DE19545013A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Verbesserung des Regelverhaltens eines Kraftfahrzeug-Regelungssystem - Google Patents
Verfahren und Schaltungsanordnung zur Verbesserung des Regelverhaltens eines Kraftfahrzeug-RegelungssystemInfo
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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 vREF
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 vREF 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.
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Publications (2)
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DE19545013B4 DE19545013B4 (de) | 2005-10-27 |
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