DE19940669A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Betriebsgröße bei einem Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Betriebsgröße bei einem Fahrzeug vorgeschlagen, wobei die erfaßte Größe gefiltert wird und abhängig von der gefilterten Größe eine Steuerfunktion durchgeführt wird. Die Filterwirkung zur Filterung der Größe ist dabei abhängig von der Abweichung der ungefilterten Größe von einem abhängig von der gefilterten Größe gebildeten Wertebandes.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Betriebsgröße bei einem Fahrzeug, ins­ besondere der Geschwindigkeit eines Rades des Fahrzeugs in Verbindung mit einem Antriebsschlupfregler.

Bei der Steuerung von Fahrzeugen werden Betriebsgrößensigna­ le ausgewertet, die je nach Anwendung mehr oder weniger stark gefiltert sind. Diese Filterung ist entsprechend den vorgegebenen Randbedingungen hinsichtlich dynamischer Verän­ derung und Signalglättung anzupassen. Problematisch ist es allerdings, wenn sich diese Randbedingungen abhängig vom Be­ triebszustand verändern, z. B. in einem Betriebszustand ein geglättetes Signal aus Genauigkeitsgründen gewünscht wird, in einem anderen die dynamische Veränderung des Signals aus­ gewertet wird. Dies ist beispielsweise bei Funktionen der Fall, die auf der Basis von Radgeschwindigkeitssignalen das Fahrverhalten des Fahrzeugs beeinflussen, wie z. B. Schlupf­ regelsysteme. Diese Signale werden durch Schwingungen des Rades mit Frequenzen im Bereich von 10 Hertz beeinflußt. Diese Schwingungen sind mit Blick auf die Funktion des Re­ gelsystems unerwünscht, da auf Schlupfänderungen wegen die­ ser Radschwingungen nicht richtig oder nicht rechtzeitig reagiert werden kann. Bekannte Systeme filtern daher die von Raddrehzahlfühlern stammenden Geschwindigkeitssignale. Bei­ spielsweise wird in der DE 195 42 294 A1 eine Filterung ei­ ner aus Radgeschwindigkeiten abgeleiteten Größe mittels Tiefpaßfilter dargestellt. Diese führt zwar zu einer Glät­ tung des Signals, der dadurch erzeugte Phasenversatz führt jedoch dazu, daß nicht mehr präzise genug auf Änderungen der Radgeschwindigkeit reagiert wird. Einerseits ist zwar eine ausreichende Glättung erwünscht, anderseits sollte die im Signal erhaltene Information über das dynamische Verhalten der gemessenen Betriebsgröße nicht verloren gehen. Die be­ kannte Filterung ist daher nicht für jeden Einsatz geeignet. Auch Filterungen mittels Hysteresen und Eingriffe in Ansteu­ ersignale einer solchen Funktion, um den unerwünschten Ein­ fluß von Schwingungen zu kompensieren, führen zu einem sol­ chen unerwünschten Informationsverlust.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Filterung von Betriebsgrö­ ßensignalen zu verbessern, wobei bei einer zufriedenstellen­ den Signalglättung keine oder nur wenig Information über das dynamische Verhalten der gemessenen Betriebsgröße verloren­ geht.

Dies wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprü­ che erreicht.

Vorteile der Erfindung

Eine Filterung mit unterschiedlicher Filterwirkung abhängig vom Zusammenhang zwischen einem auf der Basis der gefilter­ ten Größe ermittelten Werteband und der ungefilterten Größe behebt die genannten Schwierigkeiten und führt zu einer zu­ friedenstellenden Bereitstellung eines Betriebsgrößensi­ gnals. Die dieses Signal auswertende Funktion, beispielswei­ se eine Antriebsschlupfregelung, wird eine Eingangsgröße zur Verfügung gestellt, auf deren Basis eine präzise Regelung durchgeführt werden kann, wobei unerwünschte Schwingungen herausgefiltert werden und die Information über das dynami­ sche Verhalten der gemessenen Betriebsgröße dennoch erhalten wird.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung auf Radgeschwindig­ keitssignale und/oder daraus abgeleitete Größen (beispiels­ weise Beschleunigung, Radschlupf), wobei das nach der be­ schriebenen Vorgehensweise gefilterte Signal direkt den tat­ sächlichen Radverlauf wiedergibt und überlagerte Störungs­ signale infolge von Radschwingungen nicht auftreten. Beson­ ders vorteilhaft ist, daß die Phasenverschiebung zwischen ungefiltertem und gefiltertem Signal minimiert ist, so daß ein nur sehr geringer Informationsverlust bei der Filterung auftritt und die auf der Basis des Signals arbeitende Funk­ tion verbesserte Eigenschaften aufweist.

