DE19722054A1 - Verfahren zur Verbesserung der Regelung eines Fahrzeugs mit Allradantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesse­ rung der Blockierschutzregelung eines mit Allradantrieb und einem oder mehreren sperrbaren Differentialen ausgerüsteten Kraftfahrzeugs, bei dem durch Auswerten und logisches Ver­ knüpfen der das Drehverhalten der einzelnen Fahrzeugräder wiedergebenden Radgeschwindigkeitssignale eine Fahrzeug-Re­ ferenzgeschwindigkeit sowie Bremsdrucksteuer- und Brems­ druckregelsignale gewonnen werden, wobei der momentane Reibwert ermittelt und der Bremsdruckabbau sowie der Rege­ lungsablauf in Abhängigkeit von dem erkannten Reibwert nach spezifischen Regelungsschemata gesteuert wird.

Verfahren zur Blockierschutzregelung sind in großer Vielfalt und in zahlreichen Varianten bekannt. Die Eingangsgrößen der Regelungssysteme werden üblicherweise mit Drehzahlsensoren gewonnen, deren Ausgangssignale aufbereitet, logisch ver­ knüpft und Weise ausgewertet werden. Anstelle der tatsächli­ chen Fahrzeuggeschwindigkeit, die ohne besonderen Aufwand nicht gemessen werden kann, wird durch logische Verknüpfung der Raddrehzahlsignale eine Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit gebildet, die in den meisten Situationen recht genau die Fahrzeuggeschwindigkeit wiedergibt.

Bei Fahrzeugen mit Allradantrieb und sperrbaren Differentia­ len gibt es jedoch bekanntlich Situationen, in denen aus den Radgeschwindigkeitssignalen keine Information über die tat­ sächliche Fahrzeuggeschwindigkeit abgeleitet werden kann. Über die Antriebswellen und die Differentiale sind nämlich die vier Fahrzeugräder derart miteinander gekoppelt, daß sie sich praktisch gleich verhalten und gerade in den für die Blockierschutzregelung kritischen Situationen keinen Rück­ schluß auf die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit zulassen. Dies gilt insbesondere bei Bremsvorgängen auf glatten Fahr­ bahnen bzw. niedrigen Reibwerten. Wegen der Kopplung der Räder kann in solchen Situationen, in denen sich ein hoher Bremsschlupf einstellt, über die Geschwindigkeitssignale dem Regler eine höhere Fahrzeugverzögerung und damit einen hö­ heren Reibwert, als er tatsächlich vorhanden ist, vorgegau­ kelt werden. Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrzeug-Referenz­ geschwindigkeit weichen erheblich voneinander ab; die Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit liegt viel zu niedrig, wes­ halb das Instabilwerden eines Rades nicht oder zu spät er­ kannt wird. In solchen kritischen Situationen ist der Regler nicht in der Lage, auf Basis der Radgeschwindigkeitssignale zwischen Regelbremsungen und Teilbremsungen (auf hohem Reib­ wert) zu unterscheiden. Die unzulängliche Druckmodulation kann blockierende Räder und instabiles Fahrverhalten zur Folge haben.

Zur Behebung dieses Problemes ist es bekannt, das Fahrzeug mit einem zusätzlichen Beschleunigungsschalter oder Beschleunigungssensor auszurüsten. Dies ist jedoch, zumal eine Fehlerabsicherung dieses zusätzlichen Bauelementes und eine recht aufwendige Montage dieses Bauelementes erforder­ lich sind, eine technisch aufwendige und kostspielige Lö­ sung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein für Fahrzeuge mit Allradantrieb und sperrbaren Differentialen geeignetes Verfahren zu entwickeln, das den Einbau eines Fahrzeug-Beschleunigungssensors oder -schalters erübrigt und das Regelungsverhalten in den zuvor beschriebenen, regelungskritischen Situationen entscheidend verbessert.

Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe durch das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren gelöst wird, dessen Besonderheit darin besteht, daß bei hoher, über einem vorgegebenen Grenz­ wert liegender Verzögerung der Fahrzeugräder und Auftreten von den Radgeschwindigkeitssignalen überlagerten, periodi­ schen Schwankungen die Regelung aus dem Normalregelmodus in einen für Bremsvorgänge auf Niedrigreibwert bzw. auf Bremsvorgänge in Niedrigreibwert-Situationen ausgelegten Sonderregelmodus umgeschaltet wird.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei Fahrzeugen und Fahrsituationen der hier beschriebenen Art durch Aus­ wertung der periodischen Schwankungen, die beim Instabilwer­ den der Räder in den beschriebenen Situationen zu beobachten sind, diese kritischen Situationen identifiziert werden kön­ nen und daß dann durch Umschalten auf den Sonderregelmodus die Blockierschutzregelung entscheidend verbessert werden kann.

Solche Schwankungen, die hier als Kriterium ausgewertet wer­ den, treten nur im abfallenden Bereich der sogenannten µ-Schlupfkurve auf, weil bereits sehr geringe Reibwert­ schwankungen in diesem Bereich große Schlupfänderungen und dadurch die beobachteten Schwankungen zur Folge haben. Im ansteigenden Bereich dieser µ-Schlupfkurve, der bei Teil­ bremsungen maßgeblich ist, verlaufen dagegen die Räder sta­ bil. Diese Überlegung wird nach vorliegender Erfindung ge­ nutzt, um Teilbremsungen auf Hochreibwert von Bremsvorgängen zu unterscheiden, bei denen die Gefahr besteht, daß die Regelungsschwellen unterlaufen werden. Das Umschalten in den Sonderregelmodus hat zur Folge, daß die Fahrzeug-Refe­ renzgeschwindigkeit angehoben wird bzw. nicht allzu sehr von der Fahrzeuggeschwindigkeit abweichen kann. Durch diese An­ näherung an die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit wird die Bremsdruckregelung oder Blockierschutzregelung der spe­ ziellen Situation erheblich besser angepaßt.

Die für eine Instabilität zeugenden periodischen Schwankun­ gen der Radgeschwindigkeitsverläufe sind phasenverschoben; phasengleiche Schwankungen können dagegen auch im Teilbrems­ bereich auftreten und auf andere Ursachen, wie Straßenstö­ rungen etc., zurückgehen.

Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Sonderregelmodus der Gradient, der die maximale Ab­ nahme der Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit bestimmt, auf einen vorgegebenen, für Niedrigreibwert-Verhältnisse ausge­ legten Wert begrenzt; als zweckmäßig hat sich die Begrenzung auf einen Gradienten im Bereich zwischen -0,2 g und -0,5 g erwiesen, wobei "g" die Erdbeschleunigungskonstante bezeich­ net. Durch diese Maßnahme wird in diesem Sonderfall eine wesentlich bessere Annäherung der Fahrzeug-Referenzgeschwin­ digkeit an die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit im Ver­ gleich zu einer Regelung im Normalregelungsmodus erreicht. Dies hat beim Instabilwerden eines Rades ein wesentlich frü­ heres Einsetzen der Blockierschutzregelung und somit einen Stabilitätsgewinn zur Folge.

Weiterhin hat es sich als günstig erwiesen, im Sonderregel­ modus, sobald ein Rad instabil wird, eine Bremsdruckregelung nach einem für Niedrigreibwert-Erkennung vorgesehenen Regelungsschema in Gang zu setzen. Der Bremsdruckabbau wird beispielsweise in diesem Fall sofort durch ein ungepulstes Signal herbeigeführt, während bei einer Hochreibwert-Erken­ nung mit einem kurzen Druckabbaupuls oder einer Puls folge begonnen wird, die anschließend in einem Lernprozeß modifi­ ziert werden kann.

