DE19953030A1 - Verfahren und System zur Erkennung von Radschwingungen - Google Patents
Verfahren und System zur Erkennung von RadschwingungenInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren und ein System zur Erkennung von Radschwingungen zur Verwendung bei Schlupfregelsystemen für Fahrzeuge beschrieben, wobei ein Schwingungssignal mit Hilfe von Reifensensoren ermittelt wird, wodurch es möglich wird, nicht nur das Schwingungsverhalten des Antriebsstrangs, sondern auch das Schwingungsverhalten eines Reifens selbst zu ermitteln, so daß ein schnelles Eliminieren des Einflusses von Störungen durch Reibschwingungen auf die Reglerleistung ermöglicht wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von
Radschwingungen zur Verwendung bei Antiblockierregelsystemen
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein zugehöriges
System.
Radschwingungen beeinflussen Radschlupfregelsysteme in
erheblichem Ausmaß. Mit der Erkennung von Radschwingungen
können Reglergrößen, wie beispielsweise Radgeschwindigkeiten,
Raddifferenzierer, gefiltert bzw. korrigiert werden, um den
Regelkomfort und die Reglerleistung zu verbessern.
Aus der DE 195 16 120 A1 ist ein Antiblockierregelsystem
bekannt, bei dem Bremsdrucksteuersignale erzeugt werden. Die
Geschwindigkeit am Differential der Antriebsachse wird
ermittelt und aus einer Frequenzanalyse dieser Geschwindigkeit
wird auf das Vorliegen von Antriebsstrangschwingungen erkannt.
In Reaktion darauf werden dann die Ansteuerzeiten der
Bremsdrucksteuereinrichtungen derart beeinflußt, daß die
Antriebsstangschwingungen abklingen. Außerdem wird bei
Vorliegen von Antriebsstrangschwingungen das daraus
resultierende Torsionsmoment ermittelt, mit dem die
Ansteuerzeiten für die Bremsdrucksteuereinrichtungen im Sinne
einer Dämpfung der Strangschwingungen variiert werden.
Bei dem bekannten Antiblockierregelsystem werden herkömmliche
Drehzahlfühlersignale ausgewertet, um daraus die
Radgeschwindigkeiten und davon abgeleitete Größen zu berechnen.
Diese Eingangsgrößen dienen als Erkennungssignale von
Radschwingungen.
Die DE 196 20 581 A1 zeigt als Möglichkeit zum Erhalten von
Signalen für die von dem Rad auf die Fahrbahn übertragenen
Momente und/oder für den momentanen Reibwert eine Vorrichtung
zur Ermittlung des Drehverhaltens eines Fahrzeugrades, wobei an
einem Reifen magnetisierende Flächen oder Streifen vorgesehen
sind. Meßwertgeber sind karosseriefest an zwei oder mehreren in
Drehrichtung unterschiedlichen Stellen angebracht und haben
zudem noch einen von der Drehachse des Rades unterschiedlichen
Abstand. Bei einer Verformung des Reifens infolge der an dem
Reifen angreifenden Kräfte tritt eine Änderung der Phasenlage
zwischen den von den Meßwertgebern abgegebenen Meßsignalen auf.
Diese Änderung der Phasenlage wird als Maß für die von dem Rad
auf die Fahrbahn übertragenen Momente und/oder für den
momentanen Reibwert ausgewertet. Die DE 196 20 581 A1 zeigt
somit Reifensensoren und durch diese erfaßte Reifensensoren
Signale.
Ausgehend von einem Antiblockierregelsystem, wie es
beispielsweise aus der DE 195 16 120 A1 bekannt ist, ist es die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein
System zur einfachen Erkennung von Radschwingungen zu schaffen,
wodurch ein störender Einfluß von Radschwingungen auf den
Betrieb des Antiblockierregelsystems weiter verringert werden
kann.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 10
angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 angegeben.
Insbesondere können gemäß der Erfindung
Antriebsstrangschwingungen auf einfache Weise ermittelt werden.
