DE19628283A1 - Antiblockierbremsvorrichtung - Google Patents
AntiblockierbremsvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Regelverfahren zur Erzeugung eines
gewünschten Bremsdrehmomentes während der Bremsung eines Kraftfahrzeugs.
Eine Antischlupfbremse zur Rückkopplungsregelung des Bremsdrehmoments
auf der Grundlage der Differenz zwischen der Radgeschwindigkeit
und der Fahrzeuggeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs,
um zu verhindern, daß die Räder des Kraftfahrzeugs
während des Bremsens blockieren, ist beispielsweise in den
folgenden Druckschriften beschrieben:
(1) Tan und Chin: Vehicle Traction Control: Variable Structure
Control Approach, Trans. of ASME Dynamic Systems, Measurement
and Control, 113, S. 223-230 (1991);
(2) Chin, William, Sidlosky, Rule and Sparschu: sliding-Mode
ABS Wheel-Slip Control, Proc. of Am. Control Conf., S. 1-5
(1992).
Bei den in diesen Druckschriften beschriebenen Vorrichtungen
wird eine Funktion eingestellt, deren Argumente die Fahrzeuggeschwindigkeit
und die Radgeschwindigkeit sind, und wird ein
Radschlupfverhältnis zwischen der Straßenoberfläche und den
Reifen auf einen Soll-Wert geregelt, durch Schalten des Bremsdrehmoments
in Abhängigkeit davon, ob die Funktion positiv
oder negativ ist, wie in dem Diagramm (b) von Fig. 13 gezeigt
ist. Allerdings gibt es eine Verzögerung der Erzeugung des
Bremsdrehmoments infolge der Verzögerung eines Betätigungsgliedes,
welches ein Bremsdrehmoment erzeugt, oder infolge
der zur Berechnung der Funktion erforderlichen Zeit, und dies
führt gewöhnlich zu einem Nachlauf des Bremsdrehmoments oder
des Radschlupfverhältnisses.
Um den Nachlauf zu unterdrücken, können die Eigenschaften der
Funktion so gewählt werden, daß das Bremsdrehmoment nicht
abrupt geändert wird, sondern sich allmählich von einem Maximalwert
auf einen Minimalwert ändert, wie in dem Diagramm (a)
von Fig. 13 gezeigt ist. Wenn jedoch das Bremsdrehmoment allmählich
geändert wird, steigt der Regelfehler an, so daß es
auftreten kann, daß der Soll-Wert und der aktuelle Wert des
Radschlupfverhältnisses nicht exakt übereinstimmen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht daher in der
exakten Regelung oder Steuerung eines Radschlupfverhältnisses
zwischen einer Straßenoberfläche und einem Reifen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin,
daß ein Bremsweg kurz ausgebildet wird.
Um die voranstehend geschilderten Vorteile zu erreichen,
stellt die vorliegende Erfindung eine Antiblockierbremsvorrichtung
zur Verfügung, welche einen Mechanismus zur Erfassung
einer Radgeschwindigkeit aufweist, einen Mechanismus
zur Erfassung einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Mechanismus
zur Berechnung eines Radschlupfverhältnisses aus der Radgeschwindigkeit
und der Fahrzeuggeschwindigkeit, sowie einen
Mechanismus zum Regeln oder Steuern eines Bremsdrehmoments
auf solche Weise, daß das Radschlupfverhältnis identisch mit
einem vorbestimmten Soll-Wert ist.
Die Vorrichtung weist weiterhin einen Mechanismus zur Einstellung
einer Bestimmungsfunktion auf, deren Vorzeichen sich
ändert, wenn das Radschlupfverhältnis identisch mit dem Soll-
Wert ist, einen Mechanismus zur Einstellung einer Schaltfunktion,
welche einen Integralterm aufweist, der ein Zeitintegral
der Bestimmungsfunktion enthält, einen Mechanismus zur
Bestimmung eines Bremsdrehmoment-Soll-Werts entsprechend dem
Wert der Schaltfunktion, sowie einen Mechanismus zum Regeln
oder Steuern des Bremsdrehmoments auf den Bremsdrehmoment-
Soll-Wert.