Besonderen Vorteil zeigt die Anwendung der Filterung auf die Radgeschwindigkeitssignale, welche zur Durchführung einer Antriebsschlupfregelung verwendet werden und aus denen zur Durchführung dieser Regelung Radschlupfwerte und Beschleuni­ gungswerte abgeleitet werden. Die Anwendung der geschilder­ ten Filtermethode ist jedoch nicht auf diese Anwendung be­ schränkt, sondern ist in vorteilhafter Weise bei allen den Betriebsgrößensignalen anzuwenden, bei denen die obige Pro­ blemstellung auftritt, z. B. bei Drehzahlsignalen, Drucksi­ gnalen, (Rad-) Kraftsignalen, etc.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Fig. 1 zeigt dabei ein Übersichtsblockschaltbild einer Steuerein­ richtung, welche in Abhängigkeit wenigstens eines Radge­ schwindigkeitssignals Stellelemente des Fahrzeugs beein­ flußt. Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm, welches eine bevor­ zugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Filterung dieses wenigstens einen Signals darstellt. In Fig. 3 ist ein Zeit­ diagramm dargestellt, welches die Wirkungsweise dieser Fil­ terung verdeutlicht.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt eine Steuereinheit 10, welche eine Eingangs­ schaltung 12, wenigstens einen Mikrocomputer 14 und wenig­ stens eine Ausgangsschaltung 16 umfaßt. Diese Elemente wer­ den durch ein Kommunikationssystem 18 zum gegenseitigen Da­ tenaustausch miteinander verbunden. Der Eingangsschaltung 12 werden Eingangsleitungen zugeführt, über die Signale zuge­ führt werden, die Betriebsgrößen repräsentieren oder aus de­ nen Betriebsgrößen ableitbar sind. Im nachfolgenden geht es um die Auswertung von Radgeschwindigkeitssignalen, so daß in Fig. 1 aus Übersichtlichkeitsgründen lediglich Eingangslei­ tungen 20 bis 24 dargestellt sind, über welche Signale zuge­ führt werden, die die Radgeschwindigkeiten repräsentieren. Diese Signale werden in Meßeinrichtungen 26 bis 30 ermit­ telt. Ferner werden je nach Ausführungsbeispiel weitere Grö­ ßen zugeführt, die im Rahmen der Steuerungsaufgaben der Steuereinheit 10 ausgewertet werden. Über die Ausgangsschal­ tung 16 und die daran angebundenen Ausgangsleitungen gibt die Steuereinheit 10 Stellgrößen im Rahmen der von der Steu­ ereinheit 10 durchgeführten Funktionen ab. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel, in dem die Steuereinheit 10 eine Schlupfregelung durchführt, z. B. im Rahmen eines Antriebs­ schlupfreglers oder eines Fahrdynamikreglers, führt wenig­ stens eine Ausgangsleitung 32 zu wenigstens einem Stellele­ ment 34 zur Beeinflussung der Leistung der Antriebseinheit des Fahrzeugs. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Stellelement 34 um eine Steuereinheit zur Steuerung der Leistung der Antriebseinheit, beispielsweise mittels einer elektrisch betätigbaren Drosselklappe. Ferner wird in vorteilhaften Ausführungsbeispielen über wenigstens eine weitere Ausgangsleitung 36 alternativ oder ergänzend zum Eingriff in die Antriebseinheit die Bremsanlage 38 des Fahrzeugs betätigt, wobei abhängig von den Schlupfverhält­ nissen an wenigstens einem Rad des Fahrzeugs Bremskraft an wenigstens einem Rad des Fahrzeugs aufgebaut, konstant ge­ halten oder abgebaut wird.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird durch die Steuerein­ heit 10 ein Antriebsschlupfregler realisiert. Bei diesem wird auf der Basis der Radgeschwindigkeit der Antriebs­ schlupf wenigstens eines Antriebsrades bestimmt, beispiels­ weise durch Vergleich dieser Radgeschwindigkeit mit einer Referenzgeschwindigkeit, und abhängig von der Größe dieses Antriebsschlupfes in der Bremsanlage des Fahrzeugs und/oder in das Drehmoment der Antriebseinheit des Fahrzeugs einge­ griffen, derart, daß bei einem zu großen Antriebsschlupf dieser reduziert, vorzugsweise auf einen vorgegebenen Wert zurückgeführt wird. Auch in anderen Schlupfregelsystemen, beispielsweise im Rahmen einer Fahrdynamikregelung, wird der Radschlupf ermittelt und abhängig von diesem Radschlupf in Drehmoment und/oder Bremskraft eingegriffen. Zur zufrieden­ stellenden Durchführung der Steuerungsfunktion ist ein von Störungen befreites, genaues Radgeschwindigkeitssignal von­ nöten, das jedoch auch ausreichende Information über das dy­ namische Verhaltender Geschwindigkeit enthalten muß. Das Radgeschwindigkeitssignal ist beispielsweise mit Schwingun­ gen überlagert, sogenannten Radschwingungen, die sich in der Regel im Bereich von 10 Hz befinden. Diese Schwingungen ma­ chen das Geschwindigkeitssignal ungenau und führen zu einem unerwünschten Ansprechen der Funktion bzw. bei entsprechen­ der starker Filterung zu einem unerwünschten Nichtansprechen der Steuerfunktion.