Das Umschalten von dem Normalregelmodus in den Sonderregel­ modus setzt nach einem weiteren Ausführungsbeispiel des er­ findungsgemäßen Verfahrens erst ein, wenn mindestens an zwei Rädern oder gar an allen Rädern das Auftreten der periodi­ schen Schwankungen festgestellt wird. Die Wahrscheinlich­ keit, daß in der hier betrachteten Situation innerhalb einer kurzen Zeitspanne alle Räder instabil werden, ist nämlich relativ hoch.

Als Grenzwert der Radbeschleunigung bzw. -verzögerung, des­ sen Überschreitung ein Kriterium für das Umschalten in den Sonderregelmodus ist, hat sich ein Wert im Bereich zwischen -0,4 g und -1,0 g oder ein bei etwa -0,6 g liegender Wert als vorteilhaft erwiesen. Es ist jedoch auch möglich, diesen Grenzwert in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit zu variieren.

Schließlich ist es erfindungsgemäß noch vorzusehen, die Dau­ er der Gültigkeit des Sonderregelungsmodus, in den nach dem Erfüllen der vorgenannten Kriterien umgeschaltet wird, auf einen vorgegebenen konstanten Wert oder auf einen von der Reaktion des Fahrzeugs und/oder auf einen von der Fahrzeug­ geschwindigkeit abhängigen Wert zu begrenzen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefüg­ ten Abbildungen hervor. Diese zeigen:

Fig. 1 im Diagramm, in vereinfachter Darstellung den Geschwindigkeitsverlauf zweier Räder, der Fahrzeug­ geschwindigkeit und der Fahrzeug-Referenzgeschwin­ digkeit in einer beispielhaften Situation und

Fig. 2 ebenfalls vereinfacht, ein Ablaufdiagramm zur Ver­ anschaulichung der erfindungsgemäß ausgewerteten Kriterien.

Fig. 1 dient zur Veranschaulichung einer Situation, in der das erfindungsgemäße Verfahren zur Geltung gelangt. Es han­ delt sich um ein Fahrzeug mit Allradantrieb und mit sperr­ baren Differentialen; bei Fahrzeugen mit sogenannten Visco- Kupplungen oder dergl., die nur eine beschränkte Sperr­ wirkung hervorrufen, treten die gleichen, mit dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren behebbaren Schwierigkeiten auf.

Zum Zeitpunkt t₀ beginnt ein Bremsvorgang. Infolge der Koppe­ lung aller Räder über die Antriebswellen und die Differenti­ alsperren wird in der hier betrachteten Situation dem Regler ein höherer Reibwert und eine höhere Fahrzeugverzögerung als tatsächlich gegeben vorgetäuscht. Die durch gestrichelte Linie dargestellte Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit v_REFNM würde der elektronische Regler eines Antiblockiersystems im Normalregelmodus NM aus den einzelnen Radgeschwindigkeiten ableiten, wenn die Erfindung nicht zur Anwendung käme. Der gestrichelt wiedergegebene Verlauf der Fahrzeug-Referenz­ geschwindigkeit v_REFNM wird durch den gleichförmigen Geschwindigkeitsverlauf aller Räder vorgegeben.

Tatsächlich handelt es sich jedoch in der dargestellten Si­ tuation um einen Bremsvorgang auf niedrigem Reibwert. An allen Rädern tritt ein hoher Bremsschlupf auf. Die sehr dicht beieinanderliegenden Radgeschwindigkeiten v_R, darge­ stellt ist in Fig. 1 der besseren Übersichtlichkeit wegen nur der Geschwindigkeitsverlauf v_R1 (durchgehende Linie), v_R2 (gepunktete Kennlinie) von zwei Fahrzeugrädern, läßt peri­ odische Schwankungen, die dem Radgeschwindigkeitssignal überlagert sind, erkennen. Alle Räder verhalten sich sehr ähnlich. Die periodischen Schwankungen sind allerdings in diesen kritischen Situationen phasenverschoben; Phasen­ gleichheit wäre ein Indiz für eine Teilbremsung und Fahrbahnstörungen oder dergl., die durch reine Bremsdruckmo­ dulation ausgeglichen werden könnten. Diese periodischen, phasenverschobenen Schwankungen sind eine Folge des hohen Radschlupfes und der dadurch hervorgerufenen Instabilität.

