DE19854463C1

DE19854463C1 - Verfahren zur Reduzierung von Drehbewegungen um eine Querachse beim Bremsen eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE19854463C1
Application number: DE1998154463
Authority: DE
Inventors: Harry Troester; Rainer Freitag; Armin Mueller; Wilfried Huber
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1998-11-25
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2018-11-26

Abstract

Bei einem Verfahren zur Reduzierung von Drehbewegungen beim Bremsen eines Kraftfahrzeugs wird einer Regel- und Steuereinheit als Eingangssignal die Fahrzeugverzögerung zugeführt, die mit einer Referenzverzögerung verglichen wird, wobei bei einem Überschreiten der Referenzverzögerung ein Stellsignal zur Reduzierung der Bremskraft einer Fahrzeugbremse erzeugt wird. DOLLAR A Um die Fahrsicherheit eines Kraftfahrzeugs bei Bremsvorgängen auf geneigter Fahrbahn zu erhöhen, wird in der Referenzverzögerung die Fahrzeuggeometrie berücksichtigt und berechnet sich die Referenzverzögerung in Abhängigkeit der Fahrbahnneigung gemäß einer trigonometrischen Beziehung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Dreh bewegungen um eine Querachse beim Bremsen eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der Druckschrift DE 197 13 920 A1 ist ein Anti-Blockier- System bekannt, das in der hydraulischen Bremsanlage eines Nutzfahrzeugs zur Bremskraftregelung eingesetzt wird. Das Anti- Blockier-System tritt in Aktion, sobald beim Bremsvorgang ein übermäßig hoher Schlupf an den Rädern entsteht, wenn also die Fahrzeuggeschwindigkeit auch unter Berücksichtigung eines Tole ranzbereiches nicht mehr der Umfangsgeschwindikeit der Räder entspricht. Das Anti-Blockier-System umfaßt Drehzahlsensoren zur Messung der Raddrehzahl, eine Regel- und Steuereinheit, in der die gemessenen Raddrehzahlen mit Sollwerten verglichen wer den, sowie Stellglieder zur Beeinflussung der Bremskraft, die von Stellsignalen, welche gemäß einem hinterlegten Regelgesetz in der Regel- und Steuereinheit ermittelt werden, beaufschlagt werden.

Bei starken Bremsvorgängen auf geneigter Fahrbahn kann das Pro blem auftreten, daß die Bremskräfte ein derart hohes Drehmoment um eine Querachse durch die Radaufstandspunkte der in Fahrt richtung vorne liegenden Räder aufbauen, daß das Fahrzeug kippt. Bereits ein geringfügiges Abheben der Räder von der Fahrbahn oder auch nur eine signifikante Reduzierung der Radaufstandskräfte schränken die Fahrsicherheit ein, weil die entlasteten Räder nur reduzierte bzw. keine Seiten- und Längs kräfte übertragen können. Um ein Kippen um eine Querachse zu verhindern, ist gemäß der DE 197 13 920 A1 vorgesehen, daß im Falle eines an der Hinterachse des Nutzfahrzeugs aktivierten Anti-Blockier-Systems der Bremsdruck an der Vorderachse auf ein vorbestimmtes Maß begrenzt wird. Auf diese Weise wird vermie den, daß das Bremsmoment an der Vorderachse wesentlich größer wird als das Bremsmoment an der Hinterachse.

Diese Vorgehensweise hat den Nachteil, daß zugunsten der Fahrstabilität die Bremskraft nicht optimal ausgenutzt wird, weil der Bremsdruck an der Vorderachse unabhängig von äußeren Gegebenheiten wie der Geländetopographie auf einen konstanten Wert gesetzt wird. Es ist zwar in einer zweckmäßigen Weiterbil dung vorgesehen, dem vorgegebenen Bremsdruck eine Sollverzöge rung zuzuordnen und den Bremsdruck in der Weise zu manipulie ren, daß die Istverzögerung an die Sollverzögerung angeglichen wird; ein optimales Ausnutzen sämtlicher Reserven an Bremskraft ist jedoch auch mit dieser Bremsdruckregelung nicht realisier bar.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Fahrsicherheit eines Kraftfahrzeugs bei Bremsvorgängen auf geneigter Fahrbahn zu erhöhen.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An spruches 1 gelöst.

