DE19545013A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Verbesserung des Regelverhaltens eines Kraftfahrzeug-Regelungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesse­ rung des Regelverhaltens eines Kraftfahrzeug-Regelungs­ systems, insbesondere eines Antiblockiersystems (ABS), einer Antriebsschlupfregelung (ASR), eines Fahrstabili­ tätsregelungssystems (FSR, ASMS), einer Fahrwerksregelung oder dergleichen, bei dem das Drehverhalten der Fahrzeug­ räder gemessen und aus den Meßwerten Eingangsgrößen oder Eingangsinformationen für die Regelung gewonnen werden. Schaltungsanordnungen zur Durchführung des Verfahrens ge­ hören ebenfalls zur Erfindung.

Bei Fahrzeugen der mittleren und höheren Preisklasse gehö­ ren heutzutage Antiblockiersysteme (ABS) zu den Standard­ ausrüstungen. Antriebsschlupfregelungen (ASR) werden in zunehmendem Maße gewünscht. Fahrstabilitätsregelungssyste­ me (FSR, ASMS) gewinnen ebenfalls an Bedeutung. Bei klei­ neren und preiswerteren Fahrzeugen wird die Akzeptanz sol­ cher Regelungssysteme weitgehend von dem Preis der Anlage bestimmt.

Die wichtigsten Eingangsinformationen für solche KFZ-Rege­ lungssysteme werden mit Radsensoren, die das Drehverhalten der einzelnen Räder ermitteln, gewonnen. Dies gilt unein­ geschränkt für ein ABS und ein ASR; bei den Fahrstabili­ tätsregelungssystemen (ASMS) werden zusätzlich noch weite­ re Informationen und damit weitere Sensoren benötigt.

Für solche Regelungssysteme ist grundsätzlich die direkte oder indirekte Ermittlung der momentanen Fahrbahnbeschaf­ fenheit von entscheidender Bedeutung. In den meisten Fäl­ len kann das Regelungssystem aus dem Raddrehverhalten der einzelnen Räder, Vergleich der Meßwerte und des Änderungs­ verhaltens etc. die Fahrbahnbeschaffenheit recht genau ermitteln. Es gibt jedoch Fahrbahnen, Fahrsituationen und Regelungsvorgänge, in denen die Auswertung der Radsensor­ signale zu ungenügenden, mehrdeutigen oder gar irrigen Informationen führt. Solche Schwierigkeiten treten z. B. bei geländegängigen Fahrzeugen auf, wenn sich diese auf bestimmtem Fahruntergrund befinden, beispielsweise auf Schotterstraßen, Waldboden, Feldwegen, auf Sand oder auf Neuschnee. Je nach Beschaffenheit der Fahrbahn ergeben sich andere Zusammenhänge zwischen der Fahrbahnfriktion bzw. dem Kraftschluß zwischen Reifen und Fahrbahn und dem Schlupf, so daß z. B. für eine Blockierschutzregelung un­ terschiedliche Regelungs-Strategien bzw. Regelungs-Schema­ ta zum Erreichen eines wirkungsvollen oder annähernd opti­ malen Bremsvorganges erforderlich sind. So kann beispiels­ weise bei abschüssiger Fahrbahn, wenn sich Sand oder Schnee auf der Fahrbahn befinden, ein größerer Schlupf oder gar ein zeitweises Blockieren eines Rades zur Erzie­ lung eines kurzen Bremsweges günstig sein; in dieser Si­ tuation wird durch Aufschieben eines Sand- oder Schnee­ keils die Bremswirkung unterstützt. Auf hartem Untergrund gelten völlig andersartige Strategien; auch das zeitweise Blockieren eines Rades muß vermieden werden. Das Erkennen der jeweiligen Situation als Voraussetzung zur Anpassung der Regelungsstrategie an die momentane Situation bereitet jedoch Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das Regel­ verhalten eines Kraftfahrzeug-Regelungssystem in kriti­ schen Situationen, in denen die aus dem Drehverhalten der Räder abgeleiteten Informationen nicht genügen oder mehr­ deutig sind, entscheidend zu verbessern.

