DE19609869B4

DE19609869B4 - Bremskraft-Regelungssystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19609869B4
Application number: DE19609869A
Authority: DE
Inventors: Yutaka Susono Hirano; Akira Susono Eiraku; Shin'ichi Toyota Soejima; Yoshinori Toyota Kadowaki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-03-14
Filing date: 1996-03-13
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2016-03-14
Also published as: DE19609869A1; JPH08244592A; US5577812A; JP3565938B2

Abstract

Bremskraft-Regelungssystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer Regeleinrichtung für den hydraulischen Druck, welche einen hydraulischen Druck regelt, der durch einen Hauptzylinder oder eine Pumpe in einem Bremssystem erzeugt wird, um so den Druck in Übereinstimmung mit dem Fahrzustand des Kraftfahrzeuges zu erhöhen oder zu verringern, mit:
Berechnungsmitteln für den Ist-Schlupf zur Berechnung eines Ist-Schlupfes eines Rades;
Berechnungsmitteln für den hydraulischen Soll-Bremsdruck zur Berechnung eines hydraulischen Soll-Bremsdrucks, zumindest aus einem Schlupfzustand des Kraftfahrzeuges;
Erfassungsmitteln zur Erfassung des hydraulischen Druckes, der durch den Hauptzylinder oder die Pumpe erzeugt wird;
Berechnungsmitteln für einen geschätzten Bremshydraulikdruck zur Berechnung eines geschätzten Bremshydraulikdrucks, von dem angenommen wird, daß er tatsächlich aktuell im Bremssystem vorliegt, über den erfaßten hydraulischen Druck und einen Wert des geschätzten Bremshydraulikdrucks aus einem vorherigen Berechnungszyklus, mittels eines Modells (Regelungsmodul 8) für den hydraulischen Druck, wobei bei dem Modell ein Stellglied zur Einstellung einer Stellgröße für den hydraulischen Druck als...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsregelung für ein Kraftfahrzeug. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Bremskraft-Regelungssystem für ein Kraftfahrzeug, bei dem ein hydraulischer Druck, der durch den Hauptzylinder (oder eine Pumpe) eines Bremssystems erzeugt wird, geregelt wird, um in Übereinstimmung mit den Fahrbedingungen des Kraftfahrzeuges anzusteigen oder abzufallen.
Es wurden bereits ABS-Systeme entwickelt, um die Stabilität und die Lenkfähigkeit eines Kraftfahrzeuges bei einer plötzlichen Bremsung etc. sicher zu stellen. Bei einem solchen System wird der hydraulische Druck, der durch den Hauptzylinder eines Bremssystems erzeugt wird, geregelt, um in Übereinstimmung mit den Fahrbedingungen des Kraftfahrzeuges anzusteigen oder abzufallen, d.h. in Übereinstimmung mit der Rotations-Situation der Räder und der Beschaffenheit einer Straßenoberfläche. Somit verhindert das ABS-System, daß auf die Räder eine übermäßige Bremskraft aufgebracht wird und daß diese blockieren.

Entsprechend der offengelegten japanischen Patentanmeldung JP 05–502423 A wird der Zielbremshydraulikdruck (oder erwünschter Bremshydraulikdruck) des Bremssystems durch eine PI- (proportional-plus-integral) Feedback-Regelung erhalten, basierend auf der Abweichung zwischen einem Soll-Schlupf und einem Ist-Schlupf, der aus den Radgeschwindigkeiten, einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs, etc. berechnet wird. Nebenbei bemerkt, wird die Umschaltung eines ABS-Regelungsventils für den hydraulischen Druck so geregelt, daß die Schaltzeit des Ventils auf der Basis eines Umkehrmodells für den hydraulischen Druck entsprechend dem oben erwähnten Soll-Bremshydraulikdruck, auf der Basis eines Zufuhrdruckes, der durch den Hauptzylinder des Bremssystems zugeführt wird, sowie auf der Basis einer Seitenkraft berechnet wird, die auf das Rad einwirkt.

Bei jedem der herkömmlichen Bremskraft Regelungssysteme dieses Typs wie auch bei dem zuvor erwähnten System nach der offengelegten Japanischen Patentanmeldung JP 05–502423 A, wird der Soll-Bremshydraulikdruck, der als Index für die Regelung dient, direkt aus solchen Parametern abgeleitet, wie etwa dem Soll-Schlupf, den Geschwindigkeiten der Räder und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Dies hat das Problem aufgeworfen, dass eine umfangreichere oder umfassendere Regelung, die die Bewegungszustände des Kraftfahrzeuges berücksichtigen, nicht verwirklicht werden kann.

Beispielsweise benutzt das Regelungssystem, welches in der offengelegten Japanischen Patentanmeldung JP 05–502423 A offenbart ist, bei der Berechnung der Schaltzeit des Ventils, unter Einsatz des Umkehrmodells für den hydraulischen Druck, lediglich eine Öffnung als Modell für das Ventil und berechnet die Schaltzeit des Ventils in Übereinstimmung mit dem statischen Modell. In dem praktischen hydraulischen System kann jedoch eine hohe Präzision nicht sicher gestellt werden, solange die Änderung der Steifigkeit der Leitungen nicht berücksichtigt wird. Weiterhin kann der erzeugte hydraulische Druck nicht mit einer zufriedenstellenden Präzision geregelt werden, solange nicht die Schaltzeit des Ventils in Übereinstimmung mit einem dynamischen Modell berechnet wird, bei dem sogar die Bewegungen des Kraftfahrzeuges, die Stellung und Phase eines Stellgliedes, die Eigenschaften des hydraulischen Druckes des Stellgliedes, etc. Berücksichtigung finden.

Jedes der Regelungssysteme nach dem Stand der Technik hat deshalb das Problem, daß beispielsweise die Stellung und die Phase des Stellgliedes oder der hydraulische Druck manchmal ungeeignet sind, um richtig mit den tatsächlichen Bewegungen des Kraftfahrzeuges übereinzustimmen, so daß die Regelung der Bremskräfte während der Regelung des (Fahr-) Verhaltens des Fahrzeugs nicht immer optimal wird.

Mit anderen Worten ausgedrückt: das zuvor erwähnte Verfahren, bei dem der "Soll-Bremshydraulikdruck" direkt aus den Parametern für den Soll-Schlupf, für die Geschwindigkeit der Räder, für die Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder ähnlichem berechnet wird, weist das Problem auf, daß, sogar wenn beispielsweise solche Soll-Bremshydraulikdrücke unabhängig voneinander für die rechten und linken Räder geeignet berechnet werden, die "sich ergebenden tatsächlichen Bremskräfte für die rechten und linken Räder" nicht immer passend mit dem tatsächlichen (Fahr-) Verhalten des Kraftfahrzeuges übereinstimmen.

Deshalb ist es bis jetzt schwierig gewesen die Regelung der Bremskräfte für die Regelung der Bewegung und für die Lageregelung etc. des Kraftfahrzeuges vorteilhaft einzusetzen.

Aus der DE 40 30 724 A1 ist ein ABS-Regelungssystem bekannt, bei dem mit Hilfe mehrerer Mess- und Schätzgrößen ein Sollschlupf ermittelt wird, der mit einem Istschlupf verglichen wird. Die Abweichung wird zusammen mit anderen Größen in einen Sollbremsdruck umgesetzt, der dann in eine Ventilansteuerzeit umgewandelt wird. Dabei wird der augenblicklich vorliegende Bremsdruck mit Hilfe eines inversen Hydraulikmodells unter Verwendung des gemessenen Vordruckes berechnet.

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die Probleme des Standes der Technik zu lösen und hat die Aufgabe ein Bremskraft-Regelungssystem für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, welches in der Lage ist, eine Bremsregelung durchzuführen, die mit dem aktuellen Bewegungs-Zustand oder dem aktuellen Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges übereinstimmt.

Die vorliegende Erfindung löst die oben angegebene Aufgabe durch Schaffung einer Konstruktion, wie sie im Anspruch 1 definiert ist, deren Aufbau in der 1 dargestellt ist.

Während des Betriebs wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung der aktuelle Ist-Schlupf bzw. Schlupffaktor (oder -rate) aus der Geschwindigkeit des Rades und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs berechnet, sowie zuerst eine physikalische Größe, die als "Soll-Bremsdrehmoment" bezeichnet wird, indem der berechnete Ist-Schlupf und der Soll-Schlupf benutzt werden. Die physikalische Größe (Quantität) des Ziel-Bremsdrehmoments entspricht einem Konzept einer identischen Dimension verschiedener Einflußgrößen, die die Bewegung und das Verhalten des Kraftfahrzeuges beschreiben. Der Wert kann deshalb so festgelegt werden, daß er sehr genau mit der tatsächlichen Bewegung und dem tatsächlichen Verhalten des Kraftfahrzeuges in jeder Situation übereinstimmt.

Danach wird das erwünschte Bremsdrehmoment in den gewünschten Bremshydraulikdruck umgewandelt bzw. umgerechnet. Nebenbei bemerkt, es wird der geschätzte Bremshydraulikdruck, der geschätzt wird und der tatsächlich in dem Bremssystem für die Räder des Kraftfahrzeuges wirkt, aus dem letzten Wert des geschätzten Bremshydraulikdrucks und aus dem hydraulischen Druck des Hauptzylinders berechnet, indem das Modell für den hydraulischen Druck eingesetzt wird.

Weiterhin wird die tatsächliche Stellgröße, die durch die Regeleinrichtung für den hydraulischen Druck festgesetzt wird, aus dem berechneten geschätzten Bremshydraulikdruck und dem erwünschten Bremshydraulikdruck berechnet, indem das Umkehrmodell für den hydraulischen Druck eingesetzt wird. Hierbei bedeutet der Ausdruck "Stellgröße" beispielsweise die Erhöhung, Verringerung oder das Halten der Schaltzeit eines Solenoidventils mit 3 Positionen, welches in der Regeleinrichtung für den hydraulischen Druck eingesetzt wird oder des Antriebsstromes eines linearen Regelventils, welches für die gleiche Einrichtung eingesetzt wird.

Auf diese Art und Weise wird bei der vorliegenden Erfindung der erwünschte Bremshydraulikdruck nicht direkt berechnet, sondern das erwünschte Bremsdrehmoment wird vorher berechnet. Es ist deshalb möglich, eine Regelung zu erhalten, die mit der tatsächlichen Bewegung des Kraftfahrzeuges übereinstimmt. Nebenbei bemerkt ist es infolge der Einführung des Modells für den hydraulischen Druck und des Umkehrmodells für den hydraulischen Druck möglich, den aktuellen hydraulischen Druck zum richtigen Zeitpunkt sehr genau zu erfassen sowie den Vorgang, während dem der aktuelle hydraulische Druck sich tatsächlich in Richtung des erwünschten hydraulischen Druckes verändert, d.h. mit anderen Worten ausgedrückt, der hydraulische Druck wird dynamisch erfaßt. Es ist deshalb möglich die Regelung so auszuführen, daß das berechnete erwünschte Bremsdrehmoment tatsächlich auf das Kraftfahrzeug effektiv aufgebracht wird.

Die vorliegende Erfindung ist dementsprechend nicht nur bei einer ABS-Regelung und einer Beschleunigungs-Schlupf-Regelung einsetzbar, sondern ebenso bei anderen verschiedenen Regelungen, inklusive einer Regelung, bei der die Bewegung des Kraftfahrzeuges während des Lenkens mittels Aufbringung von Bremskräften auf die rechten und linken Räder geregelt wird (unabhängig vom Bremsen eines Fahrers). Somit kann die Stabilität und die Lenkfähigkeit des Kraftfahrzeuges während der Fahrt verbessert werden, von einem umfassenden Standpunkt aus gesehen.