Entsprechende Problematiken treten nicht nur in Verbindung mit einem Radgeschwindigkeitssignal auf, sondern auch in Verbindung mit anderen Signalen bei einem Kraftfahrzeug, welche von Schwingungen überlagert sind, wie Drehzahlsigna­ le, (Rad-)Kraftsignale, (Rad-)Momentensignalen, etc., auf die die nachfolgende Vorgehensweise entsprechend anzuwenden ist.

Zur Verbesserung der Genauigkeit des Signals wird die nach­ folgend beschriebene Filterung durchgeführt, welche die überlagernde Schwingungen herausfiltert, ohne daß ein zu großer Phasenversatz zwischen gefiltertem und ungefiltertem Signal sich ergibt. Die Filterung basiert auf einer Tiefpaß­ filterung, beispielsweise erster Ordnung, die je nach der Größe der gefilterten und der ungefilterten Signalgröße mit einer angepaßten Filterzeitkonstante durchgeführt wird. Es wird unterschieden, ob die ungefilterte Geschwindigkeit in der Nähe der gefilterten Geschwindigkeit liegt oder nicht. Liegt die ungefilterte Geschwindigkeit in der Nähe des ge­ filterten Geschwindigkeitswertes, wird eine erste Filter­ zeitkonstante gewählt. Ist die ungefilterte Geschwindig­ keitsgröße größer als die gefilterte, wird eine zweite Fil­ terzeitkonstante vorgegeben. Im anderen Fall, wenn die unge­ filterte Geschwindigkeit kleiner als die gefilterte ist, wird eine dritte Filterzeitkonstante vorgegeben.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Antriebsschlupfre­ gelung wird bei einer unter einem abhängig von der gefilter­ ten Geschwindigkeit gebildeten Wertebandes liegenden Radge­ schwindigkeit eine kleine Konstante (z. B. 20 msek) vorgege­ ben, d. h. eine schwache Filterwirkung, da relativ schnell auf die Änderung der ungefilterten Geschwindigkeit reagiert werden muß, da es sich um ein abstürzendes Rad handeln könn­ te. Dies ist dann der Fall, wenn der Radschlupf sehr schnell abnimmt, beispielsweise wegen eines Sprungs im Reibwert der Fahrbahn oder wegen eines Momentensprungs bei einem Schalt­ vorgang. Bei einer über diesem Wertebandes liegenden Radge­ schwindigkeit wird eine größere Konstante (z. B. 60 msek) vorgegeben, d. h. eine große Filterwirkung, da es sich um ei­ nen Überschwinger handelt, auf den nicht sofort reagiert werden muß. Hier steht ebenso wir bei einer Geschwindigkeit innerhalb des Bandes (dort Konstante z. B. 80 msek) die Fil­ terung von Störungen im Vordergrund. Außerhalb des Regelein­ griffes, d. h. im bevorzugten Ausführungsbeispiel außerhalb einer Antriebsschlupfregelung, wird das Radgeschwindigkeits­ signal im wesentlichen ungefiltert übernommen (Filterkon­ stante z. B. 20 msek). Auf diese Weise wird schnell eine In­ stabilität am Rad erkannt und darauf reagiert.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß erfindungsgemäß eine Signalfilterung erfolgt, bei welcher um das gefilterte Si­ gnal ein Bereich gelegt wird, innerhalb dem eine erste Fil­ terwirkung vorgegeben wird. Tritt das ungefilterte Signal aus diesem Bereich zu größeren Werten hin aus, wird eine zweite Filterwirkung vorgegeben, während bei einem Austreten des ungefilterten Signals unterhalb des Hysteresebands eine dritte Filterwirkung stattfindet.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die beschriebene Filterung mittels eines Rechnerprogramms realisiert. Dieses läuft im Mikrocomputer 14 ab und ist in einer bevorzugten Ausführung als Flußdiagramm in Fig. 2 skizziert.