Es hat sich herausgestellt, daß diese Aufgabe mit dem im Anspruch 1 beschriebenen Verfahren gelöst werden kann. Das Besondere dieses Verfahrens besteht darin, daß bei der Fahrbewegung des Kraftfahrzeugs entstehende Geräusch- bzw. Schwingungsspektren mit Hilfe eines oder mehrerer Schwin­ gungssensoren, wie Körperschallaufnehmer, Schallsensoren oder dergleichen, aufgenommen, analysiert und zur Gewin­ nung von Informationen über die Fahrbahnbeschaffenheit und/oder über die momentane Fahrsituation ausgewertet wer­ den. Die Regelung wird dann durch das Regelungssystem der "erkannten" Fahrbahnbeschaffenheit und Fahrsituation ange­ paßt.

Die Erfindung geht also von der Erkenntnis aus, daß mit Schallsensoren, Schallaufnehmern, Vibrationssensoren etc. Signalspektren aufgenommen werden können, die Informatio­ nen über die Fahrbahnbeschaffenheit oder über die Fahr­ situation enthalten. Es wird die Erkenntnis ausgewertet, daß die Fahrbewegung auf unterschiedlichem Grund unter­ schiedliche, aber signifikante, nach Klassen reproduzier­ bare Geräuschspektren an Reifen und Achsteilen hervorru­ fen. Mit Hilfe bekannter elektronischer Auswerte- und Ana­ lysenmethoden kann dann aus den Spektren auf die Fahrbahn­ beschaffenheit oder Fahrsituation geschlossen werden. Für "grobe" Informationen genügt bereits ein relativ geringer elektronischer Aufwand; mit höherem Aufwand lassen sich auch verhältnismäßig genaue, differenzierte Informationen gewinnen. Das mit solchen Schallsensoren gewonnene Signal läßt sich bei Erkennung vom "Off-Road-Fahrbahnen" z. B. auch zum Eingriff in ein automatisches Getriebe einsetzen.

Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die mit den Schall­ sensoren gewonnenen Informationen mit den von den Radsen­ soren abgeleiteten Eingangsinformationen über das Dreh­ verhalten der einzelnen Räder verglichen. Da die Radsenso­ ren und die Schallsensoren die Informationen nach unter­ schiedlichen Kriterien ermitteln, ist auf diese Weise auch eine gegenseitige Überwachung auf ordnungsgemäße Funktion oder eine "Absicherung" der Meßwerte zu erreichen.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele und Schaltungsanordnun­ gen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Details anhand der beigefügten Abbildung hervor. Diese Abbildung zeigt in schematisch vereinfachter Darstellungsweise die wichtigsten Komponenten einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung.

Dargestellt ist ein Kraftfahrzeug-Regelungssystem, das zur Blockierschutzregelung (ABS) und Antriebsschlupfregelung (ASR) dient. Eine Erweiterung zu einem Fahrstabilitäts­ regelungssystem (ASMS) wäre grundsätzlich ebenfalls mög­ lich, wobei die dargestellten Komponenten weiterhin benö­ tigt, allerdings noch einige zusätzliche, nicht dar­ gestellte Sensoren und Schaltkreise hinzugefügt werden müßten.

Wichtigste Quelle für Eingangsgrößen eines Kraftfahrzeug- Regelungssystems sind üblicherweise und auch im dar­ gestellten Beispiel die Radsensoren S1 bis S4, mit denen das Drehverhalten der einzelnen Fahrzeugräder gemessen wird. In einer Aufbereitungsschaltung 1 werden aus den Ausgangssignalen der Radsensoren Signale oder Daten v₁-v₄ gewonnen, die den Geschwindigkeitsverlauf der einzelnen Räder wiedergeben. Durch logische Verknüpfung der Ge­ schwindigkeitssignale wird in einem Schaltkreis 2 in be­ kannter Weise eine Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit v_REF gebildet, die näherungsweise der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht. In einer Auswertungsschaltung 3 werden aus den Radgeschwindigkeitssignalen v₁-v₄ weitere für die Rege­ lung benötigten Größen, insbesondere die Verzögerungs- und Beschleunigungssignale ₁-₄, die Rucksignale ₁-₄ und die Radschlupfsignale λ₁-λ₄ gewonnen bzw. errechnet. Auf Basis dieser radindividuellen Signale und der Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit v_REF werden in einer Reg­ lerlogik 4 Steuersignale für Aktuatoren des Regelungssy­ stems, beispielsweise für die elektromagnetisch steuer­ baren Hydraulikventile einer hydraulischen Bremsanlage, erzeugt. Ein Ventilblock 5 symbolisiert die Aktuatoren bzw. Ventile einer solchen Bremsanlage.