Darüber hinaus kann in dem Fall, in dem ein Fehler, der der Regeleinrichtung für den hydraulischen Druck zuzurechnen ist, bei der Berechnung des erwünschten Bremsdrehmoments kompensiert wird, die geregelte Variable infolge der Beseitigung einer Fehler-Komponente in Übereinstimmung mit einem präzisen Modell berechnet werden.

Nebenbei bemerkt, kann, für den Fall, in dem eine Frequenzformung während der Kompensation des Fehlers ausgeführt wird, basierend auf der H-∞-Regelung, einem robusten Regelungsverfahren linearer Systeme mit Totzeiten, der Versatz der Phase eines geregelten Systems in dem Gebiet der Frequenz der PI-Rückkopplung kompensiert werden, und zwar mittels eines Frequenzformungs-Filters.

Darüber hinaus wird für den Fall bei dem die Regelungsverstärkung in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs die Fehlerkompensation geändert wird (die Verstärkung wird während des Fahrens mit niedriger Geschwindigkeit hoch gesetzt), der Einfluß des Rauschens, der den Vibrationen der Räder zuzuordnen ist, kompensiert.

Darüber hinaus kann in dem Fall, bei dem das Bremssystem das Proportionalventil (im folgenden als "P-Ventil" abgekürzt) in der Leitung für den hydraulischen Druck auf der Hinterradseite umfaßt und bei dem das erwünschte Bremsdrehmoment konvertiert wird, so daß der erwünschte Bremshydraulikdruck auf der Seite der Hinterräder stärker ansteigt als auf der Seite der Vorderräder, das erwünschte Bremsdrehmoment dynamisch konvertiert werden, und zwar in Übereinstimmung mit einem Modell, bei dem die Funktion des P-Ventils Berücksichtigung findet.

Zusätzlich kann in dem Fall, bei dem das Bremssystem das P-Ventil in der Leitung für den hydraulischen Druck auf der Seite der Hinterräder umfaßt und bei dem die Zeitkonstante für den hydraulischen Druck des Modells für den hydraulischen Druck (durch die Eigenschaften der Leitung für den hydraulischen Druck bestimmt) vor und nach dem Knickpunkt des hydraulischen Druckes des P-Ventils während der Berechnung des geschätzten Bremshydraulikdrucks auf der Seite der Hinterräder bestimmt wird, der Fehler im geschätzten hydraulischen Druck verringert werden.

Weiterhin kann für den Fall, daß die Spannung der Spannungsquelle erfaßt wird, um die Zeitkonstante für den hydraulischen Druck in Übereinstimmung mit der erfaßten Spannung zu verändern, die Regelung für den hydraulischen Druck unter Berücksichtigung der Reaktions-Verzögerung der Regeleinrichtung für den hydraulischen Druck ausgeführt werden, die infolge der Schwankung des Wertes der Spannung der Spannungsquelle auftritt.

Darüber hinaus kann in dem Fall, in dem die berechnete Stellgröße korrigiert wird, um auf einen regelbaren Wert angehoben zu werden, wenn die berechnete Stellgröße einen Wert aufweist, der zu klein ist, um durch die Regeleinrichtung für den hydraulischen Druck geregelt zu werden, verhindert werden, dass die zeitliche Regelung der Regeleinrichtung für den hydraulischen Druck verzögert wird.

Weiterhin verringert sich für den Fall, daß die Verzögerung des Ist-Bremshydraulikdrucks hinsichtlich des berechneten geschätzten Bremshydraulikdrucks kompensiert wird, die Abweichung zwischen dem geschätzten Bremshydraulikdruck und dem Ist-Bremshydraulikdruck, so daß der hydraulische Druck richtig geregelt werden kann.

Ebenso, für den Fall, wenn sich der berechnete geschätzte Bremshydraulikdruck bei der Regelung der Bremskraft auf einen vorbestimmten Wert verringert hat, der gleich dem Umgebungsdruck ist, wird der geschätzte Bremshydraulikdruck auf diesem vorbestimmten Wert gehalten, bis die vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist, da der berechnete geschätzte Bremshydraulikdruck wieder den Wert einnimmt, der größer ist als der vorbestimmte Wert, und verhindert werden kann, daß sich die Differenz zwischen dem geschätzten Bremshydraulikdruck und dem Ist-Bremshydraulikdruck vergrößert, und der hydraulische Druck geregelt werden kann, nämlich unter Berücksichtigung des Einflusses der ungewöhnlichen Verzögerung des Anstiegs des hydraulischen Druckes, die auftritt, wenn der hydraulische Druck wieder von dem Druck angehoben wird, der dem Umgebungsdruck entspricht.