Die Einführung einer neigungs- und geometrieabhängigen Refe renzverzögerung ermöglicht es, in kritischen Bremssituationen bei Bergfahrten die Bremskraft insbesondere einer Radbremse zu reduzieren und dadurch Kippmomente um den Radaufstandspunkt der abgebremsten Räder quer zur Fahrzeuglängsachse zu vermindern. Hierdurch werden Kippbewegungen unterdrückt oder zumindest re duziert, mit der Folge, daß die nachlaufenden Räder größtmögli che Radkräfte aufnehmen können und sowohl die Lenkbarkeit als auch die Fahrzeugstabilität verbessert ist.

Die Gefahr des Kippens tritt bei Fahrzeugen mit hohem Schwer punkt und kurzem Radstand bei geradlinig durchgeführten Bremsmanövern auf geneigter Fahrbahn auf, insbesondere, wenn konstruktionsbedingt der Motor in der Nähe einer Achse angeord net ist und das Fahrzeug mit dieser Achse voraus bergab fährt. In diesem Fall ist der Gesamtschwerpunkt des Fahrzeugs in Rich tung der vorauseilenden Achse verschoben, mit der Folge eines nur geringen Abstandes des Schwerpunkts zur Achse und eines ge ringen, das Fahrzeug in Straßenlage rückstellenden Moments. Die Beschränkung der maximalen Bremsverzögerung auf die Referenz verzögerung, die aufgrund der Berücksichtigung der Fahrbahnnei gung unterhalb des entsprechenden Maximalwertes für eine ebene Fahrbahn liegt, gewährleistet, daß während des Bremsvorganges das kippende Moment stets kleiner ist als das rückstellende Mo ment. Ein Kippen des Fahrzeugs ist ausgeschlossen, die Fahrsi cherheit ist dadurch wesentlich erhöht.

Zweckmäßig wird die Referenzverzögerung mit einem Gewichtungs faktor beaufschlagt. Ein Gewichtungsfaktor von maximal eins markiert die Kippgrenze der Referenzverzögerung; um einen Si cherheitsabstand einzuhalten, kann es angezeigt sein, den Ge wichtungsfaktor geringfügig zu reduzieren. Darüberhinaus kann es gegebenenfalls auch zweckmäßig sein, einen noch größeren Ab stand zur Kippgrenze einzuhalten, um dynamische Anteile aus ei ner Nickbewegung des Fahrzeugaufbaus, welche sich der Kippbewe gung überlagern können und die Kippgefahr verstärken können, zu berücksichtigen. Außerdem werden durch die reduzierten Brems kräfte auch die Nickbewegungen reduziert.

Die Ermittlung der Regelabweichung durch einen Vergleich zwi schen der Fahrzeugverzögerung als Istwert und der Referenzver zögerung als Sollwert wird in einer Regel- und Steuereinheit durchgeführt. Die Regelabweichung wird gemäß einem hinterlegten Regelgesetz ausgeregelt, die Regel- und Steuereinheit produ ziert ein der Regelung entsprechendes Stellsignal zur Einstel lung der Bremskraft der Fahrzeugbremse, insbesondere der Rad bremse. Die Referenzverzögerung ist als trigonometrische Funk tion der Fahrbahnneigung darstellbar und hängt linear von wei teren fahrzeugspezifischen, geometrischen Parametern sowie Kon stanten ab.

In einer ersten zweckmäßigen Ausführung wird als Ist- Fahrzeugverzögerung ein Meßsignal verwendet, das als Meßwert eines Beschleunigungssensors aufgenommen wird. Der Beschleuni gungssensor mißt die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs nach Be trag und Richtung. Die Verzögerung des Fahrzeugs ist in diesem Fall so zu regeln, daß eine als Kosinusfunktion darstellbare Referenzverzögerung nicht überschritten werden darf.