Vorzugsweise werden die Bestimmungsfunktion und die Schaltfunktion
durch die folgenden Gleichungen (A) und (B) definiert;
(A) σ(t) = η · xv(t) + xw(t)
wobei:
δ(t): Bestimmungsfunktion
xv(t): Fahrzeuggeschwindigkeit
xw(t): Radgeschwindigkeit
λ₀: Radschlupfverhältnis-Soll-Wert
λ: Radschlupfverhältnis
xv(t): Fahrzeuggeschwindigkeit
xw(t): Radgeschwindigkeit
λ₀: Radschlupfverhältnis-Soll-Wert
λ: Radschlupfverhältnis
wobei:
s(t): Schaltfunktion
kl: konstant
s(t): Schaltfunktion
kl: konstant
Weiterhin wird vorzugsweise der Bremsdrehmoment-Soll-Wert
durch folgende Gleichung (C) festgelegt:
(C) Ucmd(t) = Jw · q(t)
wobei
Jw, q⁺, q-, δ: Konstanten
Ucmd(t): Bremsdrehmoment-Soll-Wert
f(s): monoton zunehmende Funktion mit
f(0) = q-, f(δ) = q⁺
Ucmd(t): Bremsdrehmoment-Soll-Wert
f(s): monoton zunehmende Funktion mit
f(0) = q-, f(δ) = q⁺
Gemäß einer weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung
weist die Antiblockierbremsvorrichtung einen Mechanismus zur
Einstellung einer Bestimmungfunktion auf, deren Vorzeichen
sich ändert, wenn das Radschlupfverhältnis identisch mit dem
Soll-Wert ist, einen Mechanismus zur Berechnung eines Bremsdrehmoment-
Soll-Werts entsprechend dem Wert der Bestimmungsfunktion,
einen Mechanismus zur Messung einer Radwinkelbeschleunigung,
einen Mechanismus zum Korrigieren des Bremsdrehmoment-
Soll-Werts durch einen Korrekturwert entsprechend
der Winkelbeschleunigung, sowie einen Mechanismus zum Regeln
oder Steuern des Bremsdrehmoments auf den Bremsdrehmoment-
Soll-Wert.
Vorzugsweise wird die Bestimmungsfunktion durch folgende
Gleichung (D) definiert:
(D) s(t) = η · xv(t) + xw(t)
wobei
s(t): Bestimmungsfunktion
xv(t): Fahrzeuggeschwindigkeit
xw(t): Radgeschwindigkeit
λ₀: Radschlupfverhältnis-Soll-Wert
λ: Radschlupfverhältnis
xv(t): Fahrzeuggeschwindigkeit
xw(t): Radgeschwindigkeit
λ₀: Radschlupfverhältnis-Soll-Wert
λ: Radschlupfverhältnis
Weiterhin werden vorzugsweise die Berechnung und die Korrektur
des Bremsdrehmoment-Soll-Werts entsprechend folgender
Gleichung (E) durchgeführt:
(E) Ucmd(t) = Jw{v(t) + kw · w}
wobei
Jw, v⁺, v-, kw: Konstanten
w: Radwinkelbeschleunigung
ucmd(t): Bremsdrehmoment-Soll-Wert
w: Radwinkelbeschleunigung
ucmd(t): Bremsdrehmoment-Soll-Wert
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere
Merkmale und Vorteile hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Antiblockierbremsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Flußdiagramm, welches ein grundlegendes Programm
der Antiblockierregelung gemäß der vorliegenden Erfindung
beschreibt;
Fig. 3 ein Flußdiagramm, welches ein Bremsdrehmoment-Regelprogramm
gemäß der vorliegenden Erfindung beschreibt;
Fig. 4 ein Diagramm, welches die Eigenschaften einer Schaltfunktion
gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5A bis 5F Darstellungen von Simulationsergebnissen für
Antiblockierbremsregeleigenschaften gemäß der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 6A bis 6F ähnliche Darstellungen wie die Fig. 5A bis 5F,
wobei jedoch Simulationsergebnisse gezeigt sind, wenn
ein Intregralterm entfernt ist;
Fig. 7A bis 7F ähnliche Darstellungen wie die Fig. 6A bis 6F,
wobei jedoch Simulationsergebnisse gezeigt sind, wenn
eine Konstante δ gleich Null ist;
Fig. 8A eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Antiblockierbremse
gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 ein Flußdiagramm, welches ein grundlegendes Antiblockierregelprogramm
gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschreibt;
Fig. 10 ein Diagramm, welches die Eigenschaften von vi(t)
bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt;
Fig. 11A bis 11F Darstellungen von Simulationsergebnissen für
Antiblockierbremsregeleigenschaften, wenn eine Rückkopplungsverstärkung
kw gleich Null ist, bei der
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12A bis 12F ähnliche Darstellungen wie in den Fig. 11A
bis 11F, wobei jedoch Simulationsergebnisse gezeigt
sind, wenn die Rückkopplungsverstärkung k₂ gleich
0,3 ist; und
Fig. 13 ein Diagramm mit einer Darstellung von Bremsdrehmomentregeleigenschaften
nach dem Stand der Technik.
Wie in den Fig. 1 bis 7 der Zeichnungen dargestellt ist,
bremst eine Bremse 1 ein Rad 10 mittels Öldruck über einen
Bremsdruckeinstellmechanismus 2. Der Bremsdruckeinstellmechanismus
2 weist beispielsweise eine Öldruckpumpe und
eine Servopumpe und dergleichen auf, und liefert einen Druck
proportional zu einem Signal, welches von einer Regel- oder
Steuereinheit 3 an die Bremse 1 ausgegeben wird.