Die Erfindung sowie deren Merkmale und Vorteile werden anhand der folgenden Beschreibung zusammen mit den zugehörigen Zeichnungen verständlicher. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen die gleichen oder ähnliche Bauteile, wobei:
1 ein konzeptionelles Blockdiagramm zeigt, in dem der Kern der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
2 ein Blockdiagramm zeigt, in dem schematisch der Aufbau der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
3 ein Blockdiagramm zeigt, in dem ein Regelkreis der ersten Ausführungsform dargestellt ist;
4 ein erklärendes Diagramm zeigt, in dem Kräfte dargestellt sind, die auf ein Rad einwirken;
5 ein Diagramm zeigt, in dem die Beziehung zwischen der Reaktionskraft einer Straßenoberfläche und dem Schlupf des Rades dargestellt ist;
6 ein erklärendes Diagramm zeigt, in dem die Funktion eines Regelungsmoduls für den hydraulischen Druck bei der ersten Ausführungsform dargestellt ist;
7 ein Flußdiagramm zeigt, in dem die Regelung der ersten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
8 ein Flußdiagramm zeigt, in dem die Regelung der zweiten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
9 ein Diagramm zeigt, in dem die Änderungen eines geschätzten Bremshydraulikdrucks auf der Seite der Hinterräder eines Kraftfahrzeuges dargestellt ist;
10 ein Flußdiagramm zeigt, in dem die Regelung der dritten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
11 ein Diagramm zeigt, welches die Beziehung zwischen der Spannung einer Batterie (eine Energiequelle) und jeder Zeitkonstanten des hydraulischen Druckes darstellt;
12 ein Diagramm eines Schaltkreises zeigt, in dem ein Schaltkreis zur Überwachung einer Batteriespannung nach der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
13 ein Flußdiagramm zeigt, in dem die Regelung der vierten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
14 ein Diagramm zeigt, welches die Beziehung zwischen dem aktuellen Bremshydraulikdruck und dem geschätzten Bremshydraulikdruck des Bremssystems darstellt;
15 ein Diagramm zur Erklärung der Regelung nach der fünften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 ein Flußdiagramm zeigt, in dem die Regelung nach der fünften Ausführungsform dargestellt ist;
17 ein Diagramm zur Erklärung der Regelung nach der sechsten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
18 ein Flußdiagramm zeigt, in dem die Regelung nach der sechsten Ausführungsform dargestellt ist;
19 ein Diagramm zur Erklärung der Regelung nach der siebenten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
20 ein Flußdiagramm zeigt, in dem die Regelung nach der siebenten Ausführungsform dargestellt ist.
Im folgenden werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
Bei der ersten Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung bei einem ABS-Steuersystem eingesetzt. Der schematische Aufbau der ersten Ausführungsform ist in der
2 dargestellt, während ein Steuerungs-Schaltkreis dafür in der 3 dargestellt ist.
Ein Bremskraft-Regelungssystem für ein Kraftfahrzeug nach dieser Ausführungsform ist so aufgebaut, daß ein hydraulischer Druck (Druck des Hauptzylinders) Pm, der durch den Hauptzylinder eines an sich bekannten Bremssystems (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeuges 2 erzeugt wird, geregelt wird, um in Übereinstimmung mit dem Fahrzustand des Kraftfahrzeuges 2 erhöht oder verringert zu werden. Das Bremskraft-Regelungssystem umfaßt ein Schlupf-Regelungsmodul 4 ein N-P Umrechnungsmodul 6 und ein Regelungsmodul für den hydraulischen Druck 8.
Das Regelungsmodul 4 für den Schlupf entspricht den Berechnungsmitteln für den Ist-Schlupffaktor und den Berechnungsmitteln für das Soll-Bremsdrehmoment, die in der 1 dargestellt sind, und berechnet einen Ist-Schlupf S sowie ein Soll-Bremsdrehmoment Nr. Das N-P-Umrechnungsmodul 6 entspricht den Umrechnungsmitteln für den Soll-Bremshydraulikdruck und konvertiert das Soll-Bremsdrehmoment Nr in einen Soll-Bremshydraulikdruck Pr. Das Regelungsmodul 8 für den hydraulischen Druck entspricht den Berechnungsmitteln für den geschätzten Bremshydraulikdruck und den Berechnungsmitteln für die Stellgröße und berechnet eine Ventil-Regelungszeit t_i für eine Erhöhung des Druckes oder eine Ventil-Regelungszeit t_d für eine Verringerung des Druckes, wobei die Ventil-Regelungszeiten t_i und t_d erforderlich sind, um den Soll-Bremshydraulikdruck Pr zu erzeugen.
Insbesondere berechnet das Regelungsmodul 4 für den Schlupf den Ist-Schlupf S aus einer Geschwindigkeit des Rades (Winkelgeschwindigkeit des Rades) ω und aus einer Geschwindigkeit V des Fahrzeugs.
Nebenbei bemerkt berechnet es das Soll-Bremsdrehmoment Nr aus dem Soll-Schlupf Sr und dem Ist-Schlupfs S, unter Berücksichtigung des Fahrzustandes oder des Bewegungszustandes des Kraftfahrzeuges 2, so daß die Geschwindigkeit ω) des Rades den erwünschten Schlupffaktor Sr aufweisen kann.
Das Regelungsmodul 8 für den hydraulischen Druck berechnet einen geschätzten Bremshydraulikdruck P, von dem angenommen wird, daß er aktuell im Bremssystem wirkt, und zwar mittels des Einsatzes eines Modells des hydraulischen Druckes Pm des Hauptzylinders, der vom Hauptzylinder erzeugt wird, sowie mittels des oben erwähnten Soll-Bremshydraulikdrucks Pr. Nebenbei bemerkt berechnet es die Ventil-Regelungszeit t; oder t_d für die Erhöhung des Druckes oder die Verringerung des Druckes, welche für die Erzeugung des Soll-Bremshydraulikdrucks Pr erforderlich ist, der durch das N-P-Umrechnungsmodul 6 aus dem berechneten geschätzten Bremshydraulikdruck P und diesem Soll-Bremshydraulikdruck Pr berechnet wird.
Tatsächlich werden die Funktionen des Regelungsmoduls 4 für den Schlupf, des N-P-Umrechnungsmoduls 6 sowie des Regelungsmoduls 8 für den hydraulischen Druck durch einen ABS-Computer 20 (ABS-Bremssystem) ausgeführt, der in der 3 dargestellt ist. Insbesondere wird die Rad-Geschwindigkeit ω jedes Rades des Kraftfahrzeuges mittels eines entsprechenden Sensors 11a bis 11d für die Radgeschwindigkeit erfaßt, während der Druck Pm des Hauptzylinders durch einen (Haupt-) Drucksensor 12 gemessen wird. Die oben erwähnte Berechnung wird in dem ABS-Computer 20 ausgeführt, so daß eines der Solenoidventile 31a bis 31d und 32a bis 32d, welches dem jeweiligen Rad entspricht, für die berechnete Ventil-Regelungszeit t_i oder t_a geregelt wird.
Im folgenden wird der Betrieb nach dieser Ausführungsform im Detail beschrieben, und zwar die einzelnen Regelungs-Funktionen derselben.
Zuerst wird der Betrieb des Regelungsmoduls 4 für den Schlupf beschrieben, mittels der Gleichungen der Bewegungen eines Rades (spezifisches Rad) Wh und des Kraftfahrzeuges.
M bezeichnet das Gewicht eines Fahrzeugs, entsprechend einem Rad (aufgeteilt), V bezeichnet eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs, I bezeichnet das Trägheitsmoment eines Reifens, R bezeichnet den Radius des Reifens, N bezeichnet ein Bremsdrehmoment, ω bezeichnet die Geschwindigkeit eines Rades (die Winkelgeschwindigkeit des Rades), S bezeichnet einen aktuellen Schlupf, und F(S) bezeichnet die Reaktionskraft einer Straßenoberfläche, die auf den Reifen wirkt, wobei die Kräfte, die auf den Reifen Wh wirken in der 4 dargestellt sind. Die Gleichungen der Bewegungen des Rades Wh und des Kraftfahrzeuges werden jeweils durch die folgenden Gleichungen (1) und (2) ausgedrückt: I·(dω/dt) = R·F(S) – N (1) M·(dV/dt) = –F(S) (2)
Nebenbei bemerkt, ist der Ist-Schlupf S durch die folgende Gleichung (3) gegeben: S = (V – Rω)/V (3)
Die Beziehung zwischen dem Ist-Schlupf S und der Reaktionskraft F(S) der Straßenoberfläche ist in der 5 dargestellt. Darüber hinaus wird die Gleichung (3) für die Geschwindigkeit ω des Rades gelöst, wie es durch die folgende Gleichung (4) angegeben ist: ω = (1 – S)V/R (4)
Wenn der Ausdruck F(S) aus den Gleichungen (1) und (2) eliminiert wird, so wird die folgende Gleichung (5) erhalten: N = –I·(dω/dt) – R·M – (dV/dt) (5)
Die Ableitung eines Soll-Bremsdrehmoments Nr, basierend auf dem Verfahren der polaren Anordnung wird im folgenden beschrieben.
Wenn ein Soll-Schlupffaktor mit Sr bezeichnet wird und in die Gleichung (4) eingesetzt wird, so ist eine Soll- Radgeschwindigkeit ω_r durch die folgende Gleichung (6) gegeben: ωr = (1 – Sr)V/R (6)
Hierbei ergibt sich eine Gleichung (8), wenn die Abweichung e zwischen der Radgeschwindigkeit ω und der Soll-Radgeschwindigkeit ω_r angegeben wird, wie es in der folgenden Gleichung (7) angegeben ist und wenn sie nach der Zeit t differenziert wird: e = ω – ωr = ω – (1 – Sr)V/R (7) de/dt = dω/dt – {(1 – Sr)/R}·(dV/dt) (8)
Wenn der Ausdruck dω/dt aus den Gleichungen (5) und (8) eliminiert wird, ergibt sich die folgende Gleichung (9): de/dt = {–(R·M/I) – (1 – Sr)/R}·(dV/dt) – N/I (9)
Falls der Ausdruck de/dt = –a·e ist, wobei a eine positive Konstante bezeichnet (a > 0), konvergiert die Abweichung e gegen Null (e -> 0) (Verfahren der polaren Anordnung). Deshalb, wenn die Gleichung (9) in die folgende Gleichung (10) umgeformt wird, kann das Soll-Bremsdrehmoment Nr durch die folgende Gleichung (11) erhalten werden: –a·e = {–(R·M/I) – (1 – Sr)/R}·(dV/dt) – N/I (10) Nr = I·a·e + {–R·M – (1 – Sr) I/R}·(dV/dt) (11)
Hierbei wird der Ausdruck dV/dt der Gleichung (11) betrachtet. Dieser Ausdruck dV/dt ist essentiell die Reaktionskraft F(S) der Straßenoberfläche, die auf das Rad Wh wirkt, wie es aus der Gleichung (2) zu ersehen ist. Betrachtet man das Rad Wh, welches gerade ABS geregelt wird, so umfaßt der Ausdruck dV/dt eine schnelle Bewegung, die der Schwankung eines Schlupfes zuzuordnen ist sowie eine langsame Bewegung, die dem Bremsen des Kraftfahrzeuges selbst zuzuordnen ist (für gewöhnlich ist die langsame Bewegung eine konstante Verzögerung).
Da es jedoch schwierig ist, die aktuelle Fahrzeug-Geschwindigkeit V direkt zu erfassen, wurde diese bisher unter Verwendung einer Art von Sicherheitsbereich für die angenommenen Werte einer Verzögerung des Fahrzeugs berechnet, wobei der Sicherheitsbereich als Hüllkurve der Funktion der Radgeschwindigkeit ω jedes Rades festgelegt wird. Dementsprechend fehlt die schnelle Bewegung, die der Schwankung des Schlupfes zuzuordnen ist, bei der berechneten Geschwindigkeit V des Fahrzeugs.
Aus der Gleichung (5) ergibt sich ebenso, daß die schnelle Bewegung der Reaktionskraft F(S) der Straßenoberfläche, d.h. die echte Verzögerung dV/dt, sehr gut durch den Ausdruck dω/dt wiedergegeben wird, während die langsame Bewegung durch den mittigen Wert des Bremsdrehmoments N wiedergegeben wird.
Dementsprechend wird, wenn der mittige Wert des Bremsdrehmoments als ein nominales Bremsdrehmoment Nnom festgelegt wird, die wahre Verzögerung dV/dt aus der folgenden Gleichung (12) ableitbar bzw. abschätzbar: dV/dt = k1·(dω/dt) + k2·Nnom (12)
Hierbei bezeichnen die Symbole k1 und k2 jeweils Konstanten.
Wenn die Gleichung (12) in die G1. (11) eingesetzt wird, um den Ausdruck dV/dt zu eliminieren, so ergibt sich die folgende Gleichung (13): Nr = I·a·e + (–R·M – (1–Sr)I/R}·{k1·(dω/dt) + k2·Nnom} = Kp·e + Kd·(dω/dt) + Kn·Nnom (13)
Hierbei bezeichnen die Symbole Kp, Kd und Kn jeweils Feedback-Soll-Werte.
Es ist dementsprechend möglich das Soll-Bremsdrehmoment Nr in Übereinstimmung mit der obigen Gl. (13) zu berechnen. In der Gl. (13) kann der Ausdruck dω/dt ebenso durch die Ableitung de/dt ersetzt werden, welche unsymmetrisch ist. Nebenbei bemerkt hat das nominale Bremsdrehmoment Nnom eine Quantität, die einer durchschnittlichen Verzögerung bei der Verlangsamung des Kraftfahrzeugs entspricht. Deshalb kann der Ausdruck dω/dt ebenso durch die geglättete Verzögerung dV/dt (durch "(dV/dt)s" ausgedrückt) ersetzt werden, welche durch ein Verfahren nach dem Stand der Technik oder ein ähnliches Verfahren berechnet wird.
Somit kann die Gl. (13) in die folgende Gleichung (14) umgeschrieben werden: Nr = Kp'· + Kd'·(de/dt) + Kn'·(dV/dt) s (14)
Hierbei bezeichnen die Symbole Kp', Kd' und Kn' jeweils Feedback-Soll-Werte.