Die Reglerlogik 4 enthält bei modernen Regelungssystemen der hier beschriebenen Art einen oder mehrere Mikrocompu­ ter oder Mikrocontroller, die durch Datenverarbeitung aus den zugeführten Eingangsinformationen die Steuersignale für die Aktuatoren 5 auf Basis umfangreicher Programme und komplizierter Algorithmen erzeugen. Die Reglerlogik ent­ hält im dargestellten Beispiel in Form von Schaltkreisen oder Programmblöcken eine Reibwerterkennung (RW-ERK.), eine Kurvenerkennung (KV-ERK.), eine Regelphasen-Erkennung (PH-ERK.), eine Ventilsteuerung (V-ANST.) für die ABS- und ASR-Ventile und eine Energieversorgungs-Steuerung (ENERG). Die zu dem Ventilblock 5 und zurück führenden Pfeile deu­ ten Mehrfachleitungen oder BUS-Systeme an, über die die Ventile gesteuert werden und über die Rückmeldungen erfol­ gen.

Erfindungswesentlich ist die Ergänzung einer solchen Schaltungsanordnung durch Schwingungssensoren SS1, SS2, die über Signal-Auswertungsschaltungen 6 mit der darge­ stellten Schaltungsanordnung verbunden sind. Diese Schal­ tungen 6 enthalten die zur Aufbereitung der Schallsensor­ signale, Auswertung und logische Verknüpfung mit anderen Informationen benötigten Schaltkreise oder eine ent­ sprechende Programmstruktur, wenn es sich um ein Schal­ tungssystem auf Basis programmgesteuerter Schaltkreise handelt.

Als Schwingungssensoren SS1, SS2, die die erfindungsgemäß ermittelten und analysierten Schwingungsspektren aufneh­ men, sind beispielsweise Körperschallmikrofone geeignet, die an der Fahrzeugachse oder an dem Fahrzeug-Chassis an Stellen angebracht sind, denen die für die Fahrbahn­ beschaffenheit typischen Signale auftreten. Im allgemeinen dürfte es sinnvoll sein, die günstigsten Anbringungsorte empirisch zu ermitteln. Je nach Anforderung ist es zweck­ mäßig, einen oder mehrere Mikrofone zu verwenden.

Eine weitere Möglichkeit zur Erlangung der erwünschten Zusatzinformationen ohne zusätzlichen Herstellungsaufwand besteht darin, ohnehin vorhandene Beschleunigungssensoren gleichzeitig auch zur Messung von Schallschwingungen mitzuverwenden. Es gibt zahlreiche, nach unterschiedlichen Prinzipien aufgebaute Schallaufnehmer, Körperschallaufneh­ mer, Vibrationsaufnehmer, Mikrofone, Beschleunigungsauf­ nehmer und dergleichen, die zur Aufnahme der erfindungs­ gemäß ausgewerteten Schwingungsspektren geeignet sind.

In der Auswertungsschaltung 6 findet nach einem Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung ein Vergleich der mit den Schwingungssensoren SS1, SS2 gewonnen und ausgewerteten Informationen mit den in der herkömmlichen Weise aus den Radsensoren S1-S4 abgeleiteten Daten statt. Durch einen solchen Vergleich lassen sich Zusatzinformationen zur Ver­ besserung der Regelung, beispielsweise einer Blockier­ schutzregelung oder Antriebsschlupfregelung, gewinnen. Hierzu wird das Vergleichsergebnis über eine Signalleitung 7 der Reglerlogik 4 gemeldet.

Andererseits oder zusätzlich können jedoch die aus den Schwingungsspektren gewonnenen Informationen auch zur Überwachung der ordnungsgemäßen Funktion der Signalver­ arbeitungswege, die von den Radsensoren S1-S4 zu der Auswerteschaltung 3 führen, verwendet werden. Auf diese Weise können die mit den verschiedenen Sensortypen S1-S4 bzw. SS1 und SS2 gewonnenen Daten "abgesichert" werden; es wird überprüft, ob die verschiedenen Informationen "plau­ sibel" sind oder ob sie sich widersprechen.