Signale von einem Radgeschwindigkeitssensor 4, welcher eine
Umdrehungsgeschwindigkeit xw(t) des Rads 10 erfaßt, von einem
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 5, welcher eine Geschwindigkeit
xv(t) der Fahrzeugkarosserie erfaßt, und von einem
Bremspedalniederdrückwinkelsensor 6, welcher einen Niederdrückwinkel
Θ(t) eines Bremspedals 8 erfaßt, werden in die
Steuereinheit 3 eingegeben. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
5 kann beispielsweise einen Beschleunigungssensor aufweisen,
der eine in Vorwärts/Rückwärts-Richtung auf das Fahrzeug
einwirkende Beschleunigung erfaßt, sowie einen Integrierer,
der diesen Ausgangswert integriert.
Die Regel- oder Steuereinheit 3 weist beispielsweise einen
Mikrocomputer auf, der einen Bremdrehmoment-Soll-Wert
ucmd(t) aus den Eingangssignalen berechnet, also der Radgeschwindigkeit
xw(t), der Fahrzeuggeschwindigkeit xv(t)
und dem Bremspedalniederdrückwinkel Θ(t), unter Verwendung
der nachstehend angegebenen Gleichungen (1) bis (7), und ein
Signal an den Bremsdruckeinstellmechanismus 2 ausgibt. Die
Bremse 1 und der Radgeschwindigkeitssensor 4 sind auf jedem
der Räder 10 angebracht, und es wird ein Bremsdrucksignal an
jedes der Räder 10 ausgegeben.
δi(t) = η · xv(t) + xwi(t) (1)
Hierbei ist i ein Index, der die Nummer des Rades angibt.
Wenn beispielsweise vier Räder vorhanden sind, so kann die
Radgeschwindigkeit des rechten Vorderrades Nr. 1 durch
xw1(t) bezeichnet werden, die Radgeschwindigkeit des linken
Vorderrades Nr. 2 durch xw2(t), die Radgeschwindigkeit
des rechten Hinterrades Nr. 3 durch xw3(t), und die Radgeschwindigkeit
des linken Hinterrades Nr. 4 durch xw4(t).
Die Bestimmungsfunktion σi wird für jede Radgeschwindigkeit
berechnet. η ist ein vorbestimmter Wert, der aus einem Soll-
Wert λ₀ des Radschlupfverhältnisses zwischen der Straßenoberfläche
und den Reifen unter Verwendung folgender Gleichung
berechnet wird:
η = λ₀ - 1
Das Radschlupfverhältnis λi zwischen der Straßenoberfläche
und den Reifen wird durch folgende Gleichung definiert:
Per Definition bedeutet σi(t)=0, daß das Radschlupfverhältnis
λi identisch mit dem Soll-Wert λ₀ ist. σi(t) < 0
bedeutet, daß das Radschlupfverhältnis kleiner als der Zielwert
ist, und σi(t) < 0 bedeutet, daß das Radschlupfverhältnis
größer als der Soll-Wert ist.
Als nächstes wird eine Schaltfunktion si(t) aus der folgenden
Gleichung berechnet:
wobei t die momentane Zeit bezeichnet, und k₁ eine vorbestimmte
positive ganze Zahl ist.
Der Bremsdrehmoment-Soll-Wert ucmdi(t) für jedes Rad wird
aus den folgenden Gleichungen bestimmt:
Hierbei ist f(s)i eine glatte, monoton zunehmende Funktion,
welche folgende Bedingungen erfüllt:
f(0) = qi -, f(δ) = qi⁺.
δ ist ein vorbestimmter, positiver Wert. qi⁺, qi - sind
Konstanten, welche folgende Bedingungen erfüllen:
Hierbei ist fµi eine Kraft in Vorwärts/Rückwärts-Richtung,
welche die Straßenoberfläche auf das i-te Rad ausübt, und ist
fresist der Abrollwiderstand des i-ten Rades. In sämtlichen
Fällen weisen fµi, fresist, v, oi finite Werte auf,
so daß es immer Werte von qi⁺, qi - gibt, welche die
Gleichungen (6) und (7) erfüllen. In graphischer Darstellung
der Gleichung (5) erhält man das Diagramm (a) von Fig. 4.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme der
Fig. 2 und 3 die Berechnung und die Regelung beschrieben, die
von der Regeleinheit 3 durchgeführt werden.
Zuerst einmal ist das Flußdiagramm von Fig. 2 ein grundlegendes
Programm. In einem Schritt S1 wird bestimmt, ob der Zeitpunkt
ein Abtastzeitpunkt ist oder nicht. Dieser Schritt ist
dazu vorgesehen, damit das Programm in regelmäßigen Abständen
ausgeführt wird. Zu einem Abtastzeitpunkt wird in einem
Schritt S2 bestimmt, ob der Bremspedalniederdrückwinkel Θ(t)
größer oder gleich einem vorbestimmten Wert Θ₀ ist oder
nicht. Im allgemeinen ist eine Antiblockierregelung erforderlich,
wenn das Bremspedal um mehr als einen bestimmten Betrag
niedergedrückt wird. In anderen Fällen ist eine Antiblockierregelung
nicht erforderlich, so daß das Programm beendet wird,
ohne die nachfolgende Bremsdrehmomentregelung durchzuführen.