Entsprechend der Gl. (14) wird das Soll-Bremsdrehmoment Nr berechenbar, wenn die Radgeschwindigkeit ω und der Soll-Schlupf Sr gegeben sind. Die Gl. 14 kann ebenfalls als ein Gleichung des PD-Feedbacks () der Abweichung e angesehen werden, zu der ein Vor- bzw. Zusatzwert addiert wird, der der durchschnittlichen Verzögerung entspricht. Dementsprechend kann die Gl. 14 ebenfalls so angesehen werden, daß sie die Werte der Feedbackverstärkungen Kp' und Kd' mittels Hinzufügen des Zusatzwertes klein hält, um so unnütze Schwingungen zu unterdrücken.
Wie es später beschrieben wird, wird, um das oben erwähnte Soll-Brems(dreh)moment Nr zu erzeugen, die Ventil-Regelungszeit t_i oder t_d bestimmt, und zwar unter Einsatz eines Umkehrmodells für einen hydraulischen Kreis in dem Regelungsmodul 8 für den hydraulischen Druck. In dieser Hinsicht häufen sich für einen Fall, bei dem die Parameter des Modells und eines tatsächlichen Stellglieds abweichen, Fehler fortlaufend, so dass die Abweichung e einem Vorwert unterliegt, der der Fehler-Akkumulation zuzuordnen ist. Um diesen Vorwert zu eliminieren, muß deshalb das Integral der Abweichung e in die Regelung zurückgeführt werden.
Eine Regelung für die Praxis ergibt sich somit durch die folgende Gl. (15), die sich durch Addition eines Integral-Ausdruckes zu der Gl. (14) ergibt.
Hierbei bezeichnet das Symbol KI' die Feedback-Verstärkung des Integral-Ausdruckes.
Folglich wird das Soll-Bremsmoment Nr durch eine PID-(Proportional-plus-Integral-plus-Ableitungs)-Feedback-Regelung erhalten. Hierbei wird über ein Intervall integriert, beginnend vom Start der Regelung bis zum aktuellen Zeitpunkt.
Nebenbei bemerkt können die einzelnen Feedback-Verstärkungen Kp', Kd' und KI' ebenfalls Konstanten sein. Da jedoch der Wert der Abweichung e in Übereinstimmung mit der Absenkung der Geschwindigkeit V des Fahrzeuges kleiner wird, infolge eines identischen Schlupfs, sollten die Feedback-Verstärkungen Kp', Kd' und KI' vorzugsweise der Geschwindigkeit des Fahrzeugs angepasst werden, um für eine geringere Geschwindigkeit des Fahrzeugs V kleiner zu sein.
Als nächstes wird die Konvertierung des Soll-Bremsmoments Nr in den Soll-Bremshydraulikdruck Pr in dem N-P-Umrechnungsmodul 6 beschrieben.
Für gewöhnlich wird der Soll-Bremshydraulikdruck Pr als proportional zu dem Bremsmoment Nr angesehen. Der Druck kann daher durch die folgende Gleichung (16) angegeben werden: Pr = k3·Nr (16)
Hierbei bezeichnet k3 eine Konstante.
Da jedoch die Seite mit den Hinterrädern des Kraftfahrzeuges ein bekanntes P-Ventil umfaßt (Proportional-Ventil), ist dessen erwünschter Bremshydraulikdruck Pr durch ein Kennfeld gegeben, in dem die Eigenschaften des P-Ventils Berücksichtigung finden. Dementsprechend kann der Druck Pr auf der Seite der Hinterräder wie folgt erhalten werden, so wie es durch die folgende Gleichung (17) angegeben ist: Pr = Pr(Nr) (17)
Als nächstes wird der Betrieb des Regelungsmoduls 8 für den hydraulischen Druck erklärt.
Wenn das Stellglied in die Form eines Modells für den hydraulischen Druck gebracht wird, in Übereinstimmung mit einem Modell für die Strömungsrate und der Veränderung einer Brems-Steifigkeit, in Abhängigkeit von der Quantität des Bremsfluids oder des Öls, werden die folgenden Gleichungen (18) und (19) für den Fall eines Modells zur Druckerhöhung erhalten:
Hierbei bezeichnet P einen geschätzten Bremshydraulikdruck, Pm einen Druck des Hauptzylinders, K die Brems-Steifigkeit, und a_i eine Quantität, die bezüglich einer Druckerhöhungs-Ventilregelung relevant ist (Zeitkonstante des hydraulischen Druckes). Der Buchstabe k bezeichnet ebenfalls eine Konstante. Nebenbei bemerkt, es wird über das Integral während einer Druckerhöhung integriert, beginnend bei dem Zeitpunkt t = 0 bis zu dem Zeitpunkt t = t.
Andererseits werden für den Fall eines Modells der Druckverringerung die folgenden Gleichungen (20) und (21) erhalten:
hierbei bezeichnet Pres einen Druck eines Reservoirs und a_d eine Quantität, die bezüglich einer Druckverringerungs-Ventilregelung relevant ist (Zeitkonstante für den hydraulischen Druck). Nebenbei bemerkt, es wird über das Integral während einer Druckverringerung integriert, beginnend bei dem Zeitpunkt t = t_f – t bis zu dem Zeitpunkt t = t_f.
Wenn die Gleichungen (18) und (19) gelöst werden, indem der Ausdruck P(k–1) den geschätzten Bremshydraulikdruck vor der Druckerhöhung bezeichnet und das Symbol t_i eine Zeitdauer der Ventilregelung für die Druckerhöhung bezeichnet, so ist der geschätzte aktuelle Bremshydraulikdruck P(k) durch die folgende Gleichung (22) gegeben:
Genauso ergibt sich die folgende Gleichung (23), wenn die Gleichungen (20) und (21) gelöst werden, indem das Symbol t_d eine Zeitdauer für die Ventilregelung zur Druckverringerung bezeichnet: P(k) = Pres + {P(k–1) – Pres}·exp(–ad √2k·td) (23)
Als nächstes wird die Berechnung der Ventilregelungszeit t_i oder t_d unter Einsatz des Umkehrmodells für den hydraulischen Druck erklärt.
Wenn die Gleichungen (22) und (23) jeweils gelöst werden, und zwar die Ventilregelungszeit t_i für die Druckerhöhung und die Ventilregelungszeit t_d für die Druckverringerung, indem der Soll-Bremshydraulikdruck Pr in den geschätzten Bremshydraulikdruck P(k) eingesetzt wird, so werden die folgenden Gleichungen (24) und (25) erhalten: ti = {cos–1(1–2Pr/Pm)–cos–1(1–2P(k–1)/Pm)}/ai√2k (24) td = {ln(P(k–1)–Pres)– ln(Pr–Pres)}/ad√2k (25)
Die obige Beschreibung ist in der 6 schematisch wiedergegeben. Die Ventilregelungszeit t_i oder t_d wird aus dem Soll-Bremshydraulikdruck Pr mittels der entsprechenden Gleichung (24) oder (25) berechnet. Im Gegensatz dazu wird der aktuelle geschätzte Bremshydraulikdruck P(k) aus der Ventilregelungszeit t_i oder t_d mittels der entsprechenden Gleichung (22) oder (23) berechnet.
Die zuvor erwähnten Berechnungen werden alle durch den ABS-Computer 20 ausgeführt, der in der 3 dargestellt ist. Ein praktikabler Algorithmus dafür ist als ein Flußdiagramm in der 7 dargestellt.
Die Berechnungen, die in der 7 dargestellt sind, sollten für jedes Rad ausgeführt werden, und zwar in einem feststehenden Zyklus.
Zuerst wird in einem Schritt 100 eine Radgeschwindigkeit ω und ein Druck Pm des Hauptzylinders geladen bzw. eingelesen, sowie in einem Schritt 102 ein erwünschter Schlupf Sr gesetzt wird. Im folgenden wird eine Geschwindigkeit V des Fahrzeugs geschätzt und berechnet, mittels einer beliebigen bekannten Methode, in einem Schritt 104.
Als nächstes wird eine Soll-Radgeschwindigkeit ω_r in Übereinstimmung mit der Gleichung (6) in einem Schritt 106 berechnet, sowie eine Abweichung e = ω – ω_r in einem Schritt 108. Nebenbei bemerkt wird ein Soll-Bremsdrehmoment Nr in Übereinstimmung mit der Gleichung (15) in einem Schritt 110 berechnet, sowie ein Soll-Bremshydraulikdruck Pr in Übereinstimmung mit der Gleichung (16) oder der Gleichung (17) in einem Schritt 112 berechnet wird. Dann werden ein geschätzter Bremshydraulikdruck P(k–1) des letzten Zyklus bzw. Durchgangs und ein Soll-Bremshydraulikdruck Pr in einem Schritt 114 verglichen. Falls der hydraulische Druck Pr größer ist als der hydraulische Druck P(k–1), d.h., falls Pr > P(k–1) erhalten wird, so wird eine Ventilregelungszeit t_i zur Druckerhöhung in Übereinstimmung mit der Gleichung (24) im nächsten Schritt 116 berechnet, wobei eine Ventilregelungszeit t_d zur Druckverringerung auf Null gesetzt wird.
Andererseits, falls der Soll-Bremshydraulikdruck Pr nicht größer ist als der geschätzte Bremshydraulikdruck P(k–1) im letzten Durchgang, d.h., daß Pr ≤ P(k–1) durch die Entscheidung in dem Schritt 114 erhalten wird, so verzweigt die Regelung (der Algorithmus) zu einem Schritt 118, in dem der Soll-Bremshydraulikdruck Pr wiederum mit dem geschätzten Bremshydraulikdruck P(k1) des letzten Durchgangs verglichen wird. Falls der Soll-Bremshydraulikdruck Pr kleiner ist, d.h., falls Pr < P(k–1) erhalten wird, so wird die Ventilregelungszeit t_d für die Druckverringerung in Übereinstimmung mit der Gleichung (25) in einem Schritt 120 berechnet, während die Ventilregelungszeit t_i für die Druckerhöhung auf N 11 gesetzt wird. Im Gegensatz dazu wird dann, falls der Soll-Bremshydraulikdruck Pr nicht kleiner ist als der geschätzte Bremshydraulikdruck P(k–1) des letzten Durchgangs, bei der Entscheidung im Schritt 118, Pr = P(k–1) erhalten, und deshalb werden beide Ventilregelungszeiten t_i und t_d in einem Schritt 122 auf Null gesetzt.
Im folgenden wird in einem Schritt 124 der Wert des geschätzten Bremshydraulikdrucks P(k) in Übereinstimmung mit der Gleichung (22) unter der Bedingung Pr > P(k–1) aktualisiert und in Übereinstimmung mit der Gleichung (23) unter der Bedingung Pr < P(k–1) aktualisiert. Darüber hinaus wird der Wert des geschätzten Bremshydraulikdrucks P(k–1) des letzten Durchgangs unter der Bedingung Pr = P(k–1) unverändert gehalten.
Schließlich wird in einem Schritt 126 das eine entsprechende Ventil 31a bis 31d und 32a bis 32d auf der Basis der Ventilregelungszeit t_i oder t_d angetrieben, wie oben berechnet. Somit wird die Druckerhöhungs- oder Druckverringerungs-Regelung durchgeführt.
Obwohl die Gleichung (15) bei der Berechnung des Soll-Bremsmoments Nr in dem Schritt 110 eingesetzt wurde, kann genauso die Abweichung (S – Sr) des Schlupfs selbst benutzt werden, anstatt der Abweichung e = (ω – ω_r), und die Feedback-Verstärkungen Kp', Kd' und KI' können in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit V des Fahrzeugs genauso verändert werden, wie es zuvor erwähnt wurde. Zusätzlich kann die geglättete Verzögerung (dV/dt)s ebenso durch ein nominales Bremsmoment Nnom ersetzt werden, welches vorher als ein Kennfeld festgelegt wird, um so seinen Wert zu verändern, nämlich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit V des Fahrzeugs oder/und dem Zustand der Straßenoberfläche.
Der anfängliche Wert des geschätzten Bremshydraulikdrucks P sollte der Druck Pm des Hauptzylinders vor der ABS-Regelung sein (der Druck Pm wird für jedes der Hinterräder mittels der Eigenschaften des P-Ventils berechnet). Weiterhin sollte auf der Basis einer beliebigen bekannten Logik entschieden werden, ob die ABS-Regelung durchgeführt wird oder ob nicht.
Wie es oben beschrieben ist, wird in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der Soll-Bremshydraulikdruck Pr zur Berechnung der Ventilregelungszeit nicht direkt aus dem aktuellen Schlupffaktor S oder dem Soll-Schlupffaktor Sr berechnet, sondern er wird berechnet, nachdem das Soll-Regelungsmoment Nr, welches einfach angepaßt wird, um mit dem Zustand des Kraftfahrzeuges übereinzustimmen, berechnet wird und dann in Übereinstimmung mit dem Zustand des Fahrzeugs angepasst wird. Es ist deshalb möglich, die Stellgröße zu berechnen, die der aktuellen Bewegung des Fahrzeugs angepaßt ist.
Darüber hinaus wird bei dieser Ausführungsform die Phasendifferenz durch den abgeleiteten Ausdruck der PID-Regelung kompensiert, so daß der hydraulische Nachlauf, der der Phasenverschiebung des Stellgliedes zuzuordnen ist, am Auftreten gehindert werden kann. Zudem werden die Feedback-Verstärkungen in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs geändert, so daß ein Rauschen, welches den Vibrationen des Kraftfahrzeuges, etc. zuzuordnen ist, beseitigt werden kann.
Als nächstes wird die zweite Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die zweite Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß die Logik zur Berechnung des erwünschten Bremsmoments Nr in dem Regelungsmodul 4 für den Schlupf (in der 2 gezeigt) mit Frequenzkennlinien (Frequenz-Formung) ausgestattet ist.
Diese Anordnung ist gewählt, um das im folgenden dargestellte Problem zu lösen. Bei dem vorliegenden ABS-Regelungssystem unterliegt das Stellglied und das zugehörige hydraulische System einer Totzeit und einer Verzögerung. Deshalb hat die PI-Rückkopplung (Feedback) entsprechend beispielsweise der Technik nach der offengelegten Japanischen Patentanmeldung Nr. 502423/1993 das Problem, daß, wenn die Verstärkung der Rückkopplung hoch angesetzt wird, um eine verbesserte Leistung der Regelung zu erreichen, ein Nachlauf auftritt bzw. Regelungsschwingungen auftreten, wobei es nicht verhindert werden kann, daß die Verstärkung niedrig angesetzt wird, um die Regelungsschwingungen zu unterdrücken. Dieses Problem ist der Tatsache zuzuordnen, daß die Verstärkungskennlinien der PI-Rückkopplung keine komplizierte Gestaltung im Frequenzbereich einnehmen können.