Das geschilderte Programm wird zu vorgegebenen Zeitpunkten gestartet. Im ersten Schritt 100 wird die Regelabweichung RA des Antriebsschlupfreglers eingelesen. Diese wird gebildet für jedes Antriebsrad aus einem Vergleich des Radschlupfes mit einem vorgegebenen Grenzwert. Der Radschlupf selbst wird gebildet durch Vergleich des gefilterten Radgeschwindig­ keitssignals mit einem Referenzsignal, welches beispielswei­ se auf der Basis von Geschwindigkeitsgrößen der nicht ange­ triebenen Räder gebildet wird. Ferner wird im Schritt 100 die ungefilterte Geschwindigkeitsgröße V_UNFIL sowie die be­ rechnete gefilterte Geschwindigkeitsgröße V_FIL eingelesen. Im darauffolgenden Schritt 102 wird überprüft, ob die Regel­ abweichung größer Null ist, d. h. ob ein Antriebsschlupfrege­ leingriff stattfindet. Ist dies nicht der Fall, so wird ge­ mäß Schritt 104 die Filterzeitkonstante T auf einen vorgege­ benen Minimalwert T_FIL_MIN gesetzt. Im darauffolgenden Schritt 106 wird die gefilterte Radgeschwindigkeit V_FIL nach Maßgabe der Filtergleichung auf der Basis der in einem vorherigen Durchlauf berechneten gefilterten Radgeschwindig­ keitsgröße V_FIL(-1), der ungefilterten Radgeschwindigkeits­ größe V_UNFIL sowie der Zeitkonstante T bestimmt. Nach Schritt 106 wird das Programm beendet und zum nächsten Zeit­ punkt durchlaufen.

Hat Schritt 102 ergeben, daß die Regelabweichung größer Null ist, somit ein Antriebsschlupfregeleingriff stattfindet, so wird im Schritt 108 überprüft, ob die ungefilterte Radge­ schwindigkeit oberhalb des um die gefilterte Radgeschwindig­ keit gelegten Bandes ist. Dies erfolgt beispielsweise da­ durch, daß die Differenz zwischen dem Wert der ungefilterten Radgeschwindigkeit und dem der gefilterten Radgeschwindig­ keit mit einem vorgegebenen Grenzwert FIL_HYS1 verglichen wird. Ist die ungefilterte Radgeschwindigkeit oberhalb die­ ses Bandes, so wird im Schritt 110 die Filterzeitkonstante T auf einen vorgegebenen Wert T_FIL_HYS1 gesetzt. Danach wird die gefilterte Geschwindigkeit gemäß Schritt 106 bestimmt.

Ist gemäß Schritt 108 die ungefilterte Geschwindigkeit nicht oberhalb des Hysteresebandes, so wird im Schritt 112 über­ prüft, ob die ungefilterte Geschwindigkeit unterhalb des Hy­ steresebandes ist. Dies erfolgt im bevorzugten Ausführungs­ beispiel dadurch, daß die Differenz zwischen der gefilterten Geschwindigkeitsgröße und der ungefilterten mit einem zwei­ ten Grenzwert FIL_HYS2 verglichen wird. Ist die Differenz größer als dieser Grenzwert, so ist die ungefilterte Ge­ schwindigkeit unterhalb des Hysteresebandes. In diesem Fall wird gemäß Schritt 114 als Filterzeitkonstante T eine zweite Größe T_FIL_HYS2 vorgegeben. Nach Schritt 114 erfolgt die Durchführung der Filterung gemäß Schritt 106.

Ist die ungefilterte Geschwindigkeit nicht unterhalb des Hy­ steresebandes, d. h. befindet sie sich innerhalb des Hystere­ sebandes, so wird gemäß Schritt 116 die Zeitkonstante T auf den Wert T_FIL gesetzt. Nach Schritt 116 folgt Schritt 106.

Mit Bezug auf die bevorzugte Anwendung eines Antriebs­ schlupfreglers hat es sich als vorteilhaft ergeben, daß die Größen T_FIL und T_FIL_HYS1 größer als die Größe T_FIL_HYS2 und T_FIL_MIN sind, wie oben dargelegt.