Wenn der Bremspedalniederdrückwinkel Θ(t) größer oder gleich
Θ₀ ist, so wird in einem Schritt S3 ein in Fig. 3 gezeigtes
Bremsregelprogramm durchgeführt.
Hierbei werden in einem Schritt S11 die Radgeschwindigkeit
xwi(t) und die Fahrzeuggeschwindigkeit xv(t) eingelesen.
Daraufhin werden die Berechnungen (1) bis (7) in den Schritten
S12 bios S15 durchgeführt, und wird der Bremsdrehmoment-
Soll-Wert ucmdi(t) für jedes Rad berechnet. Der Bremsdrehmoment-
Soll-Wert ucmdi(t) wird dann im Schritt S15 an den
Bremsdruckeinstellmechanismus 2 ausgegeben.
Der Bremsdruckeinstellmechanismus 2 regelt den der Bremse 1
jedes Rades zugeführten Öldruck so ein, daß der Bremsdrehmoment-
Soll-Wert ucmdi(t) erhalten wird.
Wenn hierbei die Anzahl an Rädern des Fahrzeugs ηw beträgt,
läßt sich die Bremsbewegungsgleichung folgendermaßen ausdrücken:
wobei:
wobei:
xv: Fahrzeuggeschwindigkeit (Drehwinkelgeschwindigkeits-Umwandlungswert)
ui: Bremsdrehmoment des i-ten Rades
Bv: Luftwiderstandskoeffizient
Jw: Trägheitsmoment des Rades
µi(λi): Reibungskoeffizient zwischen dem i-ten Rad und der Straßenoberfläche
: Radlast des i-ten Rades
Θ: Straßenoberflächenneigung
: Radgeschwindigkeit des i-ten Rades
Mv: Fahrzeugmasse
: Rollwiderstandskoeffizient des i-ten Rades
Rw: Radradius
λi: Radschlupfverhältnis des i-ten Rades
ηw: Anzahl an Rädern
xv: Fahrzeuggeschwindigkeit (Drehwinkelgeschwindigkeits-Umwandlungswert)
ui: Bremsdrehmoment des i-ten Rades
Bv: Luftwiderstandskoeffizient
Jw: Trägheitsmoment des Rades
µi(λi): Reibungskoeffizient zwischen dem i-ten Rad und der Straßenoberfläche
: Radlast des i-ten Rades
Θ: Straßenoberflächenneigung
: Radgeschwindigkeit des i-ten Rades
Mv: Fahrzeugmasse
: Rollwiderstandskoeffizient des i-ten Rades
Rw: Radradius
λi: Radschlupfverhältnis des i-ten Rades
ηw: Anzahl an Rädern
Als nächstes wird die Größe Vi(t) = si(t)² betrachtet.
Definitionsgemäß ist selbstverständlich Vi(t) 0. Wenn das
Zeitinkrement (die zeitliche schrittweise Zunahme) i(t)
von Vi(t) immer gleich i(t) 0 ist, so nimmt Vi(t) ab,
und es ergibt sich
si(t) ist dann daher ein konstanter Wert. Definitionsgemäß
kann si(t) nur dann ein konstanter Wert sein, wenn λi = λ₀
gilt.
Die Bedingung, daß immer i(t) 0 erfüllt ist, wird nunmehr
ermittelt. Da gilt
i(t) = 2 · i(t) · si(t) 0
sollte i(t) kleiner als 0 sein, wenn si(t) 0 ist, und
i(t) 0 sein, wenn si(t) 0 ist. Zuerst wird der Fall
überlegt, in welchem si(t) < 0 ist. Schreibt man i(t) um,
so erhält man:
Setzt man qi(t) von Gleichung (5) in Gleichung (10) ein, so
wird deutlich, daß i(t) < 0 ist. Entsprechend wird, wenn
si(t) < δ ist, deutlich, daß i(t) < 0 ist.
Aus Gleichung (10) wird deutlich, daß in dem Bereich 0 si(t) δ
ein Gleichgewichtspunkt P existiert, an welchem
i(t) = 0 ist, wenn qi(t) = ui0 ist (qi - < ui0 < qi⁺).
Bei si(t) < 0 und si(t) < δ nimmt daher Vi(t) monoton
ab, und ist stabil am Gleichgewichtspunkt P in dem Bereich
0 si(t) δ. Da Vi(t) stabil ist, ist auch si(t) auf
einem konstanten Wert stabil. Dies bedeutet, daß λi = λ₀
ist. Auf diese Weise wird das Radschlupfverhältnis λi exakt
auf den Soll-Wert λ₀ geregelt.