Gemäß einer anderen zweckmäßigen Ausführung kann die Regelung auch ohne Beschleunigungssensor durchgeführt werden. In diesem Fall wird die Ist-Fahrzeugverzögerung rechnerisch durch Diffe rentiation einer Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit ermittelt, die beispielsweise für die Bremskraftregelung in einem Anti- Blockier-System zur Verfügung steht. Die Referenzverzögerung wird hierbei gegenüber dem Verfahren mit gemessener Fahrzeug verzögerung vorteilhaft um einen Betrag vermindert, welcher als Sinusfunktion der Fahrbahnneigung darstellbar ist.

Die Fahrbahnneigung wird gemäß einer bevorzugten Ausführung ge messen, beispielsweise mittels eines Neigungssensors, und kann dadurch fortlaufend aktualisiert der Regel- und Steuereinheit als Eingangssignal zugeführt und für die Berechnung der Refe renzverzögerung herangezogen werden. Diese Methode hat den Vor teil, jeweils einen aktuellen Wert der Fahrbahnneigung zu ver wenden, so daß zu jedem Zeitpunkt ein optimaler Wert für die Referenzverzögerung bestimmt werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführung kann aber auch auf den Nei gungssensor verzichtet werden. In diesem Fall wird ein konstan ter Wert für die Fahrbahnneigung vorgegeben, der sich vorteil haft an der maximalen Steigfähigkeit des Fahrzeugs orientiert, um sicherzustellen, daß bei sämtlichen vom Fahrzeug bewältigba ren Straßenneigungen ein Kippen verhindert wird.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den weiteren Ansprüchen und der Zeichnung zu entnehmen, in der ein Bremssystem als Blockschaltbild dargestellt ist.

Die Motorregel- und -steuereinheit 1 wird Vermeidung von Kipp bewegungen eines motorisch betriebenen vierrädrigen Fahrzeugs im Bremsbetrieb auf einer geneigten Fahrbahn verwendet. Derar tige Kippbewegungen, bei denen das Fahrzeug eine Bewegung um eine Kippachse quer zur Fahrzeuglängsachse durch die Radauf standspunkte ausführt, können bei einer Radbremsung mit maxima ler Bremskraft bei einer Bergabfahrt auftreten, wobei die Ge fahr des Kippens für den Fall besteht, daß konstruktiv bedingt das Fahrzeug einen hohen Schwerpunkt, einen kurzen Radstand und/oder einen in Richtung einer Kippachse verschobenen Gesamt schwerpunkt aufweist, beispielsweise bei einem Einbau des Mo tors in der Nähe einer der Radachsen. Fährt das Fahrzeug mit derjenigen Achse voraus bergab, in deren Richtung der Fahrzeug- Gesamtschwerpunkt verschoben ist, so besteht die Gefahr, daß bei einer starken Bremsung das rückstellende, stabilisierende Moment des Fahrzeuges, welches durch den Schwerpunkt und den Abstand zur Kippachse erzeugt wird, zur Kompensation der Bremsmomente um die Kippachse nicht mehr ausreicht. Ein derar tiger typischer Bremsvorgang kann bei Kleinwagen mit Heckmotor auftreten, die rückwärts Gefällstrecken mit hoher Neigung hin abfahren und über die Radbremse maximal abgebremst werden. Um diesen Fall zu verhindern, wird gemäß dem dargestellten Block schaltbild bei geneigter Fahrbahn im Bremsbetrieb eine Rege lungsstrategie zur Verhinderung von Kippbewegungen, gegebenen falls auch zur Verhinderung von Nickbewegungen, durch unmittel baren Eingriff auf die gebremsten Räder durchgeführt. Die Rege lung nutzt die Fahrbahnneigung als Eingangsgröße.

In der Regel- und Steuereinheit 1 wird auf der Basis von Be schleunigungsgrößen eine Regelabweichung Δa durch Subtraktion einer Ist-Fahrzeugverzögerung a_x,S oder a_x,R von einer Soll- bzw. Referenzverzögerung a_Ref gebildet und diese Regelabweichung Δa als Eingangssignal einem Regler 5 zugeführt und einer Regelung unterzogen. Der Regler 5 erzeugt auf der Grundlage des hinter legten Regelgesetzes, beispielsweise eine PID-Regelung, ein Re gelsignal S_St, das als Stellsignal einem Aktuator 6 einer Rad bremse zugeführt wird und zu einer Reduzierung der Bremskraft führt.