Beispielsweise hängt die Verstärkung eines Totzeit-Elements nicht von der Frequenz ab, sondern die Phase desselben verschiebt sich proportional zur Frequenz. Dementsprechend wird die Verstärkung in dem Fall, in dem das geregelte System die Totzeit umfaßt, niedrig angesetzt, um in einem hohen Frequenzbereich eine erhöhte Stabilität zu erhalten, wodurch die Regelungsschwingungen unterdrückt werden können, während die Verstärkung in einem niedrigen Frequenzbereich hoch angesetzt wird, wodurch die Folge-Eigenschaften (Leistung) hinsichtlich eines Zielwerts verbessert werden können. Auf diese Art und Weise muß die Frequenz-Formung zur Einstellung der Verstärkung in dem Frequenzbereich durchgeführt werden, und zwar bezüglich des geregelten Systems, welches eine beliebige frequenzabhängige Eigenschaft zeigt, wie etwa die Totzeit, die Verzögerung oder einen Schwingungs-Modus.
Als nächstes wird ein praktisches Verfahren zur Berechnung gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben.
Ein Filter für die Frequenz-Formung, wie oben angegeben, ist in der Form einer System-Koeffizienten-Matrix oder in Form einer Übertragungsfunktion angegeben, und zwar durch ein beliebiges Verfahren nach der "H-∞-Regelungs"-Theorie, basierend auf dem physikalischen Modell des Fahrzeugs und der Räder, die das Regelsystem bilden. Wenn die System-Koeffizienten-Matrix, bestehend aus den Elementen A, B, C und D, gegeben ist, so wird das Soll-Bremsmoment Nr[k] zu einem Zeitpunkt k aus der Abweichung e[k] der Radgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit den folgenden Gleichungen (26) und (27) berechnet (wobei der Buchstabe n die Ordnung des Filters bezeichnet): x[k+1] = A x[k] + B e[k] (26) Nr[k] = C x[k] + D e[k] (27)
Hierbei ist der Ausdruck x[k] ein vertikaler Vektor der Ordnung n, der den internen Zustand des geregelten Systems zum Zeitpunkt k darstellt. Nebenbei bemerkt, es können die Gleichungen (26) und (27) ebenfalls als eine Übertragungsfunktion von der Abweichung e zum Soll-Bremsmoment Nr ausgedrückt werden. Insbesondere wird die folgende Gleichung (28) erhalten, in der der Buchstabe z einen Verzögerungs-Operator bezeichnet: Nr = F(z) e, F(z) = D + C (z I – A)–1 B = (b0 + b1 z–1 + ... + bn z–°) /(1 + al z–1 + ... + an z–°) (28)
Das Soll-Bremsmoment Nr kann ebenso mittels der folgenden Gleichung (29) berechnet werden: Nr[k] = b0 e[k] + b1 e[k–1] + ... + bn e[k–n] – a1 Nr[k–1] – ... – an Nr[k–n] (29)
Das Verfahren zur Berechnung des Soll-Bremsmoments Nr mittels des Regelungsmoduls 4 für den Schlupf nach der zweiten Ausführungsform, ist als ein Flußdiagramm in der 8 dargestellt. Zuerst werden in einem Schritt 202 die Radgeschwindigkeit ω jedes Rades sowie die Geschwindigkeit V des Fahrzeugs über die jeweiligen zugehörigen Sensoren eingelesen. Dann wird in einem Schritt 204 die Abweichung e zwischen der Soll-Radgeschwindigkeit ω_r und der Radgeschwindigkeit ω (nämlich e = ω_r – ω) für jedes Rad berechnet. Zuletzt wird in einem Schritt 206 das Soll-Bremsmoment Nr von jedem Rad mittels der Gleichungen (26) und (27) oder der Gleichung (29) berechnet, und jedes berechnete Ergebnis wird in das N-P-Umrechnungsmodul 6 eingegeben.
Die gesamte Berechnung (Schritte 202 bis 206), die oben angegeben ist, wird bei jedem Zyklus wiederholt. Hierbei müssen die Werte e[k], Nr[k], x[k] etc. immer aktualisiert werden, wenn die Berechnung durchgeführt wird. Die Berechnungen der Module, mit Ausnahme des Regelungsmoduls 4 für den Schlupf, sind denen bei der ersten Ausführungsform ähnlich und werden deshalb hier nicht beschrieben.
Entsprechend der zweiten Ausführungsform kann die Verschiebung der Phase in dem Frequenzbereich durch den Filter für die Frequenz-Formung kompensiert werden.
Im folgenden wird die dritte Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie oben beschrieben, ist das P-Ventil in dem hydraulischen Kreis auf der Seite des Hinterrads angeordnet. Entsprechend verändern sich die Druckerhöhungs- oder Druckverringerungs-Gradienten des aktuellen Ist-Bremshydraulikdrucks auf der Seite des Hinterrads vor und nach dem Knickpunkt des P- Ventils. Aus diesem Grund kann bei der Berechnung des geschätzten Bremshydraulikdrucks P mittels des Regelungsmoduls 8 für den hydraulischen Druck (in der 2 gezeigt) der hydraulische Druck P nicht einfach als der aktuelle Bremshydraulikdruck berechnet werden, falls die Zeitkonstanten a_i und a_d für den hydraulischen Druck eindeutig (fest) bestimmt werden. Um einen solchen Nachteil zu beseitigen, sieht die dritte Ausführungsform vor, daß der Wert jeder Zeitkonstante a_i und a_d für den hydraulischen Druck vor und nach dem Knickpunkt des P-Ventils verändert wird, um so die Regelung zu erhalten, die gewünscht ist.
Die 9 zeigt ein Diagramm, in dem Änderungen des geschätzten Bremshydraulikdrucks P auf der Seite des Hinterrads dargestellt sind. Unter Bezugnahme auf die Figur bezeichnet das Symbol Pp den hydraulischen Druck des vorbestimmten Knickpunkts des P-Ventils. Die Symbole _{aih und adh} zeigen die Werte der Zeitkonstanten a_i und a_d für den hydraulischen Druck auf einer Hochdruck-Seite an, jeweils relativ zum Druck Pp. Ähnlich zeigen die Symbole a_i1 und a_d1 die Werte der Zeitkonstanten a_i und a_d für den hydraulischen Druck auf einer Niederdruck-Seite an, jeweils relativ zum Druck Pp.
Darüber hinaus zeigt die 10 ein Flußdiagramm, in dem die Regelung nach der dritten Ausführungsform dargestellt ist.
Die praktikable Regelung nach der dritten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm nach der 10 im folgenden beschrieben.
Zuerst wird in einem Schritt 302 in der 10 entschieden, welches der vier Räder des Kraftfahrzeuges aktuell bearbeitet werden soll. Somit wird die Schleife für ein passendes Programm gestartet und dieses wird für die vier Räder wiederholt. Für den Fall, daß in dem Schritt 304 entschieden wurde, daß das zu bearbeitende Rad ein Vorderrad ist, müssen die Parameter a_i und a_d vor und hinter dem Knickpunkt des P-Ventils nicht verändert werden. Deshalb verzweigt die Regelung zu einem Schritt 312, in dem die Zeitkonstanten a_i und a_d des hydraulischen Druckes nach den Gleichungen (22) und (24) und den Gleichungen (23) und (25) jeweils auf die Zeitkonstanten a_if und a_df für den hydraulischen Druck im Druckerhöhungs- und Druckverringerungs-Betrieb gesetzt werden, und zwar in Übereinstimmung mit den Druckerhöhungs- und Druckverringerungs-Gradienten auf der Seite der Vorderräder. Dann folgt auf den Schritt 312 ein Schritt 310.
Andererseits, wenn bei der Entscheidung in dem Schritt 304 entschieden wird, daß das zu verarbeitende Rad kein Vorderrad ist, sondern das Hinterrad, so wird der bereits berechnete Bremshydraulikdruck P(k–1), der im letzten Durchgang dieser Routine zur Regelung geschätzt bzw. berechnet wurde, mit dem Druck Pp des Knickpunkts des P-Ventils im nächsten Schritt 306 verglichen. Falls der im letzten Durchgang berechnete Bremshydraulikdruck P(k–1) größer ist als der Druck Pp, so verzweigt die Routine zur Regelung zu einem Schritt 314, in dem die Zeitkonstanten a_i und a_d für den hydraulischen Druck jeweils auf die Zeitkonstanten a_ih und a_dh, für die Hochdruck-Seite gesetzt werden, wonach der Schritt 310 folgt. Weiterhin, falls der berechnete Bremshydraulikdruck P(k–1) im letzten Durchgang bzw. Zyklus nicht höher ist als der Druck Pp, so verzweigt die Routine zur Regelung zu einem Schritt 308, in dem die Zeitkonstanten a_i und a_d für den hydraulischen Druck jeweils auf die Zeitkonstanten a_i1 und a_d1 für die Niederdruck-Seite gesetzt werden, wonach der Schritt 310 folgt.
In dem Schritt 310 wird mittels der Gleichungen (24) oder (22) und der Gleichungen (25) oder (23) die Ventilregelungszeit t_i oder t_d bestimmt, sowie der geschätzte Bremshydraulikdruck P(k) berechnet wird.
Entsprechend dieser Ausführungsform werden die Zeitkonstanten a_i und a_d für den hydraulischen Druck jeweils in Übereinstimmung mit den Unterschieden in den Druckerhöhungs- und Druckverringerungs-Gradienten vor und hinter dem Knickpunkt des P-Ventils ausgewählt. Deshalb kann der geschätzte Bremshydraulikdruck P(k) noch präziser berechnet bzw. geschätzt werden und die Leistung bzw. Genauigkeit der Regelung auf den Soll-Bremshydraulikdruck Pr hin wird um diesen Betrag verbessert.
Die Regelungen der Module, mit Ausnahme des Regelungsmoduls 8 für den hydraulischen Druck, sind denen des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich.
Entsprechend der dritten Ausführungsform werden die Zeitkonstanten a_i und a_d für den hydraulischen Druck jeweils durch das Modell für den hydraulischen Druck geändert, und zwar in Übereinstimmung mit den Druckerhöhungs- und Druckverringerungs-Gradienten, vor und hinter dem Knickpunkt des P-Ventils, so daß verhindert werden kann, daß der Fehler des geschätzten hydraulischen Druckes, der berechnet wird, sich erhöht.
Im folgenden wird die vierte Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In einem Fall, in dem sich eine Spannung verändert (absinkt), die an das Stellglied angelegt wird, zeigt das Stellglied eine verzögerte Antwort und kann nicht richtig geregelt werden. Um einen solchen Nachteil zu beseitigen, schlägt die vierte Ausführungsform vor, daß jede der Zeitkonstanten a_i und a_d für den hydraulischen Druck bei der Berechnung der zugehörigen Ventilregelungszeiten t_i und t_d verändert wird, und zwar mittels des Regelungsmoduls 8 für den hydraulischen Druck, welches in der 2 gezeigt ist.
Die 11 zeigt die Beziehung zwischen der Spannung einer Energiequelle (Batterie) und jeder der Zeitkonstanten a_i und a_d für den hydraulischen Druck. Wie es in der Figur gezeigt ist, kann beispielsweise in einem Fall, in dem die Spannung der Batterie niedrig ist, das Stellglied nicht wie beabsichtigt geregelt werden, ohne den Wert der Zeitkonstanten a_i und a_d für den hydraulischen Druck zu vergrößern.
Die 12 zeigt einen Schaltkreis zur Überwachung einer Spannung der Batterie, welcher bei der vierten Ausführungsform eingesetzt wird.
Unter Bezugnahme auf die 12 führen die Anode und die Kathode einer Batterie 40 zu einer Steuerung 42 und ein Widerstand mit hoher Impedanz 44 verbindet die Elektroden. Der Wert einer Spannung, die an den Widerstand 44 angelegt wird, wird als die Spannung (Wert) Eb der Batterie 40 gemessen und wird als digitaler Wert einem Computer (CPU) 48 eingegeben, und zwar mittels einer A/D-(analog zu digital)-Wandlerschaltung.
Die praktische Regelung mit dem Regelungsmodul 8 für den hydraulischen Druck nach der vierten Ausführungsform ist als ein Flußdiagramm in der 13 dargestellt, auf das nun Bezug genommen wird. Die Regelungen mittels den Modulen, mit Ausnahme des Regelungsmoduls 8 für den hydraulischen Druck, sind denen des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich.
Zuerst wird in einem Schritt 400 der Soll-Bremshydraulikdruck Pr aus dem N-P-Umrechnungsmodul 6 gelesen bzw. geladen. Im folgenden wird in einem Schritt 402 der Wert der Spannung Eb der Batterie 40 mittels der Steuerung berechnet, die in der 12 dargestellt ist. Im nächsten Schritt 404 wird der Soll-Bremshydraulikdruck Pr mit dem geschätzten Bremshydraulikdruck P(k–1) des letzten Durchgangs verglichen, um so zu entscheiden, ob der hydraulische Druck vergrößert oder verringert werden soll.
In einem Fall, in dem in dem Schritt 404 auf Druckerhöhung entschieden wurde, verzweigt die Routine zur Regelung zu einem Schritt 406. Hier wird die Zeitkonstante a_i für den hydraulischen Druck, die die Ventilregelungszeit t_i für die Druckerhöhung bestimmt, zur Korrektur berechnet, mittels des Wertes der Spannung Eb, der in dem Schritt 402 berechnet wird. Wie es aus der 11 zu ersehen ist, wird, wenn der Wert der Spannung Eb eine niedrige Spannung anzeigt, die Zeitkonstante a_i für den hydraulischen Druck vergrößert, um die Ventilregelungszeit t_i zu verlängern. Im Gegensatz dazu wird, wenn der Wert Eb für die Spannung eine höhere Spannung anzeigt, die Zeitkonstante a_i für den hydraulischen Druck verkleinert.