In anderen Anwendungen kann sich eine Anpassung dieser Fil­ terzeitkonstanten ergeben, um eine an die Funktion der Steuerung angepaßte Filterung des Signals zu erreichen.

Die Auswirkungen der gefilterten Vorgehensweise auf das Ge­ schwindigkeitssignal ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Antriebsschlupfreglers anhand des Zeitdiagramms der Fig. 3 dargestellt. Dort wird der Zeitverlauf der ungefil­ terten Geschwindigkeitsgröße (gestrichelt) und der der ge­ filterten Geschwindigkeitsgröße (durchgezogen) dargestellt. Gestrichelt ist ferner die um die gefilterte Geschwindig­ keitsgröße gebildete Hysterese FIL_HYS1 und FIL_HYS2 darge­ stellt.

Zum Zeitpunkt T0 beginnt der Antriebsschlupfregeleingriff. Die ungefilterte Radgeschwindigkeitsgröße befindet sich in­ nerhalb des Hysteresebereichs, so daß eine große Zeitkon­ stante vorliegt. Zum Zeitpunkt T1 verläßt die ungefilterte Radgeschwindigkeitsgröße den Hysteresebereich nach oben, so daß im bevorzugten Ausführungsbeispiel lediglich eine ge­ ringfügige Absenkung der Filterzeitkonstante stattfindet. Zum Zeitpunkt T2 tritt die ungefilterte Radgeschwindigkeit wieder in den Hysteresebereich ein, so daß die Filterung et­ was vergrößert wird. Zum Zeitpunkt T3 tritt die ungefilterte Radgeschwindigkeit unterhalb des Hysteresebereiches aus, so daß eine kleiner Filterzeitkonstante geladen wird und die gefilterte Geschwindigkeit sich relativ schnell der ungefil­ terten anpaßt. Dies gilt bis zum Zeitpunkt T4, zu dem die ungefilterte Geschwindigkeit wieder den Hysteresebereich er­ reicht. Entsprechend wird zu den Zeitpunkten T5 bis T9 die Zeitkonstante an die jeweilige Betriebsbedingung angepaßt.

Claims (8)

1. Verfahren zur Ermittlung einer Betriebsgröße bei einem Fahrzeug, insbesondere der Geschwindigkeit eines Rades des Fahrzeugs, wobei die Betriebsgröße erfaßt und gefil­ tert wird, wobei abhängig von der gefilterten Betriebs­ größe ein Stellelement im Fahrzeug beeinflußt wird, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wirkung der Filterung ab­ hängig ist von der Abweichung der ungefilterten Größe von einem abhängig von der gefilterten Größe gebildeten Wer­ tebandes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterung mittels einer Tiefpaßfunktion durchgeführt wird, welche eine veränderliche Zeitkonstante aufweist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß eine große Filterwirkung vorge­ geben wird, wenn sich das ungefilterte Geschwindigkeits­ größensignal innerhalb des Bandes befindet.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß eine große Filterwirkung vorge­ geben wird, wenn das ungefilterte Signal größer als das Band ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß eine geringer Filterwirkung vorgegeben wird, wenn das ungefilterte Signal kleiner als das Band ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Radgeschwindigkeitsgröße von einem Antriebsschlupfregler ausgewertet wird, wobei die Filterwirkung klein ist, wenn kein Antriebsschlupfre­ geleingriff vorliegt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Filterwirkung bei einer un­ gefilterten Betriebsgröße, die größer als das Band ist, kleiner ist als bei einer ungefilterten Betriebsgröße in­ nerhalb des Bands, aber größer ist, wenn die ungefilterte Geschwindigkeit kleiner als das Band ist.

8. Vorrichtung zur Ermittlung einer Betriebsgröße bei einem Fahrzeug, insbesondere der Geschwindigkeit eines Rades des Fahrzeugs, mit einer Steuereinheit (10), die die Grö­ ße erfaßt, die ein Filter aufweist, welches die erfaßte Größe in eine gefilterte Größe umsetzt und die wenigstens eine Steuerfunktion aufweist, welche abhängig von der ge­ filterten Größe ein Stellelement im Fahrzeug beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter veränderliche Fil­ terwirkung aufweist, wobei dessen Filterwirkung abhängig von der Abweichung der gefilterten von einem abhängig von der gefilterten Größe gebildeten Wertebandes verändert wird.