven Verlaufs der gefilterten Be­ schleunigung in dieser Phase eine vorgegebene Zeitspanne überschreitet, und daß in dieser Niedrigreibbeiwert-Situa­ tion der Bremsdruckabbau an diesen Rädern in der folgenden Instabilitätsphase erhöht wird. Diese Erhöhung kann zweck­ mäßigerweise, wenn es sich um ein Regelungssystem mit ge­ pulster Ansteuerung der Druckabbauventile handelt - dies ist eine übliche Methode -, durch einen ungepulsten Druckabbau erzielt werden.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Erhöhung des Druck­ abbaus in dieser Situation wird erreicht, daß die nichtan­ getriebenen Fahrzeugräder nahezu ungehindert bzw. ungebremst beschleunigen und dadurch in der Lage sind, eine zu­ verlässige Information über die tatsächliche Fahrzeug­ geschwindigkeit abzugeben. Auf diese Weise wird einem "Ab­ seiler", der eine fehlerhafte Fahrzeugreferenzgeschwindig­ keit - das ist bekanntlich die durch logische Verknüpfung der einzelnen Radgeschwindigkeitssignale gewonnene Bezugs­ geschwindigkeit - zur Folge hätte mit Sicherheit vorgebeugt.

Ist die anschließende Wiederbeschleunigung des Rades höher als der für den Niedrigreibbeiwert plausible Wert, wird die Annahme bzw. logische Schlußfolgerung, daß es sich um eine Situation mit Niedrigreibbeiwert handelt, revidiert und der Raddruck an dem analysierten (nichtangetriebenen) Rad, wenn eine Blockiertendenz auftritt, in der gewohnten Weise ge­ pulst abgebaut.

Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Grenzwert für die maximale Beschleunigung auf einen Wert in der Größenordnung zwischen 2,5 und 4g, z. B. auf einen Wert von etwa 3g vorgegeben. Für den Grenzwert der gefilterten maximalen Beschleunigung kann ein Wert zwischen 1,2 und 2,5g, insbesondere zwischen 1,5 und 1,8g, günstig sein. Als kritische Dauer für den positiven Verlauf der ge­ filterten Beschleunigung, bei deren Überschreitung Niedri­ greibbeiwert erkannt wird, ist eine Zeitspanne zwischen 50 und 100 ms, insbesondere eine Zeitspanne von etwa 80 ms zweckmäßig.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Aus­ führungsbeispiels anhand der beigefügten Abbildungen hervor.

Es zeigen

Fig. 1 in schematisch vereinfachter Blockdarstellung die wichtigsten Komponenten einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Flow-Chart zur Veranschaulichung des Ablaufs der einzelnen Entscheidungsschritte im Rahmen des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 3 im Diagramm den Geschwindigkeitsverlauf eines Rades, der zugehörigen Beschleunigung und gefilterten Be­ schleunigung sowie die Zeiterfassung bei Durchfüh­ rung des Verfahrens nach der Erfindung.

Eine elektronische Schaltungsanordnung zur Verarbeitung der Eingangssignale eines Antiblockier-Systems und zur Erzeugung von Bremsdruck-Steuersignalen ist in Fig. 1 wiedergegeben. Die Eingangssignale des Regelungssystems werden mit Hilfe von Radsensoren S1 bis S4 gewonnen. In einer Aufbereitungs­ schaltung 1 werden aus den von den Sensoren gelieferten In­ formationen Signale oder Daten abgeleitet, die die Geschwin­ digkeiten der einzelnen Fahrzeugräder v₁-v₄ wiedergeben. In einer Auswerteschaltung 2 werden aus diesen Geschwindig­ keitssignalen oder -daten u. a. die Verzögerung und Beschleu­ nigung a₁-a₄ der einzelnen Räder, die zeitlichen Änderungen dieser Größen (₁-₄), der Radschlupf λ₁-λ₄ errechnet. Als Bezugsgröße für diese Schlupfberechnung wird eine näherungsweise der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechende Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v_REF benötigt, die in einem Schaltkreis 3 durch logische Verknüpfung der einzelnen Rad­ geschwindigkeitssignale v₁-v₄ ermittelt wird. In der Aus­ wertungsschaltung 2 können je nach Ausführungsform der Re­ gelelektronik noch weitere von dem Drehverhalten der ein­ zelnen Räder abhängige Signale, z. B. Spitzenwerte, Mittel­ werte usw. abgeleitet werden.

