DE3421253A1

DE3421253A1 - System zum erkennen von fahrbahnzustaenden

Info

Publication number: DE3421253A1
Application number: DE19843421253
Authority: DE
Inventors: Syouichi Anjo Masaki; Noriyuki Nagoya Nakashima
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1983-06-16
Filing date: 1984-06-07
Publication date: 1984-12-20
Also published as: JPH0410676B2; JPS60596A; US4651290A; DE3421253C2

Description

System zum Erkennen von Fahrbahnzuständen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrbahnzustand-Erkennungssystem zum Ermitteln des Zustands einer von einem Fahrzeug befahrenen Fahrbahn aus einem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, das von einem an dem Fahrzeug angebrachten Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erzeugt wird.

In den letzten Jahren wurden in die Fahrwerke von Kraftfahrzeugen in zunehmendem Ausmaß elektronische Steuereinrichtungen eingebaut. Einige Beispiele hierfür sind eine Antiblockier-Steuereinrichtung, eine Fahrzeugniveau- bzw. Bodenfreiheit-Steuereinrichtung und eine Radaufhängungsbzw. Fahrwerkabstimmungs-Steuereinrichtung. Außerdem werden häufig Steuereinrichtungen wie eine Servolenkungs-Steuereinrichtung, eine Steuereinrichtung zum Fahren mit konstanter Geschwindigkeit und eine Übertragungs- bzw. Getriebesteuere inrichtung eingesetzt.

A/25

Dresdner Bank (München) Kto 3939 β*4

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Ein gemeinsames Merkmal dieser Einrichtungen besteht darin, daß bei der einen oder anderen Einrichtung für die Steuerung ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal herangezogen wird. Mit dem erweiterten Einsatz der Steuereinrichtungen der Kraftfahrzeuge nimmt daher ständig der Einsatz des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors zu.

Falls die Fahrzeuggeschwindigkeit mittels eines an einem Rad angebrachten Radgeschwindigkeitssensors erfaßt wird, werden die Änderungen der Raddrehung direkt in Signale umgesetzt.

Versuche haben gezeigt, daß sich auf einer rauhen bzw. unebenen Fahrbahn eine Radgeschwindigkeit V_w gemäß Fig. la auf unregelmäßige Weise derart ändert, daß der differenzierte Wert der Radgeschwindigkeit V_w, nämlich eine Radbeschleunigung/Verlangsamung V^ nach Fig. 1b unregelmäßig um 0 g herum schwankt, wobei g die Schwerkraftbeschleunigung ist. Es wurde festgestellt, daß diese Unregelmäßig-

keiten hauptsächlich durch auf dem Aufprallen und Rückprallen der Räder und den Vibrationen des Fahrgestells auf einer rauhen Fahrbahn beruhende Störungen der Radgeschwindigkeitssignale verursacht werden.

Falls manche Fahrwerksteuersysteme auf einer rauhen Fahrbahn auf die gleiche Weise gesteuert werden wie auf einer guten Fahrbahn, entstehen im allgemeinen gewisse Unzuträglichkeiten, so daß es besser wäre, für rauhe und gute Fahrbahnen unterschiedliche Einstellungen auszuführen, um eine höhere Stabilität, eine bessere Lenkbarkeit oder eine höhere Sicherheit zu erreichen.

Beispielsweise ergibt sich bei dem Steuerungsvorgang des Antiblockier-Steuersystems auf einer rauhen Fahrbahn häufig ein durch die unregelmäßigen Vibrationen auf der Fahrbahn-

fläche gestörtes Radgeschwindigkeitssignal, so daß manchmal ein falsches Bremsenlösesignal erzeugt wird, wodurch die Steuerbarkeit herabgesetzt wird, so daß daher der Bremsweg des Fahrzeugs beträchtlich über den richtigen Bremsweg unter festen Bedingungen hinaus verlängert ist. Andererseits entsteht bei dem Fahrzeugniveau- bzw. Bodenfreiheits-Steuersystem das Problem, daß die Chassisunterseite mit der Oberfläche einer rauhen Fahrbahn in Berührung kommen kann, auf der das Chassis aufprallt und zurückprallt. Bei dem Radaufhängungs- bzw. Fahrwerkabstimmungs-Steuersystem ergibt sich auf einer rauhen Fahrbahn ein verringerter Fahrkomfort und eine verschlechterte Lenkbarkeit. Ferner bewirkt eine rauhe Fahrbahn, daß das Servolenkungs-Steuersystem eine herabgesetzte Lenkbarkeit herbeiführt. 15

Zu den bisher offenbarten Verfahren bzw. Systemen zum Erkennen von Fahrbahnzuständen zählen ein System, bei dem die Fahrbahnoberfläche mittels eines fotoelektrischen Wandlers abgetastet wird und die Reflexionshelligkeit analy- ²® siert wird, um daraus die Fahnbahnzustände zu ermitteln (JP-OS 77946/82), und ein System, bei dem sichtbares Licht oder Infrarotlicht auf die Fahrbahnoberfläche gestrahlt wird und das reflektierte Licht analysiert wird, um daraus die Fahrbahnzustände zu erkennen (JP-OS 5900/83). Diese Systeme sind kompliziert aufgebaut und kostspielig, so daß sie daher für den Einsatz in den Fahrzeugen keinen hohen praktischen Wert haben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Fahr- ^O bahnzustand-Erkennungssystem zu schaffen, bei dem ein an einer Fahrwerk-Steuereinrichtung als einen Teil des Radsystems eines Kraftfahrzeugs angebrachter Fahrzeuggeschwindigkeitssensor verwendet wird und das von dem Sensor abgegebene Fahrzeuggeschwindigkeitssignal in einem Steuersystem analysiert wird, um damit die Fahrbahnzustände zu erkennen.