In der Reglerlogik 4 werden nun die Erkenntnisse, die in der Auswertungsschaltung 6 gewonnen und über die Leitung 7 gemeldet wurden, in die Regelphilosophie bzw. in den Rege­ lungsablauf einbezogen. Beispielsweise wird in Abhängig­ keit von der Fahrbahnbeschaffenheit ein Regelungs-Modus oder Regelungs-Schema ausgewählt und in Funktion gesetzt, das dem jeweiligen Fahruntergrund am besten gerecht wird. Bei einer Fahrt im Gelände oder auf Neuschnee kann, wie bereits eingangs erwähnt, eine bewußte, zeitlich begrenzte Blockierung eines oder mehrerer Räder in Kauf genommen werden, um einen möglichst kurzen Bremsweg zu erzielen. In anderen Situationen, z. B. auf der Autobahn, muß dagegen das Blockieren eines Rades mit hoher Zuverlässigkeit ver­ hindert werden. Der Regelungsverlauf kann, wie leicht ein­ zusehen ist, auf sehr unterschiedliche Weise an den jewei­ ligen Untergrund, bzw. an die Fahrbahnbeschaffenheit oder die Fahrsituation angepaßt werden, wobei zweckmäßigerweise zusätzlich noch die Fahrzeuggeschwindigkeit einbezogen wird.

Die von den zusätzlichen Schwingungssensoren (SS1, SS2) gelieferten Informationen können erfindungsgemäß nicht nur mit den von den Radsensoren gelieferten Informationen, sondern zusätzlich auch mit weiteren Sensorinformationen kombiniert werden. Beispielsweise enthalten manche Kraftfahrzeug-Regelungssysteme Quer- und Längsbeschleuni­ gungssensoren, Lenkwinkelgeber, Giergeschwindigkeitssenso­ ren, Neigungssensoren usw., deren Aussagen über die momen­ tane Situation durch Kenntnis der Fahrbahnbeschaffenheit, nämlich der aus den Schwingungsspektren gewonnenen Infor­ mationen, erheblich erweitert und abgesichert werden kön­ nen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Verbesserung des Regelverhaltens eines Kraftfahrzeug-Regelungssystems, insbesondere eines Antiblockier-Systems, einer Antriebsschlupfregelung, einer Fahrstabilitätsregelung, einer Fahrwerksregelung oder dergleichen, bei dem das Drehverhalten der Fahr­ zeugräder gemessen und aus den Meßwerten Eingangsgrö­ ßen bzw. Eingangsinformationen für die Regelung gewon­ nen werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Fahr­ bewegung des Kraftfahrzeuges entstehende Geräusch­ bzw. Schwingungsspektren mit Hilfe eines oder mehrerer Schwingungssensoren (SS1, SS2), wie Körperschallauf­ nehmern, Schallsensoren oder dergleichen, aufgenommen, analysiert und zur Gewinnung von Informationen über die Fahrbahnbeschaffenheit und/oder über die Fahrsi­ tuation ausgewertet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Schwingungssensoren (SS1, SS2) gewonnenen Informationen mit den von Radsensoren (S1-S4) abgeleiteten Informationen oder Regelgrößen verglichen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die mit den Schwingungssensoren (SS1, SS2) gewonnenen Informationen zur Überwachung und Absiche­ rung der mit den Radsensoren (S1-S4) gewonnenen Ein­ gangsinformationen des Regelsystems verwendet werden.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, mit Radsensoren zur Ermittlung des Drehverhaltens der einzelnen Räder als Eingangsgrößen für die Regelung und mit Schaltungen zur Auswertung der Radsensorsigna­ le und zur Erzeugung von Steuersignalen für Aktuatoren des Regelungssystems, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ sätzlich zu den Radsensoren (S1-S4) des Regelungs­ systems Schwingungssensoren (SS1, SS2), die von der jeweiligen Fahrbahnbeschaffenheit und/oder Fahrsitua­ tion abhängige, typische Schwingungsspektren erfassen, und zusätzliche Auswertungsschaltungen (6) vorhanden sind, die eine Anpassung der Regelung an die momentane Fahrbahnbeschaffenheit bzw. Fahrsituation herbeifüh­ ren.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungssensoren (SS1, SS2) in Form von Körperschallmikrofonen ausgebildet sind, die an dem Chassis des Kraftfahrzeugs verteilt ange­ ordnet sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Auswerteschaltun­ gen (6) die mit den Radsensoren (S1-S4) und die mit den Schwingungssensoren (SS1, SS2) gewonnenen Informa­ tionen logisch verknüpfen und zur Anpassung der Rege­ lung an die momentane Fahrbahnbeschaffenheit oder Fahrsituation auswerten.

7. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der An­ sprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ wertungsschaltungen (6) Schaltkreise zur Überwachung des Regelungssystems durch logische Verknüpfung der mit den Radsensoren (S1-S4) und der mit den Schwin­ gungssensoren (SS1, SS2) gewonnenen Informationen auf­ weist.