In einem symbolisch als ABS-Logik dargestellten Schaltblock 4, der umfangreiche, festverdrahtete oder programmgesteuerte Schaltungen enthält, werden auf Basis vorgegebener Regel­ algorithmen Bremsdrucksteuersignale gewonnen, die über eine Ventilansteuerung 5 einem Schaltblock 6 zugeführt werden, der Bremsdruckaktuatoren, z. B. elektromagnetisch steuerbare Hydraulikventile, enthält. Bei heutigen Systemen enthält die ABS-Logik 4 in vielen Fällen einen oder mehrere komplette Mikrocomputer oder Mikrocontroller zur Verarbeitung der Ein­ gangsdaten und zur Durchführung von Überwachungsfunktionen.

Der Ventilblock 6 kann beispielsweise den einzelnen geregel­ ten Rädern zugeordnete, elektrisch steuerbare Einlaß- und Auslaßventile enthalten, mit denen sich der Bremsdruck in den einzelnen Radbremsen auf den errechneten Wert einstellen läßt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 eine Zusatzschaltung 7, die erfindungsgemäß zur Analyse der Wiederbeschleunigung bzw. des Wiederbeschleunigungsverhaltens der nicht angetrie­ benen Fahrzeugräder - das seien hier die Räder 1 und 2 - herangezogen wird. Über Anschlußleitungen l₁, l₂ werden daher der Zusatzschaltung 7 die mit Hilfe der Auswertungsschaltung 2 gewonnenen Verzögerungs- und Beschleunigungssignale a₁, a₂, die die benötigen Eingangsinformationen für die Zusatzschal­ tung 7 enthalten, zugeführt. Diese Verzögerungs- oder Be­ schleunigungssignale a₁ . . . a₄ stellen bekanntlich die erste zeitliche Ableitung der Radgeschwindigkeit v₁ . . . v₄ dar. In der Auswerteschaltung 2 oder - wie in der hier gewählten Darstellungsweise - in der Zusatzschaltung 7 werden die ge­ filterten Geschwindigkeitssignale a_F3, a_F4 gebildet. Die au­ ßerdem für das erfindungsgemäße Verfahren benötigte Dauer T_F des positiven Verlaufs der gefilterten Beschleunigung a_F1, a_F2 wird ebenfalls in der Zusatzschaltung 7 ermittelt.

Schließlich ist in Fig. 1 noch eine weitere Zusatzschaltung 8 gestrichelt eingezeichnet, die symbolisch Schaltkreise und/oder Programmblöcke darstellt, mit denen weitere ABS- Funktionen und Auswertemethoden der Eingangsinformationen realisiert sind. Es ist nämlich zweckmäßig, die durch Aus­ wertung der Radsensor-Signale gewonnenen Informationen nach unterschiedlichen Kriterien auszuwerten, zu überwachen und abzusichern, um den sehr unterschiedlichen Situationen, auf die die Regelung in der geeigneten Weise reagieren muß, zu erfassen. Mit Hilfe der in der nur angedeuteten Zusatzschal­ tung 8 gewonnenen Signale wird die Datenverarbeitung in der ABS-Logik 4 den mit Hilfe der Schaltung 8 gewonnenen Er­ kenntnissen bzw. den speziellen Bedingungen angepaßt.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäß erforderlichen Zusatz­ schaltung 7 wird durch das Flow-Chart nach Fig. 2 veran­ schaulicht. Durch Programmierung oder logische Verknüpfung wird mit Hilfe der Zusatzschaltung 7 folgende Funktion ausgeführt: Nach dem START dieser Sonderfunktion werden als erstes in "9" die von den nichtangetriebenen Rädern stammen­ den Beschleunigungssignale ermittelt; in dem Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 1 erfolgt diese Auswahl durch die aus­ schließliche Anbindung der Zusatzschaltung 7 über die Lei­ tungen l₁, l₂ an die nichtangetriebenen Fahrzeugräder.