Ferner soll mit der Erfindung ein Fahrbahnzustand-Erkennungssystem geschaffen werden, bei dem auf die Ermittlung einer rauhen Fahrbahnfläche hin die Steuerungscharakteristika eines Fahrwerk-Steuersystems oder dergleichen automatisch an die Bedingungen für eine rauhe Fahrbahn angepaßt werden, um Störungen zu vermeiden, die ansonsten bei der Fahrt auf der rauhen Fahrbahn zu Schwierigkeiten führen könnten.

Weiterhin soll mit der Erfindung ein Fahrbahnzustand-Erkennungssystem geschaffen werden, durch das unabhängig von Unebenheiten der Fahrbahnoberfläche die Stabilität bzw. Haftung, die Lenkbarkeit und die Sicherheit des Kraftfahrzeugs verbessert sind.
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Ferner soll mit der Erfindung ein wirtschaftliches und praktisch einsetzbares Fahrbahnzustand-Erkennungssystem geschaffen werden, das für eine Fahrwerksteuerung geeignet ist und bei dem die Erfordernis eines besonderen Sen-

^w sors für die Erkennung der Fahrbahnzustände dadurch aufgehoben ist, daß der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor benutzt wird, der jetzt in weitem Ausmaß in Fahrzeugen eingesetzt wird.

Mit der Erfindung wird ein Fahrbahnzustand-Erkennungssystem geschaffen, mit dem die Charakteristika eines Fahrwerk-Steuersystems, die bisher auf einen Mittelwert zwischen Werten für gute und rauhe Fahrbahnen oder auf einen dem Wert für den guten Fahrbahnzustand näher gelegenen Wert

*® festgelegt waren, für gute und rauhe Fahrbahnen unterschiedlich gesteuert bzw. eingestellt werden. Infolgedessen werden während der Fahrt auf einer guten Fahrbahn die den guten Fahrbahnzuständen angepaßten Steuerungscharakteristika festgelegt, während die Steuerungscharakteristika zur Anpassung an die Bedingungen bei rauher Fahrbahn ver-

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ändert werden, sobald das Fahrzeug auf eine rauhe bzw. unebene Fahrbahn gerät; auf diese Weise wird eine bessere Haftung, eine bessere Lenkbarkeit und eine höhere Sicherheit des Fahrzeugs erreicht. Weiterhin wird zum Erkennen der Fahrbahnzustände das Signal herangezogen, das von dem verbreitet eingesetzten herkömmlichen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor abgegeben wird; dadurch ergibt sich ein wirtschaftliches einführbares Fahrbahnzustand .-Erkennungssystem.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. la und 1b sind grafische Darstellungen, die Kurvenformen eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals zeigen, das erzeugt wird, wenn ein Fahrzeug auf einer unebenen Fahrbahn fährt.

Fig. 2 zeigt den allgemeinen Aufbau eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Erkennungssystems.

Fig. 2a bis 2d sind Darstellungen, die besondere Ausführungsformen eines in Fig. 2 gezeigten Stellglieds zeigen.

Fig. 3(a) und (b) zeigen Kurvenformen zur Erläuterung der Betriebsweise von Schaltungen nach Fig. 2.

Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm, das die allgemeine Funktionsweise des Systems veranschaulicht.

Fig. 5 zeigt zur Erläuterung einer Änderungsanalyse eine Kurvenform.

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'■ ■■'"'. '

Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf der Änderungsanalyse veranschaulicht.

Fig. 7 zeigt Kurvenformen für die Erläuterung einer Analyse einer sich ändernden Frequenz.

Fig. 8 ist ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf der Analyse der sich ändernden Frequenz veranschaulicht.

Fig. 9 zeigt eine Kurvenform zur Erläuterung einer Analyse einer sich ändernden Amplitude.

Fig. 10 ist ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf der Analyse der sich ändernden Amplitude veranschaulicht. 15

Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fahrbahnzustand-Erkennungssystems beschrieben. Die Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems.

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^w Mit 1 ist ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor bezeichnet, der an der Achse eines mitlaufenden Rads angebracht ist und ein Geschwindigkeitssignal mit einer Frequenz erzeugt, die zu der Drehzahl des Rads proportional ist. Mit 2 ist ein Eingabepuffer für den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor bezeichnet, mit 3 ist eine Steuereinheit (Mikrocomputer) bezeichnet, mit 4 ist ein Fahrzeugzustandsschalter bezeichnet, mit 5 ist ein Eingabepuffer für den Fahrzeugzustandsschalter bezeichnet, mit 6 ist eine Stellglied-Treiberschaltung bezeichnet und mit 7 ist ein Stellglied bezeich-

³^ net. Als hierbei verwendetes Stellglied 7 zählen gemäß Fig. 2a bis 2d (a) ein Antiblockiersteuerungs-Stellglied 7a·für das Regeln des Bremsöldrucks bei dem Bremsen der Räder in der Weise, daß ein Blockieren der Räder verhindert wird, (b) ein Niveauregler- bzw. Bodenfreiheitssteuerungs-Stellglied 7b für das Einstellen der Höhe bzw. des Boden-

abstands des Fahrzeugs, (c) ein Stoßdämpfersteuerungs- bzw. Fahrwerkabstimmungs-Stellglied 7c für das Einstellen der Radaufhängungs-bzw. Federungscharakteristika des Fahrzeugs, nämlich für die Fahrwerkabstimmung, (d) ein Servolenkungssteuerungs-Stellglied 7d für das Einstellen einer Kraft für die Betätigung des Lenkrads oder ein gleichartiges Stellglied für ein allgemein als Fahrwerk-Steuersystem bezeichnetes Steuersystem.