Als Ist-Fahrzeugverzögerung kann eine über einen Längsbeschleu nigungssensor 2 gemessene Fahrzeugverzögerung a_x,S herangezogen werden. Alternativ hierzu kann eine Fahrzeugverzögerung a_x,R be rücksichtigt werden, die durch numerische Differentiation einer Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit v_x in einem Differenzierer 3 gebildet wird. Die Berechnung der Fahrzeugverzögerung a_x,R im Differenzierer 3 hat den Vorteil, daß kein Längsbeschleuni gungssensor zur Messung der Fahrzeugverzögerung benötigt wird. Bei Einsatz eines Anti-Blockier-Systems steht die Fahrzeug- Referenzgeschwindigkeit v_x für die Ermittlung des Radschlupfes ohnehin zur Verfügung, so daß lediglich die numerisch einfach durchzuführende Differentiation der Referenzgeschwindigkeit ausgeführt werden muß, um die Fahrzeugverzögerung zu erhalten.

Die Referenzverzögerung a_Ref, die als Leitgröße für die Regelung dient, wird in einem Funktionsglied 4 bestimmt. Die Referenz verzögerung bestimmt sich in Abhängigkeit der Fahrzeuggeometrie und der Fahrbahnneigung α nach der Funktion

a_Ref = (l_h/h_s . cos(α) - C₁ . sin(α)) . g . C₂.

Die Fahrzeuggeometrie wird über die Parameter l_h und h_s berück sichtigt, wobei l_h den horizontalen Abstand und h_s den vertika len Abstand zwischen Fahrzeug-Schwerpunkt und Kippachse be zeichnet, jeweils für die Normallage des Fahrzeugs auf ebenem Untergrund betrachtet. Mit g wird die Erdbeschleunigung be zeichnet, C₁ und C₂ sind Gewichtungsfaktoren; die Erdbeschleu nigung und die Gewichtungsfaktoren werden dem Funktionsglied 4 zusammen mit den Fahrzeuggeometrie-Parametern als Eingangs signale "Const." zur Berechnung der Referenzverzögerung a_Ref zu geführt.

Der Wert des ersten Gewichtungsfaktors C₁ hängt von der Ermitt lung der Ist-Fahrzeugverzögerung ab. Für den Fall, daß die Ist- Fahrzeugverzögerung mittels des Längsbeschleunigungssensors 2 gemessen wird, ist der Wert der Gewichtungsfaktor C₁ gleich Null und die Referenzverzögerung a_Ref berechnet sich nur in Ab hängigkeit der Kosinusfunktion. Falls die Ist- Fahrzeugverzögerung im Differenzierer 3 durch Differentiation der Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit v_x gebildet wird, beträgt der Wert des Gewichtungsfaktors C₁ eins.

Über den zweiten Gewichtungsfaktor C₂ wird das Maß der Dämpfung bzw. die Verhinderung des Kippens eingestellt. Der Maximalwert des zweiten Gewichtungsfaktors C₂ beträgt eins; bei diesem Wert erreicht die Referenzverzögerung a_Ref die Kippgrenze und die Bremskräfte werden so groß, daß ein Kippen des Fahrzeugs gerade noch verhindert werden kann. Durch Reduzierung des Gewichtungs faktors C₂ kann ein Sicherheitsabstand zur Kippgrenze eingehal ten werden, der insbesondere überlagerten dynamischen Schwin gungsanteilen Rechnung trägt.

Wird der Gewichtungsfaktor C₂ weiter auf einen Wert deutlich kleiner als eins reduziert, so vergrößert sich auch der Abstand zur Kippgrenze. Da die tatsächliche maximale Fahrzeugverzöge rung sich an dem um den Gewichtungsfaktor C₂ verminderten Wert orientiert, müssen nur geringere Bremskräfte aufgebracht wer den, die zu einer entsprechend geringeren Entlastung der nach laufenden Räder und demgemäß zu mehr Fahrzeugstabilität führen.