In einer Verzweigung 10 wird dann gemäß Fig. 2 zunächst für ein Rad, hier für das linke Vorderrad "VL", festgestellt, ob der Maximalwert der Wiederbeschleunigung a_VL in einer Wie­ derbeschleunigungsphase nach vorangegangenem Druckabbau einen Grenzwert a_G erreicht. In dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine Schal­ tungsanordnung für ein Fahrzeug mit Heckantrieb, weshalb die Vorderräder VL, VR diejenigen sind, die nach dem erfindungs­ gemäßen Verfahren analysiert werden.

Liegen nun der Maximalwert der Wiederbeschleunigung a_VL des linken Vorderrades VL unter dem vorgegebenen Grenzwert a_G und der Maximalwert der gefilterten Wiederbeschleunigung a_FVL dieses Rades unter einem für die gefilterte Beschleunigung vorgegebenen Grenzwert a_FG, was in einer Verzweigung 11 er­ mittelt wird, folgt Schritt 12. Wird in "12" die Frage nach der ausreichenden Dauer T_F des positiven Verlaufs der gefil­ terten Beschleunigung "bejaht", ist also die Dauer T_F größer als ein vorgegebener Grenzwert T_G, schließt sich die gleiche Abfragefolge für das zweite nichtangetriebene Rad, nämlich für das Vorderrad VR, an.

Die Entscheidungsschritte 13, 14 und 15 entsprechen vollends den erläuterten Schritten 10 bis 12. Die genannten Bedingun­ gen müssen nämlich für beide nichtangetriebenen Räder er­ füllt sein, um in einem Programmschritt 16 eine Niedrigreib(bei)wert-Situation bzw. ein Kriterium für eine solche Situation (Niedrigreibbeiwert-Verdacht) zu erkennen. Als Reaktion auf die Erkennung des Niedrigreib(bei)wertes wird in einem Schritt 17 ein permanenter Druckabbau bis zum Eintritt der Radwiederbeschleunigung in der anschließenden Regelphase, d. h. bei dem anschließenden Instabilwerden Hochlaufen des Rades, herbeigeführt. Die Abfrageprozedur - dargestellt in Fig. 2 - beginnt von neuem.

Das erfindungsgemäße Verfahren gelangt also nur dann zur Wirkung, wenn an beiden nichtangetriebenen Rädern vorgege­ bene Grenzwerte eingehalten bzw. überschritten werden. Für den Maximalwert a_max der Radbeschleunigung a hat sich ein Grenzwert zwischen 2,5 und 4g - in einem speziellen Ausfüh­ rungsbeispiel ein Grenzwert von etwa 3g - als zweckmäßig erwiesen. Für den Maximalwert a_Fmax der gefilterten Radbe­ schleunigung a_F hat sich ein Grenzwert zwischen 1,2 und 2,5g - im speziellen Beispiel zwischen 1,5 und 1,8g - als beson­ ders vorteilhaft gezeigt. Für die Zeitspanne des positiven Verlaufs der gefilterten Beschleunigung a_F in dieser Phase sollte der Mindestwert zwischen 50 und 100 ms liegen; in dem speziellen Ausführungsbeispiel wurde dieser Mindestwert auf etwa 80 ms festgesetzt.

In Fig. 3 sind in den Kurven "A" bis "D" der Geschwindig­ keitsverlauf v_R eines nichtangetriebenen Vorderrades, die zugehörige Radbeschleunigung A, die zugehörige gefilterte Beschleunigung a_F und die Zeiterfassung, z. B. mit Hilfe eines entsprechend gesteuerten Zählers oder eines Integra­ tors, in einer Situation erfaßt und dargestellt, in der sich das erfindungsgemäße Verfahren auf die Regelung auswirkt und zur Regelungsverbesserung führt.