Die Steuereinheit 3 ist mit einem Mikrocomputer aufgebaut, während der Fahrzeugzustandsschalter 4 ein Bremsschalter (SW) oder dergleichen ist.

Anhand der Darstellungen und Ablaufdiagramme wird nun die Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels erläutert.

Die Fig. 3 zeigt vergrößert einen Teil der Kurvenform des durch die Kurvenform in Fig. 1b dargestellten Fahrzeuggeschwindigkeitssignals, das in dem Fahrzeug bei der Fahrt auf einer rauhen bzw. unebenen Fahrbahn erzeugt wird. Wenn das Fahrzeug mit gleichmäßiger Geschwindigkeit auf einer guten Fahrbahn fährt (wie auf einer asphaltierten Straße, die glatt und nicht holprig ist), wird die Ausgangssignal-Kurvenform des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals normalerweise in im wesentlichen regelmäßigen Zyklen erzeugt. Kenn jedoch das Fahrzeug auf eine rauhe bzw. unebene Fahrbahn gerät, wird die Kurvenform des Ausgangssignals des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors derart gestört, daß bei den Zyklen des Ausgangssignals Schwankungen von ungefähr 4 bis

^Q 5 km/h in Bezug auf die Fahrzeuggeschwindigkeit auftreten. Bei diesem Zustand kann sich die Radbeschleunigung oder Radverlangsamung, die durch Differenzieren aus der Radgeschwindigkeit ermittelt wird, bis zu ungefähr +5 g ändern (wobei g die Schwerkraftbeschleunigung ist).

Nachstehend werden nun verschiedenerlei Verfahren für die Erkennung von rauhen bzw. unebenen Fahrbahnen aus einem Wirkungskriterium für die Fahrbahnzustände aufgrund von

Eigenschafts-Parametern erläutert, die aus Änderungen der 5

Radgeschwindigkeit abgeleitet werden, welche unregelmäßige Änderungsformen hinsichtlich der Radbeschleunigung und Radverzögerung aus der Differenzierung der Radgeschwindigkeit annimmt.

Ein von einem Radgeschwindigkeitssensor abgegebenes Fahrzeuggeschwindigkeitssignal gemäß Fig. 3 Ca) wird geformt und in ein Fahrzeuggeschwindigkeits-Impulssignal mit der Kurvenform gemäß Fig. 3(b) umgesetzt. Zum genauen Ermitteln der Radgeschwindigkeit und der Radbeschleunigung bzw. Radverlangsamung aus diesem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal wird eine mittlere Radgeschwindigkeit V_w aus der Zeitdauer ^T, die von einem bestimmten Bezugs-Geschwindigkeitsimpuls an bis zu einem weiteren Geschwindigkeitsimpuls abläuft, der als erster nach dem Ablauf einer vorbestimmten

Zeitdauer T_Q folgt, und auch aus der Anzahl Np von während der gleichen Zeitdauer angelegten Geschwindigkeitsimpulsen nach folgender Gleichung berechnet:

V_w = K χ Np/£J (K₁: Konstante) (1)

Die Radbeschleunigung bzw. Radverzögerung stellt eine Differenzierung der Radgeschwindigkeit V.. gegen die Zeit dar und ergibt sich daher zu:

Kn - «^Vwn - ^Vwn-1^^(4Tn ⁺^_n-1⁾²⁾ ' ' ' ^ΛΖ) 30

wobei der gegenwärtig bestehende Datenwert mit dem Index η bezeichnet ist und der vorangehende Datenwert mit dem Index n-1 bezeichnet ist.

Die Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Erkennung einer rauhen bzw. unebenen Fahrbahn veranschaulicht. Zuerst werden zu Beginn des Programms bei einem Schritt 100 Arbeitsregister und dergleichen vorbereitet, die für die nachfolgenden Betriebsvorgänge benutzt werden. Bei einem Schritt 110 wird die Radgeschwindigkeit V, nach der vorstehend angegebenen Gleichung (1) berechnet. Bei einem nächsten Schritt 120 wird die Radbeschleunigung bzw. Radverlangsamung V aus der bei dem Schritt 110 berechne-

ten Radgeschwindigkeit V und einer bei einem vorangehenden Schritt berechneten Radgeschwindigkeit V ₁ nach der vorangehend angeführten Gleichung (2) berechnet.

Bei einem nächsten Schritt 200, der nachfolgend bei drei Ausführungsbeispielen ausführlicher beschrieben wird, wird die bei dem Schritt 120 erhaltene Radbeschleunigung/Verlangsamung V analysiert, um daraus ein Wirkungskriterium F für die Fahrbahnzustände zu berechnen. Diese Berechnung wird anhand der Ausführungsbeispiele nachfolgend ausführ-

licher beschrieben. Nach der Berechnung des Wirkungskriteriums F für die Fahrbahnzustände bei dem Schritt 200 wird bei einem Schritt 300 mit dem Kriterium eine vorbestimmte Einstellung K-., für uneböne Fahrbahnen verglichen, um zu ermitteln, ob die Fahrbahn in einem guten oder einem schlechten Zustand ist. Wenn der Kriterium-Wert F höher als die Einstellung ist, zeigt dies eine rauhe bzw. unebene Fahrbahn an.