Nach der korrigierenden Berechnung der Zeitkonstante a_i für den hydraulischen Druck in dem Schritt 406 verzweigt die Routine zur Regelung zu einem Schritt 408, in dem die Regelungszeitdauer für das Ventil t_i zur Druckerhöhung in Übereinstimmung mit der Gleichung (24) berechnet wird, auf den dann ein Schritt 414 folgt.
Andererseits, in einem Fall, in dem in dem Schritt 404 auf die Druckverringerung entschieden wurde, verzweigt die Routine zur Regelung zu einem Schritt 410. Hier wird die Zeitkonstante a_d für den hydraulischen Druck, die die Regelungszeit t_d für das Ventil für die Druckverringerung bestimmt, zur Korrektur mittels des Einsatzes des Wertes Eb der Spannung berechnet, der in dem Schritt 402 berechnet wird. Die Regelungszeit t_d für das Ventil zur Druckverringerung wird in Übereinstimmung mit der Gleichung (25) als nächstes im Schritt 412 berechnet, dem der Schritt 414 folgt.
In dem Schritt 414 wird der geschätzte Bremshydraulikdruck P(k) zum aktuellen Zeitpunkt in Übereinstimmung mit den Gleichungen (22) oder (23) berechnet, indem die Regelungszeit für das Ventil t_i oder t_d eingesetzt wird, die in dem zugehörigen Schritt 408 oder 412 berechnet wird.
In dem Schritt 414 wird der geschätzte Bremshydraulikdruck P(k) zum aktuellen Zeitpunkt in Übereinstimmung mit der Gleichung (22) oder der Gleichung (23) mittels der Ventilregelungszeit t_i oder t_d berechnet, die in dem zugehörigen Schritt 408 oder 412 berechnet wird.
Entsprechend dieser Ausführungsform werden die Zeitkonstanten a_i und a_d für den hydraulischen Druck in Übereinstimmung mit dem Wert Eb der Spannung geändert, wodurch verhindert werden kann, daß das Stellglied die Antwort-Verzögerung aufweist, die infolge der Schwankung des Wertes Eb der Spannung der Spannungsquelle auftritt.
Im folgenden wird die fünfte Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bei jeder bisher beschriebenen Ausführungsform wird jedes der Ventile 31a bis 31d und 32a bis 32d in der Ventilregelungszeit t_i oder t_d angetrieben, die in Übereinstimmung mit der Gleichung (24) oder der Gleichung (25) berechnet wird, um so den aktuellen Bremshydraulikdruck auf den Soll-Bremshydraulikdruck Pr zu regeln. In dieser Hinsicht tritt ein Problem auf, welches im folgenden angegeben wird, für einen Fall, in dem die Ventilregelungszeit t_i oder t_d als Anweisung zur Druckerhöhung oder Druckverringerung kürzer ist als eine spezifische Regelungszeit (z. B. 3 [msek.]). Insbesondere sogar dann, wenn die Anweisung der kürzeren Ventilregelungszeit ausgegeben wird, wird der aktuelle Bremshydraulikdruck kaum verändert, und zwar infolge der Charakteristika des Stellgliedes. Nichtsdestotrotz verändert sich der geschätzte Bremshydraulikdruck P(k) in Übereinstimmung mit dem Wert der Anweisung. Folglich vergrößert sich eine Differenz zwischen dem aktuellen Ist-Bremshydraulikdruck und dem geschätzten Bremshydraulikdruck P(k) geringfügig. Hierbei wird das oben angegebene Problem der geringfügigen Vergrößerung der Differenz sicher verhindert, und zwar in einem Fall, in dem die Anweisung der Ausgabe jedes Wertes verhindert wird, der kleiner ist als beispielsweise 3 [msek.], jedoch tritt dann ein Problem auf, welches im folgenden angegeben wird.
Insbesondere stellt die 14 die Beziehung zwischen dem Soll-Bremshydraulikdruck Pr und dem geschätzten Bremshydraulikdruck P(k) dar. In dem Fall, in dem, wie es in der 14 gezeigt ist, die Anweisung zur Druckerhöhung oder Druckverringerung nicht ausgegeben wird, indem der Wert der Anweisung, wenn er unter 3 [msek.] liegt, auf Null gesetzt wird, wird die Anweisung das erste Mal ausgegeben wenn die Differenz im hydraulischen Druck zwischen dem Soll-Bremshydraulikdruck Pr und dem geschätzten Bremshydraulikdruck P(k) so groß geworden ist, daß eine Druckerhöhung oder eine Druckverringerung für zumindest 3 [msek.] erforderlich ist, wie es bei dem Zeichen C in der Figur dargestellt ist. In der Nähe des Maximums D der Kurve des Soll-Bremshydraulikdrucks Pr in der 14 beinhaltet der geschätzte Bremshydraulikdruck P(k) dementsprechend weiterhin für eine lange Zeitdauer Fehler (relativ zum Soll-Druck Pr). Dieser Zustand kann beispielsweise eine Schwingung der Bewegungen der Räder verursachen, wodurch die Leistung der Regelung des Bremskraft-Regelungssystems verringert wird.
Die fünfte Ausführungsform löst dieses Problem, d.h., daß die Verzögerung bzw. Verschiebung des Timings der Anweisung zur Druckerhöhung oder zur Druckverringerung beseitigt wird, so daß die Anweisung bei einem Wert, der kleiner als 3 [msek.] ist, als Anweisung des Wertes mit 3 [msek.] ausgegeben wird, beispielsweise wird jede Anweisung zwischen 1 [msek.] und 3 [msek.] als Anweisung mit 3 [msek.] ausgegeben.
Die 15 zeigt ein Diagramm zur Erklärung einer Veränderung des hydraulischen Druckes, basierend auf dem Betrieb nach der fünften Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf den Soll-Bremshydraulikdruck Pr und den geschätzten Bremshydraulikdruck P(k), die in der 15 gezeigt sind, zeigt das Bezugszeichen E eine Zeitsteuerung der Druckverringerung für jede der ersten bis vierten Ausführungsformen. In dem Fall, in dem der Wert der Anweisung, der nicht kleiner als 1 [msek.] und der kleiner als 3 [msek.] ist, auf 3 [msek.] verändert wird, um so die entsprechende Anweisung auszugeben, ist nur 1 [msek.] der Differenz zwischen dem Soll-Bremshydraulikdruck Pr und dem geschätzten Bremshydraulikdruck P(k) ausreichend, um die Anweisung zur Druckverringerung auszugeben. Dementsprechend wird der Zeitpunkt E zur Druckverringerung um einen solchen Betrag nach vorne versetzt, d.h., daß die Anweisung zur Druckverringerung bei einem Zeitpunkt F ausgegeben wird, wie es in der 15 dargestellt ist.
Der erwünschte Bremshydraulikdruck Pr kann oszillierend werden, und zwar infolge der Änderung des Werts der Anweisung (zwischen 1 [msek.] und 3 [msek.]) auf einen Wert der Anweisung von 3 [msek.]. Da jedoch das Kraftfahrzeug wesentlich stärker durch die Schwingung der Radgeschwindigkeit ω und die Verschlechterung der Genauigkeit der Regelung beeinflußt wird, welche der Verschiebung des Timings der Druckerhöhung oder der Druckverringerung zuzuordnen sind, wird die Regelung nach dieser Ausführungsform als besonders bevorzugt anzusehen sein.
Die praktikable Regelung nach der fünften Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm nach der 16 im folgenden erklärt.
Ein Schritt 500 in der 16 zeigt eine Routine zur Berechnung der Ventilregelungszeit t_i oder t_d in Übereinstimmung mit dem Modell für den hydraulischen Druck, und zwar mittels des Regelungsmoduls 8 für den hydraulischen Druck, welches in der 2 dargestellt ist. Die fünfte Ausführungsform enthält zusätzlich eine neue Logik nach dem Schritt 500.
Im nächsten Schritt 502 wird der Wert der Ventilregelungszeit t_i oder t_d, der im Schritt 500 berechnet wird, überprüft. Falls der berechnete Wert größer ist oder gleich 3 [msek.] ist, so verzweigt die Routine zur Regelung zu einem Schritt 510, in dem der Wert als ein Anweisungswert zu dem Stellglied ausgegeben wird, und zwar ohne eine Änderung.
Andererseits, wenn in dem Schritt 502 entschieden wurde, daß die Ventilregelungszeit t_i oder t_d kleiner als 3 [msek.] ist, wird sie in einem Schritt 504 mit 1 [msek.] verglichen.
Unter der Bedingung, daß die Ventilregelungszeit t_i oder t_d größer oder gleich 1 [msek.] ist, verzweigt die Routine zur Regelung zu einem Schritt 506, in dem diese Ventilregelungszeit t_i oder t_d auf 3 [msek.] geändert (erhöht) wird, gefolgt durch den Schritt 510. Im Gegensatz dazu verzweigt die Routine zur Regelung zu einem Schritt 508, unter der Bedingung, daß die Ventilregelungszeit t_i oder t_d kleiner als 1 [msek.] ist (Schritt 504), wobei im Schritt 508 diese Ventilregelungszeit t_i oder t_d auf Null gesetzt wird, gefolgt durch den Schritt 510.
Obwohl der Wert, der kleiner als 1 [msek.] ist, bei dieser Ausführungsform als Null [msek.] behandelt wird, kann die Ventilregelungszeit t_i oder t_d im Bereich von 0 bis 1 [msek.] ebenfalls auf 3 [msek.] gesetzt werden, um so die entsprechende Anweisung auszugeben.
Entsprechend dieser Ausführungsform wird in dem Fall, in dem berechnet wird, daß diese Regelungszeit kürzer als die spezifische Zeitdauer ist, in der das Stellglied den hydraulischen Druck nicht regeln kann, diese Regelungszeit als die kürzeste Regelungszeit behandelt, die die Regelung ermöglicht, wodurch die Verzögerung des Zeitpunkts der Regelung durch das Stellglied verhindert werden kann.
Im folgenden wird die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bei der Bremsregelung verstreicht, nach der Ausgabe des Signals zur Regelung (ein Signal zur Druckerhöhung, ein Signal zur Druckverringerung oder ein Haltesignal an eines der Ventile 31a bis 3ld und 32a bis 32d), für gewöhnlich eine spezifische Zeitdauer (z.B. etwa 5 [msek.]), und anschließend beginnt der hydraulische Druck sich zu verändern, nämlich infolge einer Verzögerung, die dem hydraulischen Druck inhärent ist. Um diese Verzögerung zu beseitigen, umfaßt die sechste Ausführungsform einen Berechnungsschritt, in dem der geschätzte Bremshydraulikdruck P(k–1) des vorhergehenden Durchgangs als der (oder anstatt) geschätzte Bremshydraulikdruck P(k) zum aktuellen Zeitpunkt ausgegeben wird.
In dem Fall, in dem der hydraulische Druck durch den Einsatz des Modells des hydraulischen Druckes geregelt wird, ohne eine Berücksichtigung der oben erwähnten Verzögerung, vergrößert sich die Abweichung zwischen dem Soll-Bremshydraulikdruck Pr und dem geschätzten Bremshydraulikdruck P(k) geringfügig. Dies kann das Problem verursachen, daß eine erforderliche Bremskraft-Regelung nicht verwirklicht werden kann, die von dem Regelungssystem erwartet wird, so daß das Kraftfahrzeug nicht auf den Soll-Schlupf Sr geregelt werden kann. Deshalb sollte diese Verzögerung bevorzugt beseitigt werden.
Ein Verfahren zur Beseitigung dieser Verzögerung wird unter Bezugnahme auf die 17 erklärt.
Wie es in der 17 gezeigt ist, ist die Verzögerung oder Abweichung von 5 [msek.] vorhanden, bevor der aktuelle Bremshydraulikdruck Pa(k) den gleichen Wert einnimmt wie den des geschätzten Bremshydraulikdrucks P(k).
Dementsprechend bezeichnet das Bezugszeichen P1 den geschätzten Bremshydraulikdruck P(k = t1) zu einem bestimmten Zeitpunkt t₁, wobei dieser geschätzte Druck dem aktuellen Bremshydraulikdruck Pa(k = t₁) entspricht, der durch das Bezugszeichen bzw. Symbol P2 in der Figur bezeichnet ist. Deshalb existiert eine Differenz im hydraulischen Druck Cl (= P1 – P2) zwischen den Drücken P1 und P2.
Um diese Differenz Cl im hydraulischen Druck zu beseitigen, ersetzt die vorliegende Ausführungsform den Wert P1 des geschätzten Bremshydraulikdrucks P(k = t₁) zudem Zeitpunkt t₁ mit dem Wert P3 des geschätzten Bremshydraulikdrucks P(k–1 = t₀), der zu einem Zeitpunkt t₀ berechnet wird, der 5 [msek.] vor dem Zeitpunkt t₁ liegt. Somit wird die Differenz C1 im hydraulischen Druck beseitigt.
Die praktisch ausgeführte Regelung nach der sechsten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm in der 18 im folgenden erklärt.
Die sechste Ausführungsform betrifft die Berechnung des geschätzten Bremshydraulikdrucks P(k) in dem Regelungsmodul 8 für den hydraulischen Druck, welches in der 2 gezeigt ist, wobei die anderen Regelungen ähnlich denen des ersten Ausführungsbeispiels sind.
In einem Schritt 602 in der 18 erhält das Regelungsmodul 8 für den hydraulischen Druck den Soll-Bremshydraulikdruck Pr von dem N-P-Umrechnungsmodul 6. In einem Schritt 604 wird die Ventilregelungszeit t_i oder t_d in Übereinstimmung mit den entsprechenden Gleichungen (24) oder (25) berechnet. Im nächsten Schritt 606 wird der geschätzte Bremshydraulikdruck P(k) in Übereinstimmung mit den entsprechenden Gleichungen (22) oder (23) berechnet.