Durch eine Erkennung von Radschwingungen durch mit
Reifensensoren ermittelte Meßsignale gemäß der Erfindung kann
ein Schlupfregler den gewünschten Radschlupf dem physikalischen
Radverlauf entsprechend ausregeln. Störungen durch Schwingungen
des Reifens selbst haben keinen Einfluß auf die Reglerleistung.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung
beschriebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems zum
Durchführen des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
Fig. 2a, 2b und 2c zeigen Darstellungen zum Erklären des
Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Systems zum
Durchführen des Verfahrens zur Erkennung von Radschwingungen
gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. An einem Reifen 101,
der stellvertretend für alle Reifen am Fahrzeug gezeigt ist,
sind als Meßwertgeber magnetisierende Flächen (Streifen) 102,
103 mit vorzugsweise in Umfangsrichtung verlaufenden Feldlinien
vorgesehen, wie sie in Fig. 2 zu sehen sind. Die
magnetisierenden Flächen 102, 103 können in den Reifen 101
eingearbeitet sein oder am Äußeren des Reifens 101 vorgesehen
sein. Die Magnetisierung erfolgt abschnittsweise immer in
gleicher Richtung, aber mit entgegengesetzter Orientierung,
d. h. sie hat eine abwechselnde Polarität. In der Fig. 2 ist
die magnetisierende Fläche mit positiver Polarität mit 102
bezeichnet, und die magnetisierende Fläche mit negativer
Polarität ist mit 103 bezeichnet. Die magnetisierten Streifen
102 und 103 verlaufen vorzugsweise in Felgenhornnähe und in
Latschnähe des Reifens. Die Meßwertgeber 102 und 103 rotieren
somit mit der Radgeschwindigkeit.
Meßwertaufnehmer 104 und 105 sind karosseriefest an zwei oder
mehreren in Drehrichtung unterschiedlichen Stellen angebracht
und haben zudem noch einen von der Drehachse oder der Radachse
100 unterschiedlichen radialen Abstand. Dadurch ergeben sich
ein innerers Signal si, das der Meßwertaufnehmer 104 in der
Nähe der Radnabe erfaßt, und ein äußeres Signal sa, das der von
der Radnabe weiter entfernte Meßwertaufnehmer 105 erfaßt. Die
Signale si und sa sind mit einer Phasenlage D zueinander
phasenversetzt, wie es in Fig. 2a gezeigt ist.
Bei einer Verformung bzw. Deformation des Reifens 101 infolge
von an ihm wirkenden Kräften, wie beispielsweise während einer
Fahrt oder bei einem Abbremsen, tritt eine Verschiebung der
Phasenlage D zwischen dem inneren Signal si und dem äußeren
Signal sa um d1 bzw. d2 auf, wie es jeweils in den Fig. 2b
und 2c gezeigt ist.
Eine Rotation des Reifens 101 wird über die sich ändernde
Polarität der Meßsignale si und sa vorzugsweise in
Umfangsrichtung erkannt. Die erfaßten Meßsignalen si und sa mit
ihren jeweiligen Amplituden und Phasen werden einer in Fig. 1
gezeigten Auswerteeinheit 106 zur Ermittlung von
Geschwindigkeitssignalen und Phasenlagen zugeführt, die mit
Hilfe des jeweils bekannten inneren und äußeren Umfangs des
Reifens 101 entsprechend der Anordnung der Meßaufnehmer 104,
105, die auch Reifensensoren genannt werden, jeweilige
Geschwindigkeitssignale vi und va berechnet, die dann jeweils
als Eingangssignal für ein Radschlupfregelsystem 108 dienen
können.
Die Auswerteeinheit 106 ermittelt weiterhin eine Änderung der
Phasenlage von D + d1 zu D - d2, oder umgekehrt, zwischen dem
inneren Signal si und dem äußeren Signal sa, welche Änderung
eine Verformung des Reifens 101 beim Fahren oder beim Abbremsen
angibt.
Die Geschwindigkeitssignale vi, va werden weiterhin einer
Einheit 110 zur Ermittlung einer Schwingungsamplitude und
-frequenz zugeführt. Diese Ermittlung erfolgt durch Bilden
einer Differenz va-vi zwischen den Geschwindigkeitssignalen vi
und va.