Der Neigungswinkel α kann über einen Neigungssensor gemessen und in zeitdiskreten Abständen regelmäßig zur Aktualisierung der Referenzverzögerung a_Ref dem Funktionsglied 4 zugeführt wer den. In dieser Ausführung erfolgt die Berechnung der Referenz verzögerung a_Ref auf der Grundlage momentaner, aktualisierter Neigungswinkel α, so daß zu jedem Berechnungszeitpunkt im Funktionsglied 4 der aktuelle Neigungswinkel zur Verfügung steht und dementsprechend die Referenzverzögerung den jeweils größtmöglichen Wert einnimmt, die Kippgrenze also soweit wie möglich hinausgeschoben wird.

Für den Fall, daß kein Neigungssensor zur Verfügung steht, wird als Fahrbahnneigung α eine konstante Größe vorgegeben, die aus Sicherheitsgründen einem Maximalwert entsprechen muß. Bei einem Maximalwert der Fahrbahnneigung α nimmt die Referenzverzöge rung a_Ref einen Minimalwert ein, so daß gewährleistet ist, daß die Bremsverzögerung bei allen tatsächlichen auftretenden Stra ßenneigungen sich an einer minimalen Referenzverzögerung orien tiert und immer ein ausreichender Abstand zur Kippgrenze einge halten wird.

Der Maximalwert der Fahrbahnneigung α orientiert sich zweckmä ßig an der maximalen Steigfähigkeit des Fahrzeugs. Bei einer maximalen Steigfähigkeit von 50% beträgt die maximale Fahrbahn neigung α_max gemäß der Beziehung

α_max = arctan(0.5)

etwa 27°.

Claims

1. Verfahren zur Reduzierung von Drehbewegungen um eine Quer achse beim Bremsen eines Kraftfahrzeugs, wobei einer Regel- und Steuereinheit (1) als Eingangssignal die Fahrzeugverzögerung (a_x,S, a_x,R) zugeführt wird, die mit einer Referenzverzögerung (a_Ref) verglichen wird, und bei Überschreiten der Referenzverzö gerung (a_Ref) ein Stellsignal (S_St) zur Reduzierung der Brems kraft einer Fahrzeugbremse erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrbahnneigung (α) in Fahrzeuglängsrichtung in der Ermittlung der Referenzverzögerung (a_Ref) berücksichtigt wird, die sich in Abhängigkeit der Fahrzeuggeometrie gemäß der trigo nometrischen Beziehung
a_Ref = (l_h/h_s . cos(α) - C₁ . sin(α)) . g . C₂
berechnet, worin
C₁, C₂ Gewichtungsfaktoren
l_h den horizontalen Abstand zwischen Fahrzeug- Schwerpunkt und Kippachse in Normallage des Fahrzeugs
h_s den vertikalen Abstand zwischen Fahrzeug- Schwerpunkt und Kippachse in Normallage des Fahrzeugs
g die Erdbeschleunigung und
α die Fahrbahnneigung in Fahrzeuglängsrichtung bezeichnen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzeugverzögerung (a_x,S) mittels eines Längsbeschleu nigungssensors (2) gemessen und als Eingangssignal zugrunde ge legt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gewichtungsfaktor (C₁) Null beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzeugverzögerung (a_x,R) durch Differentiation einer Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit (v_x) ermittelt wird und als Eingangssignal der Regelung zugrunde gelegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gewichtungsfaktor (C₁) eins beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrbahnneigung (α) in Fahrzeuglängsrichtung gemessen und als Eingangssignal der Regel- und Steuereinheit (1) zuge führt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrbahnneigung (α) in Fahrzeuglängsrichtung eine kon stante Größe ist, die in der Regel- und Steuereinheit (1) abge speichert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrbahnneigung (α) in Fahrzeuglängsrichtung aus der maximalen Steigfähigkeit des Fahrzeugs ermittelt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als maximale Steigfähigkeit 50% und entsprechend als Fahr bahnneigung (α) in Fahrzeuglängsrichtung näherungsweise 27° angenommen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Regeleingriff bei rückwärts gerichteter Bergabfahrt er folgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gewichtungsfaktor (C₂) zur Verhinderung von Kip pen um eine quer zur Fahrzeuglängsachse geneigte Kippachse ma ximal gleich eins gewählt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gewichtungsfaktor (C₂) zur Verminderung von Nickbewegungen einen Wert kleiner als eins einnimmt.