Anstelle der gemäß den vorstehenden Ausführungen verwende-³^ ten einzigen Einstellung K_ßR für die Fahrbahn-Unebenheit können für die Bestimmung der Fahrbahnzustände mehrere Ein stellungen herangezogen werden, welche unterschiedliche Grade von Fahrbahnzuständen darstellen. Diese Einstellungen bzw. Sollwerte können eine gute Straße, eine unebene Straße, eine sehr holprige Straße usw. darstellen. Ferner

kann eine Stcuervariable berechnet werden, die sich fortlaufend mit dem Kriterium F ändert.

Nachstehend wird zur Vereinfachung der Fall beschrieben, daß zwei Einstellungen für Fahrbahnunebenheiten vorgesehen sind, nämlich für eine gute Fahrbahn und eine unebene Fahrbahn. Falls bei dem Schritt 300 das Kriterium F größer als die Einstellung bzw. der Sollwert K_ßR ist, springt das Programm zu einem Schritt 330 weiter, bei dem sofort eine Unebenheitsbestimmungs-Kennung f_ßR gesetzt wird. Falls andererseits bei dem Schritt 300 das Kriterium F als kleiner als der Sollwert K_ßR ermittelt wird, schreitet das Programm zu einem Schritt 310 weiter, bei dem ermittelt wird, ob die Erkennung eines guten Fahrbahnzustands (durch F <^ K_DD) -

über eine vorbestimmte Zeitdauer Τ~ fortgesetzt angedauert hat, welche länger als die für die Erkennung eines schlechten Fahrbahnzustands erforderliche Zeitdauer ist.

Die Kennung f_RR wird für das Anzeigen eines guten Fahrbahnzustands nicht sofort rückgesetzt, da es im allgemeinen erforderlich ist, einen schlechten Fahrbahnzustand so früh wie möglich zu erkennen und eine fehlerhafte Erkennung zu vermeiden. Zu diesem Zweck sollte die Erkennungs-Zeitdauer für den guten und schlechten Straßenzustand kurz gewählt sein und ein Erkennungswert hierfür auf einen etwas hohen Wert eingestellt sein. Infolgedessen könnte in Abhängigkeit von dem Fahrbahnzustand eine Erkennung einer schlechten Fahrbahn nicht andauern und der Erkennungspegel nicht erreicht werden, während das Fahrzeug auf einer rauhen bzw.

^® unebenen Fahrbahn fährt. Falls in diesem Fall häufig abwechselnd Erkennungen einer guten und einer schlechten Fahrbahn auftreten, wobei Stellglied-Charakteristika den Erkennungen nachgeführt werden, würde eine Obersteuerung das Problem einer Regelschwingung oder dergleichen hervorrufen. Aus diesem Grund wird bei einem Schritt 320 die

Kennung f_ßR nur rückgesetzt, nachdem für eine bestimmte ■ Zeitdauer kein schlechter Fahrbahnzustand ermittelt wurde und die Erkennung eines guten Fahrbahnzustands wieder vorliegt.
5

Bei einem nächsten Schritt 400 wird aus der Kennung f_DD

der bestehende Fahrbahnzustand ermittelt; falls ein guter Fahrbahnzustand erkannt ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 410 weiter, bei dem das Stellglied gemäß einer Steuerkonstante für guten Fahrbahnzustand gesteuert wird, welche der guten Straße angepaßt ist. Falls andererseits bei dem Schritt 400 die bestehende Erkennung eine rauhe bzw. unebene Fahrbahn angibt, springt das Programm zu einem Schritt 420 weiter, bei dem das Stellglied nach einer Steuerkonstante gesteuert wird, die dem Zustand unebener Fahrbahn entspricht. Danach kehrt das Programm zu dem Schritt 110 zurück, wonach die vorstehend aufgeführten Betriebsvorgänge wiederholt werden. Diese Steuerung macht eine Steuerung entsprechend dem guten oder schlechten ²^ Straßenzustand möglich.

Es wird nun eine Einrichtung zu der im Zusammenhang mit dem Schritt 200 beschriebenen Berechnung einiger Funktionen bzw. Kriterien F für die Bewertung der Fahrbahnzustän- ° de ausführlicher anhand einer Kurvenformdarstellung und eines Ablaufdiagramms beschrieben.

Bei einer ersten Maßnahme wird eine gemäß den Fig. 5 und 6 ermittelte Änderung der Radbeschleunigung auf die nach-

SQ stehend beschriebene Weise ermittelt, um ein Wirkungskriterium für die Fahrbahnzustände zu erhalten. Die Änderung stellt eine Größeneinheit eines Fehlers, einer Abweichung oder einer Änderung dar; falls ein Ziel- bzw. Sollwert von η Messungen X₁, X₂, , X_n gleich X_Q ist, ist die

Änderung V definiert als:

V = -((X₁ - X₀)² + (X₂ - X₀)² +

* (X_n - X₀)²Vn (3)

Bei der Radbeschleunigung oder Radverzögerung fehlt ein dem Sollwert X₀ entsprechender Wert; im Hinblick auf eine angenommene vorbestimmte Geschwindigkeit und auf den Umstand, daß die maximale und die minimale Beschleunigung oder Verlangsamung höchstens + 0,8 g bis - 1,0 g beträgt, kann in der Gleichung (3) der Sollwert X_Q als "0" angenommen werden. Nach Fig. 5 wird unter der Annahme, daß die tatsächliche Radbeschleunigung oder Radverlangsamung durch

η Werte V-., V -» V gegeben ist, die Änderung V der

Radbeschleunigung oder Radverlangsamung ausgedrückt werden als

V_wn ²)/n (4)

Die Änderung V der Radbeschleunigung/Radverlangsamung gemäß dieser Gleichung (4) stellt das Ausmaß der Änderungen bei den Radumläufen dar, nämlich einen Parameter, welcher die Fahrbahnzustände anzeigt. Es ist offensichtlich, daß die Fahrbahn umso unebener ist, je höher der Wert V ist.