Die Fig. 5A bis 5F zeigen die Ergebnisse der Simulation der
voranstehend geschilderten Regelung, wenn der Radschlupfverhältnis-
Soll-Wert λ₀ = 0,2 ist.
Hierbei wird das Radschlupfverhältnis λ schnell auf den Soll-Wert
von 0,2 geregelt, und beträgt die Anhalteentfernung x
beim Bremsen 100 m.
Die Fig. 6A bis 6F zeigen die Ergebnisse der Simulation unter
denselben Bedingungen, jedoch bei weggelassenem Integralterm
von Gleichung (3). Fig. 7 zeigt die Ergebnisse der Simulation,
wenn δ in Gleichung (5) gleich 0 ist, also wenn die Eigenschaften
der Schaltfunktion so gewählt sind, wie dies durch
das Diagramm (b) von Fig. 4 gezeigt ist.
Wenn der Integralterm in Gleichung (3) zugelassen wird, und
δ in Gleichung (5) auf 0 eingestellt ist, tritt wie in Fig. 7
gezeigt ein Nachlauf des Radschlupfverhältnisses λ auf, und
ändert sich das Bremsdrehmoment daher beträchtlich, wie in
Fig. 7D gezeigt ist. Die Anhalteentfernung x beim Bremsen beträgt
110 m, wie in Fig. 7E gezeigt ist.
Während der Regelung, wenn δ nicht gleich 0 ist, und nur der
Integralterm in Gleichung (3) weggelassen ist, tritt ein
Nachlauf des Radschlupfverhältnisses λ nicht auf, wie in Fig. 6C
gezeigt ist, aber da das Radschlupfverhältnis auf einem
Wert stabil ist, der gegenüber dem Radschlupfverhältnis-Soll-Wert
λ₀ = 0,2 verschoben ist, erhöht sich die Anhalteentfernung
beträchtlich auf x = 140 m.
Durch Bereitstellung eines Integralterms in der Schaltfunktion
wird daher die Bremsentfernung verringert, und kann eine
stabile Bremsung erzielt werden.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8 bis 12F eine
zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Der Unterschied bezüglich der Hardware im Vergleich zur voranstehend
geschilderten, ersten Ausführungsform, die in Fig. 1
gezeigt ist, besteht darin, daß zusätzlich ein Winkelbeschleunigungssensor
7 vorgesehen ist, der eine Winkelbeschleunigung
w jedes Rades 10 erfaßt und sie an die Regel- oder Steuereinheit
3 ausgibt.
Die Regeleinheit 3 berechnet den Bremsdrehmoment-Soll-Wert
ucmd(t) aus den Eingangssignalen, also der Radgeschwindigkeit
xw(t), der Fahrzeuggeschwindigkeit xv(t), dem Bremspedalniederdrückwinkel
Θ(t) und der Radwinkelbeschleunigung
w, unter Verwendung der nachstehend angegebenen Gleichungen
(11) bis (17), und gibt ein Signal an den Bremsdruckeinstellmechanismus
2 aus.
Hierbei ist i ein Index, der die Radnummer angibt. Wenn beispielsweise
vier Räder vorhanden sind, kann die Radgeschwindigkeit
des rechten Vorderrades Nr. 1 durch xw1(t), die Radgeschwindigkeit
des linken Vorderrades Nr. 2 durch xw2(t),
die Radgeschwindigkeit des rechten Hinterrades Nr. 3 durch
xw3(t), und die Radgeschwindigkeit des linken Hinterrades
Nr. 4 durch xw4(t) bezeichnet werden. Die Bestimmungsfunktion
si(t) wird für jede Radgeschwindigkeit berechnet. Ist
ein vorbestimmter Wert, der aus einem Soll-Wert λ₀ des Radschlupfverhältnisses
zwischen der Straßenoberfläche und den
Reifen unter Verwendung folgender Gleichung berechnet wird:
η = λ₀ - 1
Das Radschlupfverhältnis λi zwischen der Straßenoberfläche
und den Reifen wird durch folgende Gleichung definiert:
Definitionsgemäß bedeutet σi(t) = 0, daß das Radschlupfverhältnis
λi identisch mit dem Soll-Wert λ₀ ist.
si(t) ]< 0 bedeutet, daß das Radschlupfverhältnis kleiner
als der Soll-Wert ist, und si(t)<0 bedeutet, daß das Radschlupfverhältnis
größer als der Soll-Wert ist.
Der Bremsdrehmoment-Soll-Wert ucmdi(t) für jedes Rad wird
aus folgenden Gleichungen bestimmt:
wobei kw ein vorbestimmter positiver Wert ist, und die
Radwinkelbeschleunigung wi eine Rückkopplungsverstärkung
ist, die an das Bremsdrehmoment rückgekoppelt wird. vi⁺,
vi - sind Konstanten, welche folgende Bedingungen erfüllen:
Hierbei ist fµi eine Kraft in Vorwärts/Rückwärts-Richtung,
welche die Straßenoberfläche auf das i-te Rad ausübt, und ist
fresisti ein Rollwiderstand des i-ten Rades. In sämtlichen
Fällen weisen fµi, fresisti, v, und si finite Werte
auf, so daß es immer Werte für vi⁺, vi - gibt, welche
die Gleichungen (15) und (16) erfüllen. Drückt man Gleichung
(14) graphisch aus, so erhält man das Diagramm von Fig. 10.