Hierbei beträgt die Dauer des Zyklus zur Berechnung in Übereinstimmung mit der Verzögerung des hydraulischen Druckes 5 [msek.]. Im nächsten Schritt 608 wird deshalb der geschätzte Bremshydraulikdruck P(k–1) des um 5 [msek.] vorhergegangenen Zyklus zur Berechnung ausgegeben, anstatt des geschätzten Bremshydraulikdrucks P(k), der in jeder der ersten bis fünften Ausführungsformen ausgegeben wird. Somit wird der geschätzte Bremshydraulikdruck mit einer Verschiebung von 5 [msek.] ausgegeben und stimmt mit dem Wert des aktuellen Bremshydraulikdrucks Pa(k) überein.
Wie es aus der obigen Beschreibung zu ersehen ist, kann in einem Fall, in dem die Verzögerung im hydraulischen Druckkreis beispielsweise 6 [msek.] beträgt, der geschätzte Bremshydraulikdruck, der ausgegeben werden soll, durch eine Interpolation über den geschätzten Bremshydraulikdruck P(k–1) von vor 5 [msek.] und über den geschätzten Bremshydraulikdruck P(k–2) von vor weiteren 5 [msek.] berechnet werden.
Entsprechend dieser Ausführungsform kann die Verzögerung im hydraulischen Druck des Stellgliedes, relativ zu dem Regelungssignal (geschätzter Bremshydraulikdruck P(k)), mit dem Modell für den hydraulischen Druck kompensiert werden, welches bei dem Regelungsmodul 8 für den hydraulischen Druck eingesetzt wird.
Im folgenden wird die siebte Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bei der Regelung des hydraulischen Druckes, wenn sich ein geschätzter Bremshydraulikdruck P (berechnet) während der Berechnung auf den atmosphärischen Druck verringert hat, verzögert sich der hydraulische Druck um eine spezifische Zeitdauer (z.B. 50 [msek.]) beim nächsten Anstieg, und zwar infolge des Einflusses des Spaltes zwischen einer Bremsscheibe und einem Bremsbelag sowie infolge der Steifigkeits-Eigenschaften des hydraulischen Druckes selbst, etc. Wenn die Verzögerung nicht berücksichtigt wird, entsteht ein Fehler zwischen dem Soll-Bremshydraulikdruck Pr und dem geschätzten Bremshydraulikdruck P(k). Die siebte Ausführungsform besteht darin, daß, wenn der berechnete geschätzte Bremshydraulikdruck P (berechnet) einen vorbestimmten hydraulischen Druck Pth einnimmt, der dem atmosphärischen Druck entspricht oder niedriger ist, ein geschätzter Bremshydraulikdruck P (Ausgabe) ausgegeben und auf dem vorbestimmten hydraulischen Druck Pth gehalten wird, bis der berechnete geschätzte Bremshydraulikdruck P (berechnet) einen Wert bzw. Zustand einnimmt, der größer ist als der vorbestimmte hydraulische Druck Pth, und weiterhin bis die vorbestimmte Zeitdauer (50 [msek.]) seit der Einnahme dieses Wertes verstrichen ist.
Hierbei bezeichnet "der Zustand, in dem sich der hydraulische Druck verringert hat, um während der ABS-Regelung gleich dem atmosphärischen Druck zu werden" beispielsweise einen Zustand, in dem sich das Kraftfahrzeug von einer Straße mit großem p (Reibfaktor) zu einer Straße mit niedrigem g fort bewegt hat, so daß der hydraulische Druck abrupt verringert worden ist und dem atmosphärischen Druck entspricht.
Das Verfahren, welches ausgeführt wird, nachdem sich der berechnete geschätzte Bremshydraulikdruck P (berechnet) auf einen Wert verringert hat, der gleich dem atmosphärischen Druck oder niedriger ist, wird im folgenden konkret unter Bezugnahme auf die 19 beschrieben.
Es wird nun in der 19 angenommen, daß der geschätzte Bremshydraulikdruck P (berechnet) durch Berechnung erhalten wird, wie es durch eine Strichpunktlinie in der Figur angegeben ist. In diesem Fall wird der aktuelle Bremshydraulikdruck Pa, der tatsächlich auf das Rad Wh einwirkt, nicht niedriger als der atmosphärische Druck (=Pth), sogar wenn der Wert des hydraulischen Druckes P (berechnet) niedriger wird als der vorbestimmte Wert Pth, der dem atmosphärischen Druck äquivalent ist. Solange deshalb der geschätzte Bremshydraulikdruck P (ausgegeben) als Ausgang auf dem vorbestimmten Wert Pth gehalten wird, unterscheidet sich dieser vom aktuellen Bremshydraulikdruck Pa, wodurch die Leistungsfähigkeit der Regelung des hydraulischen Druckes verringert wird. Dementsprechend wird der ausgegebene geschätzte Bremshydraulikdruck P (Ausgabe), der aktuell für die Regelung eingesetzt wird, auf dem vorbestimmten Wert Pth gehalten (siehe die gestrichelte Linie), sogar wenn sich der berechnete Wert P (berechnet) des geschätzten Bremshydraulikdrucks P auf einen Wert verringert hat, der niedriger ist als der vorbestimmte Wert Pth.
In der Zwischenzeit, sogar wenn der berechnete geschätzte Bremshydraulikdruck P (berechnet) einen Zustand (Wert) eingenommen hat, der größer ist als der vorbestimmte Wert Pth, nämlich aus einem Zustand, der gleich oder kleiner dieses Wertes ist, zu einem Zeitpunkt t₅, wird eine Zeitdauer von etwa 50 [msek.] erforderlich, um den aktuellen Bremshydraulikdruck Pa über den vorbestimmten Wert Pth zu heben, wie oben beschrieben. Deshalb stimmen der geschätzte Bremshydraulikdruck P (Ausgabe) und der aktuelle Bremshydraulikdruck Pa nicht überein, solange der geschätzte Bremshydraulikdruck P zu einem Zeitpunkt t₆ nicht ausgegeben wird, der von dem Zeitpunkt t₅ (berechnete Wiederaufnahme) um 50 [msek.] verzögert ist. Aus diesem Grund wird veranlaßt, daß der geschätzte Bremshydraulikdruck P (Ausgabe) als Ausgabe zum Zeitpunkt t₆ ansteigt, der 50 [msek.] später liegt als der Zeitpunkt t₅ in der 19. Im Ergebnis kann die Differenz zwischen dem aktuellen Bremshydraulikdruck Pa und dem berechneten bzw. geschätzten Bremshydraulikdruck P (Ausgabe) auf einen kleinen Wert verringert werden.
Die praktisch ausführbare Regelung nach der siebten Ausführungsform wird im folgenden unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm nach der 20 erklärt.
Die Regelung nach dieser Ausführungsform wird anschließend an die Berechnung der Ventilregelungszeit t_i oder t_d und die Berechnung des geschätzten Bremshydraulikdrucks P ausgeführt, und zwar durch das Regelungsmodul 8 für den hydraulischen Druck, welches in der 2 dargestellt ist.
Zuerst wird in einem Schritt 702 der geschätzte Bremshydraulikdruck P (berechnet) mit dem vorbestimmten Wert Pth verglichen, der dem atmosphärischen Druck äquivalent ist. Wenn der geschätzte Bremshydraulikdruck P (berechnet) gleich oder kleiner ist als der vorbestimmte Wert Pth, so verzweigt die Routine zur Regelung zu einem Schritt 704, in dem entschieden wird, ob ein Flag P_Flag gesetzt ist oder nicht, welches die Ausführung der Regelung zur Kompensation der Verzögerung anzeigt.
Falls das Flag P_FLAG nicht (AN) gesetzt ist, so hat sich der geschätzte Bremshydraulikdruck P (berechnet) in diesem Zyklus das erste Mal von dem Wert, der größer ist als der atmosphärische Druck, auf den Wert verringert, der gleich oder kleiner ist als der atmosphärische Druck. In einem Schritt 706 wird deshalb das Flag P_FLAG auf AN gesetzt, um den geschätzten Bremshydraulikdruck P (Ausgabe) auf den Atmosphärendruck zu setzen (oder den vorbestimmten Wert Pth: das gleiche gilt im folgenden). Nebenbei bemerkt, falls das Flag P FLAG gesetzt ist, so wird die Regelung zur Kompensation der Verzögerung ausgeführt und der geschätzte Bremshydraulikdruck P (Ausgabe) wird in einem Schritt 707 auf einer Atmosphäre gehalten.
Andererseits, wenn der geschätzte Bremshydraulikdruck P (berechnet) größer ist als der vorbestimmte Wert Pth, nach der Entscheidung in dem Schritt 702, so verzweigt die Routine zur Regelung zu einem Schritt 708, in dem entschieden wird, ob das Flag P _PLAG auf AN gesetzt ist oder ob nicht. Falls das Flag P FLAG auf AN gesetzt ist, so ist der Zustand gemeint, in dem der geschätzte Bremshydraulikdruck P (berechnet) den Wert eingenommen hat, der größer ist als der atmosphärische Druck, ausgehend von dem Wert, der gleich oder kleiner als derselbe ist. Im nächsten Schritt 710 wird deshalb entschieden, ob die Regelung zur Kompensation innerhalb von 50 [msek.] ausgeführt wird, und zwar nach der oben erwähnten Einnahme des Wertes.
Da bei dieser Ausführungsform ein Zyklus zur Berechnung 5 msek.] dauert, wird dann auf die Ausführung der Regelung zur Kompensation innerhalb von 50 [msek.] entschieden, wenn die gezählte Anzahl i der Berechnungs-Zyklen gleich 9 oder weniger beträgt. In diesem Fall wird in einem Schritt 712 der geschätzte Bremshydraulikdruck P (Ausgabe) auf einem Atmosphärendruck gehalten und die gezählte Anzahl i der Berechnungs-Zyklen wird um 1 erhöht.
Andererseits, wenn die Anzahl i größer als 9 wird, in der Entscheidung in dem Schritt 710, bedeutet dies, daß die Zeitdauer von 50 [msek.] verstrichen ist, seitdem der geschätzte Bremshydraulikdruck P (berechnet) den Wert eingenommen hat, der größer ist als der vorbestimmte Wert Pth. In einem Schritt 714 wird deshalb die Anzahl i auf Null gesetzt und das Flag P_FLAG auf AUS gesetzt, sowie ein geschätzter Bremshydraulikdruck P(k–10, berechnet) als geschätzter Bremshydraulikdruck P (Ausgabe) benutzt wird, der 10 Zyklen vorher berechnet worden ist.
Nebenbei bemerkt, wenn bei der Entscheidung in dem Schritt 708 das Flag P_FLAG nicht auf AN gesetzt ist, bedeutet dies, daß die Regelung zur Kompensation der Verzögerung nicht ausgeführt wird und daß sich der geschätzte Bremshydraulikdruck P (berechnet) nicht auf den atmosphärischen Druck oder weniger verringert hat. Deshalb wird das Verfahren sofort beendet.
Die Verzögerung verschwindet normalerweise im Laufe der Zeit. Deshalb wird beispielsweise ein g-schätzter Bremshydraulikdruck P(k: Ausgabe) allmählich geschätzten Bremshydraulikdruck P(k–10, berechnet) der 10 vorhergegangenen Zyklen verändert -> auf den geschätzten Bremshydraulikdruck P(k–9, berechnet) der 9 vorhergegangenen Zyklen -> auf den geschätzten Bremshydraulikdruck P(k–8, berechnet) der 8 vorhergegangenen Zyklen verändert, ..., und zwar bei jedem vorbestimmten Zyklus. Auf diese Art und Weise konvergiert der geschätzte Bremshydraulikdruck P(k: Ausgabe) schließlich auf den geschätzten Bremshydraulikdruck P(k–1, berechnet), nämlich den vorherigen Zyklus, der der gleichmäßigen Verzögerung entspricht, wie bei der sechsten Ausführungsform, die in der 18 dargestellt ist.
Entsprechend der siebten Ausführungsform wird in dem Fall, in dem sich der hydraulische Druck auf den spezifischen Druck verringert hat, der dem atmosphärischen Druck äquivalent ist, nämlich während der ABS-Regelung, der Wert des geschätzten Bremshydraulikdrucks P(k) für die vorbestimmte Zeitdauer auf dem vorbestimmten Wert Pth gehalten. Es ist deshalb möglich, die Verzögerung im hydraulischen Druck, die dem Stellglied eigen ist, zu verhindern, die auftritt, wenn die Druckverringerung, die dem atmosphärischen Druck entspricht, wieder zu der Druckerhöhung übergeht.
Obwohl die ABS-Regelung als das geregelte Objekt in den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Offensichtlich ist die vorliegende Erfindung ähnlich bei jedem Regelungssystem anwendbar, in dem eine Bremskraft geregelt wird, nämlich auf der Basis eines Soll-Schlupfs und eines Ist-Schlupfs, so daß eine Radgeschwindigkeit den Soll-Schlupf umfaßt, wodurch die Stabilität und die Lenkfähigkeit eines Kraftfahrzeuges während der Fahrt desselben verbessert wird.
Wie oben beschrieben, wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein Soll-Bremshydraulikdruck nicht direkt berechnet, sondern es wird ein Soll-Bremsmoment berechnet und in einen Soll-Bremshydraulikdruck umgerechnet, um so der Bewegung eines Kraftfahrzeuges zu entsprechen. Es ist deshalb möglich, eine geregelte Variable zu berechnen, die mit der aktuellen Bewegung des Kraftfahrzeuges übereinstimmt, und eine Regelung für den hydraulischen Druck durchzuführen, bei der die Verteilung der Bremskräfte am gesamten Kraftfahrzeug Berücksichtigung findet. Dementsprechend ist nicht nur eine ABS-Regelung und eine Beschleunigungs-Schlupf-Regelung möglich, sondern es können ebenfalls extensive umfassende Regelungen zum Verhalten des Fahrzeugs zur Verbesserung der Stabilität und der Lenkfähigkeit des Kraftfahrzeuges etc. besser ausgeführt werden.