Auftretende Radschwingungen führen zunächst zu einer sich
schnell ändernden Umfangsgeschwindigkeit vi und va. Diese
schnelle Änderung erfolgt entsprechend einem Durchdrehen von
Rädern beim Anfahren oder entsprechend einem Blockieren von
Rädern beim Abbremsen. Aus der (sich schnell ändernden)
Umfangsgeschwindigkeit vi, va wird in der Einheit 110 die
Schwingungsamplitude durch Bilden der Differenz zwischen den
Geschwindigkeiten va und vi und die zugehörige
Schwingungsfrequenz berechnet. Wenn zudem noch eine Verformung
des Reifens erkannt wird, die sich aus einer Änderung der
Phasenlage von D + d1 zu D - d2 zwischen dem inneren Signal si und
dem äußeren Signal Sa entsprechend den Geschwindigkeiten vi und
va ermitteln läßt, wie es oben unter Bezugnahme auf die Fig.
2b und 2c beschrieben ist, handelt es sich um
Antriebsstrangschwingungen, die das gesamte Fahrzeug
durchschütteln können.
Je nach den ermittelten Frequenzen und Amplituden der
Radschwingung in der Einheit 110 kann der das
Radschlupfregelsystem 108 mit geeigneten Filtermaßnahmen oder
Korrekturmaßnahmen die reglerrelevante Regelabweichung als
Differenz zwischen dem gefilterten Geschwindigkeitssignal des
schlupfenden Rades und einer Bezugsgeschwindigkeit Vref
berechnen. Die Bezugsgeschwindigkeit Vref kann dabei ermittelt
werden, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Beispielsweise
kann sie aus der Motordrehzahl ermittelt werden.
Zudem können im Radschlupfregelsystem 108 noch
fahrzeugspezifische Radgeschwindigkeitsverläufe
unterschiedlicher Radschwingungen als Korrelation der Werte sa,
si und va, vi abgelegt werden, um bei einer auftretenden
Schwingung umgehend Reglerdämpfungsmaßnahmen einzuleiten.
Die Korrelation zwischen einer sich ändernden Radlast und dem
Meßsignal erlaubt die folgenden angegebenen direkten Reaktionen
auf eine erkannte Radschwingung.
- Bei einer kleiner Schwingungsamlitude, regt ein Halten des
(Brems-)Drucks keine weiteren Schwingungen an und die
Schwingungsamplitude wird asymptotisch gedämpft. Bei erhöhtem
Bremsmomentenbedarf wird der Bremsdruck am Rad erhöht, wenn
kein Schwingungsmaximum errreicht ist.
Bei großer Schwingungsamplitude erfolgt eine aktive Dämpfung
durch gezielte Bremsdruckimpulse am schwingenden Rad. Eine
Bremsdruckerhöhung erfolgt, wenn ein Raddifferenzierer größer
Null wird. Eine Bremsdruckreduzierung erfolgt, wenn der
Raddifferenzierer kleiner Null wird.
Die weitere Regelung im Radschlupfregelsystem 108 erfolgt, wie
es aus dem Stand der Technik wie beispielsweise der eingangs
genannten DE 195 16 120 A1 bekannt ist.
Gemäß der Erfindung erfolgt ein Erkennen von
Antriebsstrangschwingungen unter Verwendung von mittels
Reifensensoren erfaßten Meßsignalen. Dadurch kann eine
Schwingung des Reifens selbst erkannt werden, was bisher im
Stand der Technik nicht möglich war. Der Einfluß von störenden
Schwingungen auf das Verhalten eines Reglers kann
erfindungsgemäß sofort eliminiert werden.