Es wird nun eine Abfrageperiode für das Abfragen dieser Radbeschleunigung/Radverlangsamung untersucht. In Abhängigkeit von den Abständen der Unebenheiten der Fahrbahn (je Streckeneinheit) und der Fahrzeuggeschwindigkeit wird die Abfrageperiode für ein vorgegebenes Rad, das über eine Straßenunebenheit rollt, von dem Rad durchlaufen. Ein tatsächlich an einem Fahrzeug ausgeführter Versuch zeigt, daß die maximale Frequenz tatsächlicher Änderungsperioden der Radbeschleunigung/Radverlangsamung höchstens etwas über 10 Hz beträgt. Es wird angenommen, daß dies auf dem Reifenluftdruck und den Radaufhängungs-Eigenschaften des Fahrzeugs sowie auf wiederholte Resonanzen durch den Aufprall und

Rückprall des Rads an der Unebenheit der Fahrbahn beruht. Diese Frequenz stimmt im wesentlichen mit der Resonanzfrequenz für Federvibrationen überein. Hieraus wurde festgestellt, daß nach dem Abtasttheorem die Abfragefrequenz für die Radbeschleunigung/Radverlangsamung höchstens ungefähr 30 Hz beträgt und daß es möglich ist, damit die Änderungen zu erfassen. Es ist somit ersichtlich, daß die Änderung der Radbeschleunigung/Radverlangsamung als Wirkungskriterium zweckdienlich ist. Anhand der Fig. 6 wird ein Ablaufdiagramm einer Subroutine für das Berechnen der Änderung der Radbeschleunigung/Radverlangsamung als Wirkungskriterium erläutert.

Bei einem Schritt 210 wird ermittelt, ob die Abfrageperiode abgelaufen ist oder nicht. Falls die Periode noch nicht abgelaufen ist, kehrt das Programm zu der Hauptroutine zurück. Die Abfrageperiode beträgt beispielsweise 32 ms, wie es aus der vorangehend angeführten Untersuchung ersichtlich ist. Bei einem Schritt 211 wird für die Abfrage der Radbeschleunigungs/Radverlangsamungs-Wert V aufgenommen und der Quadratwert hieraus addiert. Mit V-..., ist ein Additionsarbeitsbereich bezeichnet, in dem die Quadratwerte von V addiert und für die jeweilige Abfrageperiode gespeichert

η * 2
werden (Vg_UM ⁼ j£-|V . )· ^Bei einem Schritt 212 wird ermittelt, ob die Quadratwertesumme η erreicht hat oder nicht. Falls der Wert η noch nicht erreicht ist, kehrt das Programm zu dem Schritt 210 zurück. Falls andererseits η erreicht ist, wird bei einem Schritt 213 der Wert Vg..,, dividiert, um die Änderung V der Beschleunigung/Verlangsamung

^Q zu berechnen. Das Kriterium für den Fahrbahnzustand mit dieser Änderung als Parameter wird bei einem Schritt 214 als F = F(V) definiert. Dieser Parameter ist auch eine Funktion zum Umsetzen der Änderungsdaten in eine Bestimmungsvariable für eine unebene Fahrbahn. Bei einem Schritt 215 wird der Änderungsberechnungs-Arbeitsbereich V_gUM gelöscht,

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um ihn für die Änderungsberechnung bei dem nächsten Erkennungszyklus vorzubereiten.

Ein Merkmal dieser Änderungsanalyse besteht in einem großen Dynamikbereich für das Kriterium F =F(V), was eine sehr genaue Erkennung der Fahrbahnzustände ermöglicht. Es sind jedoch vor der Erkennung eine beträchtliche Verarbeitungszeit und ein großer Arbeitsspeicher erforderlich.

**

Nachstehend wird anhand der Fig. 7 und 9 ein Beispiel für eine zweite Einrichtung bzw. Maßnahme für das Berechnen des Wirkungskriteriums für die Fahrbahnzustände erläutert, wobei ein kleiner Arbeitsbereich und eine verhältnismäßig kurze Verarbeitungszeit erforderlich sind und Änderungsfrequenzen berechnet werden können, die Änderungen der Fahrbahnfläche und des Wagenaufbaus darstellt.

Das.Merkmal dieser Einrichtung bzw. Maßnahme liegt darin, daß für die Radbeschleunigung/Radverlangsamung ein Bezugs-

pegel für die Fahrbahnerkennung gebildet wird und gezählt wird, wie oft die Radbeschleunigung/Radverlangsamung diesen Bezugspegel übersteigt, wobei das Zählergebnis als Wirkungskriterium für die Bewertung der Fahrbahnzustände herangezogen wird. Die Fig. 7 ist eine grafische Darstellung, die zeigt, wie durch die Zählung auf einen Zählstand C_G„_p während einer vorbestimmten Zeitdauer l_riJv. ermittelt wird,

L·n!\ I _t

wie oft die Radbeschleunigung/Radverlangsamung V,, einen Bezugspegel G_R für die Beschleunigung/Verlangsamung überschreitet. Diese Verarbeitung wird nachstehend anhand des ° Ablaufdiagramms in Fig. 8 erläutert.