Claims

Bremskraft-Regelungssystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer Regeleinrichtung für den hydraulischen Druck, welche einen hydraulischen Druck regelt, der durch einen Hauptzylinder oder eine Pumpe in einem Bremssystem erzeugt wird, um so den Druck in Übereinstimmung mit dem Fahrzustand des Kraftfahrzeuges zu erhöhen oder zu verringern, mit: Berechnungsmitteln für den Ist-Schlupf zur Berechnung eines Ist-Schlupfes eines Rades; Berechnungsmitteln für den hydraulischen Soll-Bremsdruck zur Berechnung eines hydraulischen Soll-Bremsdrucks, zumindest aus einem Schlupfzustand des Kraftfahrzeuges; Erfassungsmitteln zur Erfassung des hydraulischen Druckes, der durch den Hauptzylinder oder die Pumpe erzeugt wird; Berechnungsmitteln für einen geschätzten Bremshydraulikdruck zur Berechnung eines geschätzten Bremshydraulikdrucks, von dem angenommen wird, daß er tatsächlich aktuell im Bremssystem vorliegt, über den erfaßten hydraulischen Druck und einen Wert des geschätzten Bremshydraulikdrucks aus einem vorherigen Berechnungszyklus, mittels eines Modells (Regelungsmodul 8) für den hydraulischen Druck, wobei bei dem Modell ein Stellglied zur Einstellung einer Stellgröße für den hydraulischen Druck als dynamisches Modell für den hydraulischen Druck berücksichtigt wird, unter Verwendung eines Modells für die Strömungsgeschwindigkeit und der Veränderung der Brems-Steifigkeit in Abhängigkeit von der Quantität des Bremsfluids; und Berechnungsmitteln für die Stellgröße zur Berechnung einer Stellgröße des in der Regeleinrichtung für den hydraulischen Druck enthaltenen Stellglieds, aus dem berechneten geschätzten Bremshydraulikdruck und aus dem Soll-Bremshydraulikdruck, mittels eines Umkehrmodells für den hydraulischen Druck, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungsmittel für den geschätzten Bremshydraulikdruck Kompensationsmittel für eine Verzögerung zur Kompensation einer Verzögerung eines aktuellen Bremshydraulikdrucks umfassen, nämlich hinsichtlich des berechneten geschätzten Bremshydraulikdrucks, wobei die Kompensationsmittel für die Verzögerung Haltemittel für den geschätzten Bremshydraulikdruck umfassen, um den geschätzten Bremshydraulikdruck auf einem vorbestimmten Wert zu halten, wenn sich der geschätzte Bremshydraulikdruck, der in der Bremskraft-Regelung berechnet wird, auf den atmosphärischen Druck oder darunter verringert hat, bis der berechnete geschätzte Bremshydraulikdruck wieder einen Wert eingenommen hat, der größer als der vorbestimmte Wert ist, und eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist.
Bremskraft-Regelungssystem für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Berechnungsmittel für das Soll-Bremsmoment Fehler-Kompensationsmittel zur Kompensation von Abweichungen der tatsächlichen Radgeschwindigkeit von der Soll-Radgeschwindigkeit umfassen, die der Regeleinrichtung für den hydraulischen Druck zuzuordnen sind.
Bremskraft-Regelungssystem für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Fehler-Kompensationsmittel eine Frequenz-Formung durchführen, die auf einer "H-∞-Regelung" basiert.
Bremskraft-Regelungssystem für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Fehler-Kompensationsmittel einen Regelungs-Sollwert in Übereinstimmung mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges ändern.
Bremskraft-Regelungssystem für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Regeleinrichtung für den hydraulischen Druck ein Proportional-Ventil in einer Leitung für den hydraulischen Druck umfaßt, nämlich auf einer Seite der Hinterräder des Kraftfahrzeuges, sowie die Umrechnungsmittel für den Soll-Bremshydraulikdruck Umrechnungsmittel für die Hinterrad-Seite des hydraulischen Druckes umfassen, um das Soll-Bremsmoment umzurechnen, so daß ein Anstieg im Soll-Bremshydraulikdruck auf der Seite der Hinterräder groß wird, relativ zu einem Anstieg im Soll-Bremshydraulikdruck auf der Seite der Vorderräder des Kraftfahrzeuges.
Bremskraft-Regelungssystem für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Regeleinrichtung für den hydraulischen Druck ein Proportional-Ventil in einer Leitung für den hydraulischen Druck umfaßt, nämlich auf der Seite der Hinterräder des Kraftfahrzeuges, sowie die Berechnungsmittel für den geschätzten Bremshydraulikdruck Veränderungsmittel für die Zeitkonstante des hydraulischen Druckes auf der Seite der Hinterräder umfassen, um eine Zeitkonstante für den hydraulischen Druck des Modells für den hydraulischen Druck zu verändern, welches durch die Eigenschaften der Leitung für den hydraulischen Druck bestimmt wird, nämlich vor und hinter einem Knickpunkt im hydraulischen Druck des Proportionalventils, wenn die Berechnungsmittel für den geschätzten Bremshydraulikdruck den geschätzten Bremshydraulikdruck für die Seite der Hinterräder berechnen.
Bremskraft-Regelungssystem für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, weiterhin mit Erfassungsmitteln für eine Spannung zur Erfassung einer Spannung einer Spannungsquelle für die Regeleinrichtung für den hydraulischen Druck, wobei die Zeitkonstante für den hydraulischen Druck, welche bei dem Modell für den hydraulischen Druck eingesetzt wird, in Übereinstimmung mit der erfaßten Spannung geändert wird.