DE3731075A1 - Bremsschlupfregler - Google Patents

Bremsschlupfregler

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DE3731075A1
DE3731075A1 DE19873731075 DE3731075A DE3731075A1 DE 3731075 A1 DE3731075 A1 DE 3731075A1 DE 19873731075 DE19873731075 DE 19873731075 DE 3731075 A DE3731075 A DE 3731075A DE 3731075 A1 DE3731075 A1 DE 3731075A1
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Wolf-Dieter Dr Ing Ruf
Friedrich Dipl Ing Kost
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Description

Die Erfindung betrifft einen Bremsschlupfregler mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Bei bekannten Schlupfreglern für Kraftfahrzeuge wird aus den Geschwindigkeiten einer oder mehrerer Fahrzeugräder eine Referenzgröße gewonnen, die dem Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit angenähert ist. Es werden ein oder mehrere Prozentsätze dieser Referenzgröße gebildet und mit dem Geschwindigkeitssignal des Rads verglichen. Werden die als Schwellen dienenden Prozentsätze (z. B. 95% und 80%) vom Radgeschwindigkeitssignal unterschritten und rücküberschritten, so werden daraus Regelsignale abgeleitet und eine Bremsdrucksteuereinheit zur Druckvariation angesteuert.
Vorteile
Der erfindungsgemäße Regler stellt während der geregelten Bremsung eines Fahrzeugrades im Normalbetrieb einen Bremsschlupfwert ein, der dem maximalen Kraftschlußbeiwert des Rades in Längsrichtung entspricht. Zur Verbesserung der Fahrzeugbeherrschbarkeit kann das Rad über einen externen Eingriff gezielt unterbremst werden. Der Regler erzeugt sehr geringe Bremsdruckamplituden, was im Hinblick auf Komfort und Leistungsbedarf vorteilhaft ist. Da die Auswertung schlupforientiert arbeitet, besitzt er bessere Robustheit gegen Störungen als z. B. radbeschleunigungsorientierte Regler. Die übersichtliche Struktur, der geringe Speicherplatzbedarf und die geringe Zahl der Parameter sind im Hinblick auf eine Mikrorechnerrealisierung interessant.
Weitere Ausgestaltungen des Reglers und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.
Figurenbeschreibung
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und zwar zeigen:
Fig. 1ein Blockschaltbild eines Regelkreises,
Fig. 2-5 Diagramme zur Erläuterung.
In Fig. 1 ist mit 1 eine Radbremse bezeichnet, die auf die Regelstrecke 2 einwirkt, die die Systeme Rad, Reifen und Straße umfaßt. Die Regelstrecke besitzt die Eingangsgrößen Bremsmoment M B und Fahrzeuggeschwindigkeit v F und die Ausgangsgrößen Radgeschwindigkeit v R . Das gemessene Radgeschwindigkeitssignal v R wird einem Schlupfbildner 3 zugeführt, dem auch eine Referenzgröße v Ref aus Block 5 zugeführt wird. Die Referenzgröße wird auch einem Sollschlupfbildner 4 zugeführt, der einen zulässigen Schlupfwert z. B. 5% festlegt. Der Sollschlupfbildner kann über die Klemme 6 angesteuert 5% festlegt. Der Sollschlupfbildner kann über die Klemme 6 angesteuert und auf einen anderen Wert (z. B. in einer Kurve) umgeschaltet werden.
Der im Schlupfbildner 3 gemäß der Beziehung
λ = 1 - v R / v ref
gebildete Schlupf λ wird in dem Vergleicher 7 mit dem Sollschlupf λ* verglichen und die Abweichung Δλ einem Regelverstärker 8 zugeführt.
Dieser besitzt im wesentlichen ein Proportional-Differentialübertragungsverhalten zwischen der Regelabweichung Δλ und seiner Ausgangsgröße U, einen rücksetzbaren Integralanteil (d. h. der I-Anteil wird für (U 2) (K - 1) T min zurückgesetzt), eine Abhängigkeit seiner Verstärkung von der Referenzgeschwindigkeit v Ref und logische Abfragen, mit denen abhängig vom Vorzeichen von Δλ und dΔλ / dt verschiedene Regelgesetze in Kraft gesetzt werden.