Bei einem Schritt 220 wird die Beschleunigung/Verlangsamung V mit dem Bezugspegel G_R verglichen; falls V gleich oder größer als G_ß ist, springt das Programm zu einem Schritt 224, bei dem eine Kennung f_Gim auf "0" geschaltet wird.

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Diese Bestimmungs-Kennung f_Gim wird auf "1" geschaltet-, wenn V G_ß übersteigt, und auf "1" gehalten, solange V größer als G_ß ist. Wenn V_w unter Gg abfällt, wird dann die Kennung auf "0" zurückgeschaltet. Die Kennung f_riTD hat auch die Funktion, den Zählstand C_GUp für das Zählen der Anzahl von Ereignissen aufzustufen, bei denen die Radbeschleunigung/Radverlangsamung V den Bezugspegel G_n übersteigt. Wenn gemäß der vorstehenden Erläuterung bei dem Schritt 220 ermittelt wird, daß V größer als G_n ist, wird bei ei-

nem Schritt 221 ermittelt, ob die Kennung f_Grj_p "1" ist oder nicht; falls die Kennung schon "1" ist, ist die Zählung des Zählers C_G„p abgelaufen, während dann, wenn die Kennung f_GUp den Zählstand "0" hat, bei einem Schritt 222 der Zähler Cgjjp hochzählt, wonach bei einem Schritt 223 die Kennung f_GUp auf "1" eingestellt wird. Bei einem Bestimmungsschritt 225 wird ermittelt, ob die vorbestimmte Zeitdauer ^CHKI ^gelaufen ist oder nicht; falls diese Zeitdauer noch nicht abgelaufen ist, kehrt das Programm zu der Hauptroutine zurück. Falls andererseits die vorbestimmte Zeitdauer Ί_ηΐΛν. abgelaufen ist, wird bei einem Schritt 226 die Definition F = F(C_GIjp) hinsichtlich des Wirkungskriteriums F für die Fahrbahnzustände mit dem Zählstand C_G,._p für die Oberschreitungen des Bezugspegels 6_ß während der Zeitdauer fruvi als Parameter aufgestellt. Dieses Kriterium F für die Fahrbahnzustände hat auch die Funktion, die Anzahl der Änderungen in einer bestimmten Zeitdauer, nämlich die Vibrationsfrequenz der Fahrbahnfläche oder des Fahrzeugs in eine Bestimmungsvariable für die Bestimmung eines Fahrbahnzustands umzusetzen. Bei einem Schritt 227 wird der Zähler C_GUp zu Vorbereitung für einen nächsten Bestimmungszyklus gelöscht.

Das Merkmal der vorstehend beschriebenen Einrichtung für das Bilden eines Wirkungskriteriums für die Fahrbahnzustände durch das Zählen der Anzahl von Überschreitungen des Bezugspegels für die Beschleunigung/Verlangsamung liegt

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darin, daß eine verhältnismäßig geringe Anzahl von Arbeitsspeichern erforderlich ist und, da die Änderungsfrequenz für eine bestimmte Zeitdauer bestimmt werden kann, es möglich ist, die Änderungsfrequenz der Fahrbahnfläche oder des Fahrzeugs zu ermitteln, Andererseits liegt ein Mangel dieser Einrichtung bzw. Maßnahme darin, daß keine ausreichende Zuverlässigkeit hinsichtlich des Wirkungskriteriums F = F(CfIJP^ für die Fahrbahnzustände erzielbar ist, falls nicht die Meßdauer T_ruiri lang ist.

^CHK1

Bei einer dritten Einrichtung bzw. Maßnahme wird ein Wirkungskriterium für die Fahrbahnzustände aus der Differenz zwischen maximalen und minimalen Spitzenwerten gebildet. Bei dieser dritten Einrichtung sind im Vergleich zu den vorangehend beschriebenen beiden Ausführungsbeispielen nur eine kurze Ermittlungszeit und verhältnismäßig wenige Arbeitsspeicher erforderlich; es wird hierbei das Ausmaß der Änderungen der Radbeschleunigung/Radverlangsamung aus dem Unterschied zwischen einem maximalen und einem minima-

len Spitzenwert verglichen. Ein Beispiel für diese dritte Einrichtung bzw. Maßnahme wird anhand der Fig. 9 und 10 erläutert. Das Merkmal bei dieser Einrichtung liegt darin, daß die Fahrbahnzustände'aufgrund der Amplitudenbreite der Änderungen der Radbeschleunigung/Radverlangsamung bewertet werden. Die Fig. 9 zeigt, daß ein Maximalwert V_r (> Og)

Vi ITl 3. X

der Radbeschleunigung und ein Minimalwert V₁ . (<0g) der

Vr in ι η

Radverlangsamung während einer vorbestimmten Zeitdauer ^CHK2 ^{so ei}"f^a^^t werden, daß als Kirkungskriterium für die Fahrbahnzustände die Differenz zwischen diesen, nämlich

^vp_p = ^v _wmax - ^vwmin ^herang^ez02^en wird. Diese Verarbeitungsvorgänge werden nachstehend anhand des Ablaufdiagramms in.Fig. 10 beschrieben.