Das grundlegende Programm der von der Regeleinheit 3 durchgeführten
Verarbeitung ist das gleiche wie bei der voranstehend
geschilderten ersten Ausführungsform, gemäß Fig. 2. Bei
der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch das im Schritt
S3 durchgeführte Bremsregelprogramm unterschiedlich.
Dieser Unterschied wird nunmehr erläutert. Wie aus Fig. 9 hervorgeht,
werden zuerst in einem Schritt S21 die Radgeschwindigkeit
xwi und die Fahrzeuggeschwindigkeit xv(t) eingelesen.
Daraufhin werden in den Schritten S22 bis S25 die
Berechnungen (11) bis (16) durchgeführt, und wird der Bremsdrehmoment-
Soll-Wert ucmdi(t) für jedes Rad berechnet. Der
Bremsdrehmoment-Soll-Wert ucmdi(t) wird dann im Schritt
S25 an den Bremsdruckeinstellmechanismus 2 ausgegeben.
Der Bremsdruckeinstellmechanismus 2 reguliert den der Bremse
1 jedes Rades zugeführten Öldruck so, daß der Bremsdrehmoment-
Soll-Wert ucmdi(t) erhalten wird.
Wenn hierbei das Bremsdrehmoment durch Gleichung (14) definiert
ist, nähert sich das Radschlupfverhältnis λi an den
Soll-Wert λ₀ an.
Um den Grund hierfür zu erläutern, kann die Bremsbewegungsgleichung
folgendermaßen ausgedrückt werden, wenn die Anzahl
an Rädern auf dem Fahrzeug ηw beträgt:
wobei:
wobei:
xv: die Fahrzeuggeschwindigkeit ist (Drehwinkelgeschwindigkeits-Umwandlungswert)
ui: das Bremsdrehmoment des i-ten Rades
Bv: der Luftwiderstandskoeffizient
Jw: das Trägheitsmoment des Rades
µi(λi): Reibungskoeffizient zwischen dem i-ten Rad und der Straßenoberfläche
: die Radlast des i-ten Rades
Θ: die Straßenoberflächenneigung
: die Radgeschwindigkeit des i-ten Rades
Mv: die Fahrzeugmasse
: der Rollwiderstandskoeffizient des i-ten Rades
Rw: der Radradius
λi: das Radschlupfverhältnis des i-ten Rades
ηw: die Anzahl an Rädern.
xv: die Fahrzeuggeschwindigkeit ist (Drehwinkelgeschwindigkeits-Umwandlungswert)
ui: das Bremsdrehmoment des i-ten Rades
Bv: der Luftwiderstandskoeffizient
Jw: das Trägheitsmoment des Rades
µi(λi): Reibungskoeffizient zwischen dem i-ten Rad und der Straßenoberfläche
: die Radlast des i-ten Rades
Θ: die Straßenoberflächenneigung
: die Radgeschwindigkeit des i-ten Rades
Mv: die Fahrzeugmasse
: der Rollwiderstandskoeffizient des i-ten Rades
Rw: der Radradius
λi: das Radschlupfverhältnis des i-ten Rades
ηw: die Anzahl an Rädern.
Nunmehr wird eine Größe Vi(t) = si(t)² definiert. Definitionsgemäß
ist klar, daß Vi(t) 0 ist. Wenn das Zeitinkrement
i(t) von Vi(t) immer i(t) < 0 ist, so nimmt
Vi(t) ab, und
si(t) geht dann auf 0, also λi = λ₀.
Genauer gesagt wird nunmehr die Bedingung ermittelt, für welche
immer i(t) < 0 erfüllt ist. Da:
Vi(t) = 2 · i(t) · si(t)
ist, sollte i(t) kleiner als 0 sein, wenn si(t) < 0 ist,
und sollte i(t) < 0 sein, wenn si(t) < 0 ist. Zuerst wird
der Fall überlegt, in welchem si(t) < 0 ist. Schreibt man
i(t) um, so erhält man:
Dies liegt an der Tatsache, daß dann, wenn man
in Gleichung (18) einsetzt, man erhält
Setzt man vi(t) von Gleichung (14) in Gleichung (19) ein,
so wird deutlich, daß i(t) < 0 ist, infolge der Beziehung
zur Gleichung (16). Auf entsprechende Weise wird deutlich,
daß bei si(t) < 0 gilt: i(t) < 0.
Wenn daher diese Art der Umschaltung des Bremsdrehmoments
möglich ist, nimmt Vi(t) monoton ab, und ist λi = λ₀.