Zum Zeitpunkt t₀ zeigt das nichtangetriebene Rad, dessen Geschwindigkeit mit v_R bezeichnet ist, Blockiertendenz. Die Blockierschutzregelung setzt ein. Die zeitliche Änderung der Radgeschwindigkeit v_R, nämlich die Verzögerung und Beschleu­ nigung a, erreicht in der Wiederbeschleunigungsphase zum Zeitpunkt t₁ einen Maximalwert a_max (siehe Fig. 3B). Die ge­ filterte Radverzögerung und Wiederbeschleunigung a_F erreicht naturgemäß den Maximalwert - es interessiert hier nur die Wiederbeschleunigung nach der ersten Instabilität des Rades - etwas später, nämlich zum Zeitpunkt t₂ (siehe Fig. 3C). Die Dauer des positiven Verlaufs der gefilterten Beschleunigung erreicht bzw. überschreitet einen Zeit-Grenzwert T_G. In dem Beispiel nach den Diagrammen in Fig. 3 liegen die Beschleunigungs-Maximalwerte a_max und a_Fmax unter den vor­ gegebenen Grenzwerten a_G bzw. a_FG. Die Dauer der positiven Halbwelle T liegt über dem Grenzwert T_G. Da die Bedingungen für beide nichtangetriebenen Räder erfüllt sind, wird, wie bereits anhand der Fig. 2 erläutert, daraus auf das Vorlie­ gen einer Situation mit "Niedrigreib(bei)wert" geschlossen und eine erhöhter oder sogar permanenter Druckabbau in der folgenden Instabilitätsphase, die zum Zeitpunkt t₄ in dem Beispiel nach Fig. 3 einsetzt, herbeigeführt.

Durch die erfindungsgemäße Analyse wird eine besonders sichere, schnelle und zuverlässige Erkennung des aktuellen Reibbeiwertes und insbesondere eines niedrigen Reibbeiwertes gewährleistet. Die Erkennung der Niedrigreib(bei)wert-Situa­ tion ist dadurch schon durch den Radverlauf in der ersten Regelphase durch Auswertung der Wiederbeschleunigung der nichtangetriebenen Räder möglich.

Claims (5)

1. Verfahren zur Verbesserung des Regelverhaltens eines Antiblockier-Systems, bei dem das Drehverhalten der Fahrzeugräder gemessen und zur Ermittlung des Schlupfes, der Radverzögerung und -beschleunigung sowie weiterer Regelgrößen, zur Abschätzung des momentanen Reibbeiwer­ tes zwischen den Rädern und der Fahrbahn und zur Erzeu­ gung von Bremsdruck-Steuersignalen ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiederbeschleunigung (a) der nichtangetriebenen Räder im Anschluß an einen rege­ lungsbedingten Bremsdruckabbau an diesen Rädern analy­ siert wird und daß der Reibbeiwert zwischen Rad und Straße als niedrig bewertet wird, wenn in der Wiederbe­ schleunigungsphase gleichzeitig die maximale Wiederbe­ schleunigung (a_max) der beiden nichtangetriebenen Räder des Fahrzeugs unter einem vorgegebenen Grenzwert (a_G) und die maximale gefilterte Beschleunigung (a_Fmax) dieser Räder unter einem spezifischen, vorgegebenen Grenzwert (a_FG) liegen und wenn die Dauer (T) des positiven Ver­ laufs der gefilterten Beschleunigung (a_F) in dieser Phase eine vorgegebene Zeitspanne (T_G) überschreitet, und daß in dieser Niedrigreibbeiwert-Situation der Bremsdruck­ abbau an den nichtangetriebenen Rädern in der folgenden Instabilitätsphase erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Antiblockiersystem mit Regelung des Bremsdruc­ kes durch Druckaufbau- und Druckabbaupulse der Brems­ druckabbau in der Niedrigreibbeiwert-Situation durch permanente Ansteuerung des Druckabbauventils erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Grenzwert (a_G) für die maximale Beschleuni­ gung (a_max) auf einen Wert in der Größenordnung zwischen 2,5g und 4g, z. B. auf einen Wert von etwa 3 g festge­ setzt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert (a_Fa) für die maximale gefilterte Beschleunigung (a_Fmax) mit 1,2g bis 2,5g, insbesondere mit 1,5-1,8g vorgegeben wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert (T_G) für die Dauer (T) des positiven Verlaufs der gefilterten Rad­ beschleunigung (a_F) auf einen Wert zwischen 50 und 100 ms, insbesondere als ein Wert von etwa 80 ms, festge­ setzt wird.