Bei einem Schritt 230 wird ermittelt, ob der Beschleunigungswert V positiv oder negativ ist. Falls der Wert posi-

tiv ist, wird bei einem Schritt 231 eine vorangehende maximale Radbeschleunigung V mit der gerade bestehenden

WiTl 3 X

Radbeschleunigung V verglichen; falls V gleich oder

W ι V ΓΠ 3 X

größer als V ist, wird ein Schritt 232 übersprungen. Falls andererseits ermittelt wird, daß V₃ kleiner als V ist,

Will et λ W

wird bei dem Schritt 232 als V_w V eingesetzt. Falls der Wert V negativ ist, wird auf gleichartige Weise

^w .

bei Schritten 233 und 234 der Wert V mit einem vorangehenden Minimum ^v _wmi_n (^ °S) ^s0 verglichen, daß als V ^ der kleinere Wert eingesetzt wird. Danach wird bei einem Schritt 235 ermittelt, ob die vorbestimmte Zeitdauer T^^j,- abgelaufen ist oder nicht; falls die Zeitdauer T~„„_ noch nicht abgelaufen ist, kehrt das Programm zu der Hauptroutine zurück; falls die Zeitdauer T_ruV7 abgelaufen ist, wird bei Lni\.£ _{t t}

einem Schritt 236 die Differenz V zwischen V und , p-p wmax

wmin ^ermi^ttel^t· &^ei einem Schritt 237 wird das Wirkungskriterium F für die Fahrbahnzustände mit V_p__p als Parameter zu F = F(Vp_p) definiert. Dies stellt eine Funktion für das Umsetzen der Änderungsamplitude der Radbeschleunigung/Radverlangsamung in eine Bestimmungsvariable zur Bestimmung einer unebenen Fahrbahn dar. Bei einem Schritt 238 werden die beiden Werten V^, und V . auf Og eingestellt, um damit den Bezugswert für den nächsten Erkennungszyklus einzustellen. Das Merkmal der dritten Einrichtung für die Bestimmung der Amplitudenbreite der Änderungen der Radbeschleunigung/Radverlangsamung liegt darin, daß

die Zeitdauer ^ruvj vor einer Erkennung kurz ist. Ein Mangel besteht jedoch darin, daß das System leicht durch eine zufällige Vibration oder Störungen des Fahrzeugge- ^® schwindigkeitssensors nachteilig zu beeinflussen ist.

Im vorstehenden wurden Einrichtungen bzw. Maßnahmen zum Bewerten der Fahrbahnzustände durch Analyse erstens der Änderungsperiode der Radbeschleunigung/Radverlangsamung, zwei-³^ tens der Änderungsfrequenz derselben und drittens der Ände-

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rungsamplitude derselben beschrieben. Bei dem erfindungsgemäßen System besteht jedoch keine Einschränkung auf diese Einrichtungen oder Maßnahmen; vielmehr kann das System eine Kombination aus diesen oder eine Anwendung irgendeiner dieser Einrichtungen oder Maßnahmen umfassen. Beispielsweise kann eine Bewertung aufgrund einer Integrationsmenge aus den Absolutwerten der Radbeschleunigung/Radverlangsamung oder aufgrund einer Analyse nur der positiven Radbeschleunigung vorgenommen werden, welche jeweils ein Merkmal der durch die unebene Fahrbahn verursachten Vibrationen sind. D.h., es kann unter Berücksichtigung der Ansprecheigenschaften oder der Steuerbarkeit der Steuereinheit, der Speicherkapazität der Erkennungseinrichtung und der Genauigkeit des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors die geeignete Erkennungseinrichtung bzw. Erkennungsmaßnahme gewählt werden.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird bei der Erkennung für die Analyse das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal von nur einem einzigen Rad herangezogen. Stattdessen können mehrere Fahrzeuggeschwindigkeitssignale von mehreren Rädern benutzt und nach den vorangehend beschriebenen Erkennungsmaßnahmen für ein jedes Rad analysiert werden, so daß für die Bestimmung der Fahrbahnzustände der Mittelwert oder der Maximalwert der Wirkungskriterien herangezogen wird. Bei einem System, bei dem sowohl ein mitlaufendes Rad als auch ein Antriebsrad mit berücksichtigt ist, wurde festgestellt, daß das mitlaufende Rad eine geringere Massenträgheit hat, so daß es daher

^ leichter durch die von der Fahrbahn verursachten Vibrationen beeinflußt wird, was einen größeren Dynamikbereich bei dem Wirkungskriterium für die Fahrbahnzustände und eine höhere Erkennungsgenauigkeit ergibt. Es wurde ferner festgestellt, daß dann, wenn das Auflösungsvermögen des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors beträchtlich hoch ist, durch

die Fahrbahnvibrationen auch das Antriebsrad beeinflußt wird, so daß die differenzierte Radgeschwindigkeit deutlich Änderungen bzw. Schwankungen zeigt. Aufgrund dieser Umstände wird der Steuerabschnitt der Fahrwerk-Steuereinheit mit mindestens einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor des Fahrzeugradsystems mit einer Fahrbahnzustand-Erkennungseinrichtung versehen, bei der das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal herangezogen wird. Auf diese Weise wurde eine Fahrbahnzustand-Erkennungseinrichtung aufgrund von Fahrzeugtests fertiggestellt, wobei die Steuerungscharakteristika auf automatische Weise auf die für eine unebene Fahrbahn geeigneten geändert werden können, wenn das Fahrzeug auf der unebenen Fahrbahn fährt; dadurch ergibt sich eine überragende Steuereinrichtung, mit der die Stabilität bzw. Haf-

tung und Sicherheit des Fahrzeugs verbessert werden können.