Allerdings gibt es immer eine Erfassungsverzögerung bei den
erfaßten Werten für die Radgeschwindigkeit und die Fahrzeuggeschwindigkeit,
verglichen mit ihren tatsächlichen Werten.
Weiterhin wird, wenn ein digitaler Prozessor als Berechnungseinheit
verwendet wird, die Regelung in regelmäßigen Intervallen
durchgeführt, und wird zwischen Regelzeiträumen kein
Regelsignal ausgegeben. Eine weitere Verzögerung tritt bei
dem Betätigungsglied auf, welches das Bremsdrehmoment erzeugt.
Daher gibt es bei der Bremsdrehmomenterzeugung immer eine
Verzögerung.
Aus diesem Grund ist das Radschlupfverhältnis entweder zu
groß oder zu klein, verglichen mit dem Soll-Wert, schwankt
das Bremsdrehmoment, und tritt in der Nähe des Soll-Werts
ein Nachlauf des Radschlupfverhältnisses auf.
Die Fig. 11A bis 11F und die Fig. 12A bis 12F zeigen Ergebnisse
der Simulation für die Bremsdrehmomentregelung bei dieser
Ausführungsform, wenn der Radschlupfverhältnis-Soll-Wert
λ₀ gleich 0,2 ist.
Die Fig. 11A bis 11F zeigen die Simulationsergebnisse, wenn
kw in der Gleichung (13) gleich 0,3 ist. Hierbei wurde der
Nachlauf des Radschlupfverhältnisses verringert, und betrug
die Anhalteentfernung x beim Bremsen 102 m.
Die Fig. 12A bis 12F zeigen die Simulationsergebnisse für kw
gleich 0. In diesem Fall tritt, wie in Fig. 12C gezeigt ist,
ein Nachlauf des Radschlupfverhältnisses λ auf, und ändert
sich der Bremsdruck beträchtlich, wie in Fig. 12D gezeigt ist.
Die Anhalteentfernung x beim Bremsen betrug 110 m, wie aus
Fig. 12E hervorgeht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Radwinkelbeschleunigung
w auf das Bremsdrehmoment rückgekoppelt, wird das
Trägheitsmoment der Raddrehung um einen entsprechenden Betrag
größer, und wird die Änderung der Radgeschwindigkeit in bezug
auf fµi , fresisti und Vi(t) verringert. Es wird aus
Gleichung (20) deutlich:
daß wi kleiner ist, wenn kw < 0 ist, als dann, wenn kw = 0
ist.
Wenn daher das Radschlupfverhältnis in der Nähe des Soll-
Werts liegt, gibt es keine starke Schwankung von w, selbst
wenn eine Verzögerung beim Auftauchen von vi(t) auftritt,
und wird das Nachlaufen der Regelung abgemildert.
Claims (6)
1. Antiblockierbremsvorrichtung mit einer Vorrichtung (4) zur
Erfassung einer Radgeschwindigkeit, einer Vorrichtung (5)
zur Erfassung einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Vorrichtung
(3) zur Berechnung eines Radschlupfverhältnisses
aus der Radgeschwindigkeit und der Fahrzeuggeschwindigkeit,
und mit einer Vorrichtung (2, 3) zum Regeln eines
Bremsdrehmoments auf solche Weise, daß das Radschlupfverhältnis
identisch zu einem vorbestimmten Soll-Wert ist,
dadurch gekennzeichnet, daß:
die Vorrichtung weiterhin eine Vorrichtung (S12) zur Einstellung einer Bestimmungsfunktion aufweist, deren Vorzeichen sich ändert, wenn das Radschlupfverhältnis identisch mit dem Soll-Wert ist;
eine Vorrichtung (S13) zur Einstellung einer Schaltfunktion, die einen Integralterm aufweist, der ein Zeitintegral der Bestimmungsfunktion enthält;
eine Vorrichtung (S14) zur Bestimmung eines Bremdrehmoment- Soll-Werts entsprechend dem Wert der Schaltfunktion; und
eine Vorrichtung (S15) zum Regeln des Bremsdrehmoments auf den Bremsdrehmoment-Soll-Wert.
die Vorrichtung weiterhin eine Vorrichtung (S12) zur Einstellung einer Bestimmungsfunktion aufweist, deren Vorzeichen sich ändert, wenn das Radschlupfverhältnis identisch mit dem Soll-Wert ist;
eine Vorrichtung (S13) zur Einstellung einer Schaltfunktion, die einen Integralterm aufweist, der ein Zeitintegral der Bestimmungsfunktion enthält;
eine Vorrichtung (S14) zur Bestimmung eines Bremdrehmoment- Soll-Werts entsprechend dem Wert der Schaltfunktion; und
eine Vorrichtung (S15) zum Regeln des Bremsdrehmoments auf den Bremsdrehmoment-Soll-Wert.
2. Antiblockierbremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bestimmungsfunktion bzw. die
Schaltfunktion durch die nachfolgende Gleichung (A) bzw.
Gleichung (B) definiert ist:
(A) σ(t) = η · xv(t) + xw(t)wobei:
δ(t): die Bestimmungsfunktion ist
xv(t): die Fahrzeuggeschwindigkeit
xw(t): die Radgeschwindigkeit
λ₀: der Radschlupfverhältnis-Soll-Wert
λ: das Radschlupfverhältnis wobei:
s(t): die Schaltfunktion ist, und
kl: eine Konstante
xv(t): die Fahrzeuggeschwindigkeit
xw(t): die Radgeschwindigkeit
λ₀: der Radschlupfverhältnis-Soll-Wert
λ: das Radschlupfverhältnis wobei:
s(t): die Schaltfunktion ist, und
kl: eine Konstante
3. Antiblockierbremsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Bremsdrehmoment-Soll-Wert durch
folgende Gleichung (C) bestimmt wird:
(C) Ucmd(t) = Jw · q(t)wobei
Jw, q⁺, q-, δ: Konstanten sind
ucmd(t): der Bremsdrehmoment-Soll-Wert ist, und
f(s): eine monoton zunehmende Funktion ist,
f(0) = q-, f(δ) = q⁺
ucmd(t): der Bremsdrehmoment-Soll-Wert ist, und
f(s): eine monoton zunehmende Funktion ist,
f(0) = q-, f(δ) = q⁺
4. Antiblockierbremsvorrichtung mit einer Vorrichtung (4) zur
Erfassung einer Radgeschwindigkeit, einer Vorrichtung (5)
zur Erfassung einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Vorrichtung
(3) zur Berechnung eines Radschlupfverhältnisses aus
der Radgeschwindigkeit und der Fahrzeuggeschwindigkeit,
und mit einer Vorrichtung (2, 3) zum Regeln eines Bremsdrehmoments
auf solche Weise, daß das Radschlupfverhältnis
identisch zu einem vorbestimmten Soll-Wert ist, dadurch
gekennzeichnet, daß:
die Vorrichtung weiterhin eine Vorrichtung (S22) zur Einstellung einer Bestimmungsfunktion aufweist, deren Vorzeichen sich ändert, wenn das Radschlupfverhältnis identisch mit dem Soll-Wert ist;
eine Vorrichtung (S24) zur Berechnung eines Bremsdrehmoment- Soll-Werts entsprechend dem Wert der Bestimmungfunktion;
eine Vorrichtung (7) zur Erfassung einer Radwinkelbeschleunigung;
eine Vorrichtung (S24) zur Korrektur des Bremsdrehmoment- Soll-Werts durch einen Korrekturwert entsprechend der Winkelbeschleunigung; und
eine Vorrichtung (S25) zum Regeln des Bremsdrehmoments auf den Bremsdrehmoment-Soll-Wert.
die Vorrichtung weiterhin eine Vorrichtung (S22) zur Einstellung einer Bestimmungsfunktion aufweist, deren Vorzeichen sich ändert, wenn das Radschlupfverhältnis identisch mit dem Soll-Wert ist;
eine Vorrichtung (S24) zur Berechnung eines Bremsdrehmoment- Soll-Werts entsprechend dem Wert der Bestimmungfunktion;
eine Vorrichtung (7) zur Erfassung einer Radwinkelbeschleunigung;
eine Vorrichtung (S24) zur Korrektur des Bremsdrehmoment- Soll-Werts durch einen Korrekturwert entsprechend der Winkelbeschleunigung; und
eine Vorrichtung (S25) zum Regeln des Bremsdrehmoments auf den Bremsdrehmoment-Soll-Wert.
5. Antiblockierbremsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bestimungsfunktion durch folgende
Gleichung (D) definiert ist:
(D) s(t) = η · xv(t) + xw(t)wobei
s(t): die Bestimmungsfunktion ist
xv(t): die Fahrzeuggeschwindigkeit
xw(t): die Radgeschwindigkeit
δ₀: der Radschlupfverhältnis-Soll-Wert, und
δ: das Radschlupfverhältnis.
xv(t): die Fahrzeuggeschwindigkeit
xw(t): die Radgeschwindigkeit
δ₀: der Radschlupfverhältnis-Soll-Wert, und
δ: das Radschlupfverhältnis.
6. Antiblockier-Bremsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Berechnung und die Korrektur des
Bremsdrehmoment-Soll-Werts auf der Grundlage folgender
Gleichung (E) durchgeführt werden:
(E) Ucmd(t) = Jw{v(t) + kw · w}wobei
Jw, v⁺, v-, kw: Konstanten
w: die Radwinkelbeschleunigung ist
ucmd(t): der Bremsdrehmoment-Soll-Wert.
w: die Radwinkelbeschleunigung ist
ucmd(t): der Bremsdrehmoment-Soll-Wert.
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8127 | New person/name/address of the applicant |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20120201 |