Die tatsächliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs in dieser Situation ist durch die strichpunktierte Kennlinie v_FZ wie­ dergegeben.

Die Zeitspanne t₀ bis t₁ wird benötigt, um das Auftreten die­ ser periodischen, auf eine Instabilität hinweisender Schwankungen zu erkennen. Zum Zeitpunkt t₁ wird daher der Normalregelmodus NM verlassen und in einen Sonderregelmodus SRM umgeschaltet, der für Bremsvorgänge in Niedrigreibwert- Situationen ausgelegt ist.

Das Ablaufdiagramm nach Fig. 2 veranschaulicht in einem ver­ einfachten Beispiel die einzelnen Entscheidungsvorgänge, Kriterien und Maßnahmen.

Zum Beginnen (Start) dieser Entscheidungsschleife wird in 1 festgestellt (Ja), daß die Radverzögerung b_R größer ist als ein vorgegebener Grenzwert GW. Außerdem wird das Auftreten von periodischen Schwankungen im Schritt 2 erkannt. Treten solche Erscheinungen an mehreren Rädern (n<1) auf, was im Schritt 3 bejaht wird, sind die Kriterien für einen Sonder­ regelmodus SRM (4) erfüllt. Natürlich müssen diese periodi­ schen Schwankungen bestimmte Mindestwerte überschreiten. In diesem Sonderregelmodus SRM ist der Regler auf glatte Fahr­ bahnen bzw. auf Bremsvorgänge in Niedrigreibwert-Situationen eingestellt. Beim ersten Auftreten einer Instabilität, die zum Regelungseintritt 5 (RE=1) führt, wird in 6 eine Niedrigreibwert-Druckmodulation ausgelöst. Im Gegensatz zu einer Druckmodulation auf hohem Reibwert, bei dem nur eine geringe Druckreduzierung sinnvoll ist, wird in einer Niedrigreibwert-Situation durch ungepulste Ansteuerung des Druckabbauventils oder auf entsprechende Weise für einen schnellen und ausreichenden Druckabbau gesorgt. Das auf Niedrigreibwert aus gelegte Regelungsschema wird bei jeder Instabilität wiederholt, bis in einem (Programm)Schritt 7 eine Radwiederbeschleunigung, die nicht mehr als typisch für Niedrigreibwert-Situationen anzusehen ist, erkannt wird oder ein anderer Hinweis auf die Wiedererlangung der Radstabili­ tät festgestellt werden kann; bei Radwiederbeschleunigungen, die größer als z. B. 3 g sind, ist "Niedrigreibwert" unwahr­ scheinlich.

Wird eine vorgegebene Beschleunigungsschwelle (von z. B. 3 g) überschritten, wird zum Ausgleich für den vorausgegan­ genen "zu hohen" Druckabbau durch relativ hohen Druckwieder­ aufbau Rechnung getragen. Auf diese Weise wird eine sonst drohende Unterbremsung des Rades bzw. des Fahrzeugs vermie­ den.

Bei einem taktgesteuerten Regelungssysteme wird die Entschei­ dungsschlaufe gemäß Fig. 2 in bekannterweise ständig durch­ laufen. Sind die genannten Kriterien nicht erfüllt, wird das System in den Normalregelmodus NM zurückgeschaltet.