Anstelle des als Steuereinheit eingesetzten Mikrocomputers mit den vorangehend bei den Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme beschriebenen Funktionen

kann eine logische Schaltung eingesetzt werden, um damit einen Schaltungsaufbau mit der gleichen Wirkung zu erhalten.

Bei einem System, bei dem entsprechend einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor gesonderte Steuerungen vorgenommen werden, kann eine Einrichtung die Fahrbahnzustände ermitteln und anderen Steuereinrichtungen ein Erkennungssignal zuführen, so daß nicht in allen solchen Steuereinrichtungen die Fahrbahnzustände gesondert erkannt werden müssen. Gemäß " einer anderen Abwandlung wird eine Erkennungseinrichtung ausschließlich zum Erkennen der Fahrbahnzustände vorgesehen, die den jeweiligen Steuereinrichtungen Signale und Daten zuführt.

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Es wird ein Fahrbahnzustand-Erkennungssystem angegeben, bei dem ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, das von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erzeugt wird, welcher an einem Teil des Radsystems eines auf einer Fahrbahn fahrenden Kraftfahrzeugs angebracht ist, in der Weise analysiert wird, daß die Fahrbahnzustände aus Änderungen bei den Radumdrehungen ermittelt werden.

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Claims

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IIEDTKE * bUHLING - I\INNE- CIRUPE .--.: Vertreter beim EPA *f*

V% Γ* "- & ::."'."-""-"--". Dipl.-Ing. H.Tiedtke f

nELLMANN - VaRAMS --OTRUIF '--" ^: Dipl.-Chem.G.Bühling

Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing- R Grupe

_o/o1ori Dipl.-Ing. B. Pellmann

O k L IZOO Dipl.-Ing. K. Grams

Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 2024< 8000 München 2

Tel.: 089-539653 Telex: 5-24 845 tipat Telecopier: O 89 - 537377 cable: Germaniapatent Münch

7. Juni 1984 DE 3980 /

case A8544-02 DENSO

Patentansprüche

il System zum Erkennen eines Fahrbahnzustands, gekennzeichnet durch einen an einem Teil des Radsystems eines Kraftfahrzeugs angebrachten Fahrzeuggeschwindigkeitssensors (1) zum Erzeugen eines Geschwindigkeitssignals entsprechend den Drehungen eines Rads, eine Differenziereinrichtunq (3; 120) zum Berechnen einer Radbeschleunigung oder Radverlangsamung, die durch den differenzierten Wert der Radgeschwindigkeit dargestellt ist, aufgrund des von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensors erzeugten Geschwindigkeitssignals und eine Bestimmungseinrichtung (5; 200, 300) zum Bestimmen der Oberflächenzustände der von dem Kraftfahrzeug befahrenen Fahrbahn durch eine Analyse von Änderungen der Radbeschleunigung oder Radverlangsamung.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungseinrichtung (3; 200, 300) eine Recheneinrichtung (3; 200) zum Berechnen eines Wirkungskriteriums für rauhe Fahrbahn sufweist,wobei rauhe Fahrbahnzustände aus dem Wirkungskriterium und der Radbeschleunigung oder Radverlangsamung bestimmt werden.

A/25

Dresdner B«nk (München) Kto. 3939 844 Bayer Vereinbar* (ütonchen) Klo 5Οβ 941 Poilschec* (München) Klo 670-43-804

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3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (3; 200) eine Abfrageeinrichtung (3; 213) aufweist, die die Radbeschleunigung oder Radverlangsamung in vorbestimmten Zyklen abfragt, um dabei Änderungen der Abfragewerte zu errechnen.

4. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (3; 200) eine Erfassungseinrichtung (3; 226) aufweist, die erfaßt, wie oft während einer vorbestimmten Zeitdauer die Radbeschleunigung oder Radverfangsamung einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.

5. System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (3; 200) eine Differenzwerteinrichtung (3; 236) zum Berechnen der Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der Radbeschleunigung oder Radverlangsamung während einer vorbestimmten Zeitdauer aufweist.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungseinrichtung (3; 200, 300) eine Aufteilungseinrichtung (3; 300) zum Aufteilen der Fahrbahnzustände in mindestens zwei Bezugsstufen aufweist.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungseinrichtung (3; 200, 300) eine Halteeinrichtung (3; 310) aufweist, die bei der

^Q Bestimmung einer rauhen Fahrbahn diese Bestimmung für eine vorbestimmte Zeitdauer aufrechterhält, welche länger als die Dauer dieser Bestimmung ist.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der mittels der Bestimmungs-

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einrichtung (3; 200, 300) bestimmten Fahrbahnzustände ein Stellglied (7) steuerbar ist.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied ein Antiblockiersteuerungs-Stellglied (7a) ist.

10. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

das Stellglied ein Niveauregelungs-Stellglied (7b) ist. 10

11. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied ein Dämpfungssteuerungs-Stellglied (7c) ist.

12. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied ein Servolenkungssteuerungs-Stellglied (7d) ist.

13. System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Radsystem ein mitlaufendes Rad

des Kraftfahrzeugs ist.

14. System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Radsystem ein Antriebsrad des Kraftfahrzeugs ist.