Claims (10)
1. Verfahren zur Erkennung von Radschwingungen zur Verwendung
bei Schlupfregelsystemen für Fahrzeuge, wobei
Radgeschwindigkeitssignale einer Auswerteeinheit (110)
zugeführt werden, mit welcher unter Berücksichtigung von
Antriebsstrangschwingungen Steuersignale für
Radschlupfregelsysteme (108) derart erzeugt werden, daß die
Antriebsstrangschwingungen abklingen, dadurch gekennzeichnet,
daß Meßsignale (Si, Sa) mittels am Reifen (101) vorgesehenen
Reifensensoren (104, 105) erfaßt werden und die
Antriebsstrangschwingungen aus den Meßsignalen (Si, Sa)
ermittelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, daß die
Antriebsstrangschwingungen aus den Meßsignalen (Si, Sa) dann
ermittelt werden, wenn aus den Meßsignalen (Si, Sa) in der
Auswerteeinheit (106) berechnete Geschwindigkeitssignale (vi,
va) sich schnell ändern und in der Auswerteeinheit (106)
gleichzeitig eine Verformung des Reifens (101) durch Änderung
(d1, d2) der Phasenlage (D) zwischen den Meßsignalen (Si, Sa)
von (D + d1) zu (D - d2), oder umgekehrt, erfaßt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Frequenz und die Amplitude der Radschwingung durch
Bilden der Differenz zwischen den Geschwindigkeitssignalen (vi,
va) in der Einheit (110) zur Ermittlung einer Radschwingung
berechnet wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitssignale (vi, va) als
Eingangssignale für das Radschlupfregelsystem (108) dienen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Radschlupfregelsystem (108) je nach Frequenz und Amplitude der
Radschwingung mit geeigneten Filtermaßnahmen die
reglerrelevante Regelabweichung als Differenz zwischen dem
gefilterten Geschwindigkeitssignal (va-vi) eines schlupfenden
Rads und einer Bezugsgeschwindigkeit (Vref) berechnet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bezugsgeschwindigkeit (Vref) aus der Motordrehzahl ermittelt
wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßsignale (Si, Sa) ein in Felgennähe
des Reifens (101) erfaßtes Meßsignal (Si) und ein in Latschnähe
des Reifens (101) erfaßtes Meßsignal (Sa) sind, wobei die
Meßsignale (Si, Sa) jeweils von in Richtung der Achse (100) des
Fahrzeugs in unterschiedlichem radialen Abstand angeordneten
Meßaufnehmern als Reifensensoren (104, 105) abgenommen werden.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß im Radschlupfregelsystem (108)
fahrzeugspezifische Radgeschwindigkeitsverläufe
unterschiedlicher Radschwingungen als Korrelation der Werte für
die Meßsignale (sa, si) und die Geschwindigkeiten (va, vi)
abgelegt sind, um ein direktes Eliminieren einer erkannten
Radschwingung zu ermöglichen.
9. Verfahren nach einem Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
im Radschlupfregelsystem (108) bei einer kleinen
Schwingungsamlitude beim Halten des Bremsdrucks die
Schwingungsamlitude asymptotisch gedämpft wird und bei erhöhtem
Bremsmomentenbedarf der Bremsdruck am Rad erhöht wird, wenn
kein Schwingungsmaximum errreicht ist, und daß bei einer großen
Schwingungsamplitude eine aktive Dämpfung durch gezielte
Bremsdruckimpulse am schwingenden Rad erfolgt, wobei eine
Bremsdruckerhöhung erfolgt, wenn ein Raddifferenzwechsel
tendenziell größer wird, und eine Bremsdruckreduzierung
erfolgt, wenn der Raddifferenzwechsel tendenziell kleiner wird.
10. System zum Durchführen des Verfahrens zur Erkennung von
Radschwingungen zur Verwendung bei Schlupfregelsystemen für
Fahrzeuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das
System folgendes aufweist: Reifensensoren (104, 105), eine
Einheit (106) zum Berechnen von Umlaufgeschwindigkeiten (vi,
va) des Reifens (101) und eine Einheit (110) zum Ermitteln von
Antriebsstrangschwingungen durch Bilden einer Differenz (va-vi)
der Umlaufgeschwindigkeiten (vi, va), wobei die für
Antriebsstrangschwingungen ermittelten Werte zusammen mit
Werten für die Reifengeschwindigkeit und einer
Bezugsgeschwindigkeit einem Radschlupfregelsystem (108)
zugeführt werden.
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