Im Sonderregelmodus SRM 4 wird der maximale Gradient, mit dem die Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit v_REF abnehmen darf, auf einen relativ kleinen, den Verhältnissen in Niedrig­ reibwert-Situationen angepaßten Wert, der beispielsweise bei -0,2 g bis -0,5 g liegen sollte, reduziert. Fig. 1 veran­ schaulicht diese Situation. Während im Normalregelmodus NM üblicherweise eine maximale Abnahme der Fahrzeug-Referenz­ geschwindigkeit mit 1,0 oder 1,3 g zugelassen ist, wird durch die Umschaltung auf den Sonderregelungsmodus SRM eine entscheidend bessere Anpassung der Fahrzeug-Referenz­ geschwindigkeit v_REFSM an die tatsächliche Fahrzeuggeschwin­ digkeit v_FZ erreicht. Der zum Beispiel zum Zeitpunkt t_x auf­ tretende Bremsschlupf λ, nämlich die Differenz zwischen v_REFSM und v_R1führt im Vergleich zu der im Normalregelmodus NM gegebenen Situation, bei der die Abweichung des Radver­ laufs v_R1 von der Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit v_REFNM für den Regelungsverlauf ausschlaggebend wäre, zu einem wesent­ lich früheren Regelungseintritt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Verwendung eines zusätzlichen Fahrzeug-Beschleunigungssensors zur Absi­ cherung der mit den Radsensoren gewonnenen Informationen entbehrlich, weil der Regler trotz des gleichförmigen Ver­ laufs der gekoppelten Räder zwischen einer Bremssituation auf Hochreibwert und einer Nierigreibwert-Situation eindeu­ tig unterscheiden und die Regelung der jeweiligen Situation anpassen kann.

Claims (9)

1. Verfahren zur Verbesserung der Blockierschutzregelung eines mit Allradantrieb und sperrbaren Differentialen ausgerüsteten Kraftfahrzeugs, bei dem durch Auswerten und logische Verknüpfung der das Drehverhalten der ein­ zelnen Fahrzeugräder wiedergebenden Radgeschwindigkeitssignale eine Fahrzeug-Referenz­ geschwindigkeit sowie Bremsdrucksteuer- und Bremsdruckregelsignale gewonnen werden, wobei der momen­ tane Reibwert ermittelt und der Bremsdruckabbau sowie der Regelungsablauf in Abhängigkeit von dem erkannten Reibwert nach spezifischen Regelungsschemata gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei hoher, über einem vorgegebenen Grenzwert (GW) liegender Verzögerung der Fahrzeugräder und Auftreten von den Radgeschwindigkeits­ signalen überlagerten, periodischen Schwankungen die Regelung aus dem Normalregelmodus (NM) in einen für Bremsvorgänge auf Niedrigreibwert bzw. auf Bremsvorgänge in Niedrigreibwert-Situationen ausgelegten Sonderregel­ modus (SRM) umgeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sonderregelmodus (SRM) der Gradient, der die maximale Abnahme der Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit (v_REFSM) bestimmt, auf einen vorgegebenen, für Niedrigreibwerte ausgelegten Wert, insbesondere auf einen Wert im Bereich zwischen -0,2 g und -0,5 g, wobei g die Erdbeschleunigungskonstante bezeichnet, begrenzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß im Sonderregelmodus (SRM), sobald ein Rad in­ stabil wird oder sobald an einem Rad eine Blockierschutzregelung einsetzt, eine Bremsdruckregelung nach einem für Niedrigreibwerte vorgesehenen Regelungs­ schema (NRW) in Gang gesetzt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß erst dann in den Sonder­ regelmodus (SRM) umgeschaltet wird, wenn an mindestens zwei Rädern das Auftreten periodischer Schwankungen festgestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Sonderregelmodus (SRM) erst dann umgeschaltet wird, wenn an allen Rädern periodische Schwankungen festgestellt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß nur dann in den Sonderregelmodus (SRM) umgeschaltet wird, wenn eine Phasenverschiebung zwischen den periodi­ schen Schwankungen der einzelnen Räder festgestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Grenzwert (GW) der Radverzögerung, des­ sen Überschreiten eines der Kriterien für das Umschalten auf den Sonderregelungsmodus ist, im Bereich zwischen -0,3 g und -0,6 g, insbesondere zwischen -0,4 g und -0,5 g, liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Grenzwert (GW) in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit variiert wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Sonderre­ gelmodus (SRM) auf einen vorgegebenen konstanten Wert, auf einem von der Reaktion des Fahrzeugs und/oder auf einen von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen Wert begrenzt wird.