Mit der Regelabweichung
Δλ = λ* - λ
gelten dort folgende Beziehungen:
Die Steuergröße U setzt sich gemäß
U = (Up + Ud + Up4 + Umem) * Ku (vRef)
aus den einzelnen Anteilen zusammen.
Umen (K) ist darin der I-Anteil, der sich aus
Umem (K) = Umem (K - 1) + Ki * Δλ (K - 1)  für | U 2 (K - 1) | < Tmin,
Umem (K) = 0  für | U 2 (K - 1) | Tmin
berechnet. Der Buchstabe K ist hier der Index des Abtastzeitschritts. Der I-Anteil Umem wird außerdem dann zu Null gesetzt, wenn die Regelung z. B. durch einen Schalter 9 unterbrochen ist.
Der Faktor Ku (vRef) berücksichtigt die Fahrzeuggeschwindigkeitsabhängigkeit der Regelstreckenparameter. Ku ist eine Funktion von v Ref , z. B.
Ku = a₀ + a₁*v Ref , für a₀, a₁ = const.
In Fig. 2 ist das Verhalten des Regelverstärkers bei bestimmten Werten von Δλ und dΔλ / dt ohne Integralanteil dargestellt. P steht für proportional, D für differential.
Der Block 5 extrapoliert von Abtastzeitpunkt zu Abtastzeitpunkt (Ta) die Referenzgeschwindigkeit v Ref gemäß
v Ref (K) = v Ref (K - 1) - Bx * Ta
und kann darüberhinaus in geeigneten Zeitintervallen (Anpassungsphasen) die Schlupfregelung unterbrechen, um eine Aktualisierung der geschätzten Fahrzeugverzögerung Bx (Steigung der Referenzgeschwindigkeit) sowie der Referenzgeschwindigkeit selbst vorzunehmen. Die Referenzgeschwindigkeit soll dabei einer Radgeschwindigkeit entsprechen, bei der stabiles Radverhalten beobachtet wird.
Eine Anpassungsphase beginnt, wenn alle folgenden Bedingungen erfüllt sind:
  • 1) Seit der letzten Anpassungsphase wurde der Sollschlupf λ* mindestens einmal überschritten,
  • 2) seit der letzten Anpassungsphase ist eine Zeit von mindestens T Amin verstrichen,
  • 3) für die Regelabweichung gilt Δλ < 0,
  • 4) und dΔλ / dt < 0.
Die Anpassung von v Ref und Bx geschieht wie folgt:
Sind die obigen Bedingungen erfüllt, wird eine Druckhaltephase der Dauer Tmean eingeleitet, d. h., die Regelung wird durch Öffnen des Schalters 9 unterbrochen. Über diese Zeit wird λ ermittelt. Der gemittelte Schlupf wird verwendet, um v Ref und Bx zu aktualisieren:
vRef,neu = vRef,alt * (1 - )
Bx,neu = (T 0 * Bx,alt + V A,neu ) / [(1 - ) · (T A + T₀)
Es bedeuten in den Gleichungen
v Ref,neu , Bx,neu die aktualisierten Größen,
v Ref,alt , Bx,alt die Größen vor der Aktualisierung
V A die Referenzgeschwindigkeit nach der letzten Anpassung,
T A die seit der letzten Anpassung verstrichene Zeit
T 0 eine vorzugebende Konstante.
In Fig. 3 ist dieses Vorgehen verdeutlicht. Das Zeitintervall Tmean wird vorzugsweise gleich der Schwingungsdauer der niedrigsten auftretenden Eigenfrequenz im Rad-Reifen-System gesetzt (z. B. 80 ms). Die Anpassungsphase ist dann beendet und Schalter 9 kann wieder geschlossen werden. Die Anpassungsphase kann schon vor Ablauf von T mean abgeschlossen werden, wenn aufgrund einer Störung die Regelabweichung stark anwächst.
Werden mehrere Räder eines Fahrzeugs gemäß der Erfindung geregelt, enthalten die Referenzgeschwindigkeiten redundante Informationen über die Fahrzeugbewegung. Es ist daher zweckmäßig, wenn mit allen Rädern ein gemeinsames Bx ermittelt wird, d. h., jedes Rad kann durch die beschriebene Anpassungsvorschrift die geschätzte Fahrzeugverzögerung Bx aktualisieren. Die Referenzgeschwindigkeiten selbst werden jedoch individuell für jedes Rad gebildet. Eine zusätzliche Absicherung gegen unzulässiges Absinken der Referenzgeschwindigkeit läßt sich erreichen, indem von der maximalen Referenzgeschwindigkeit v Ref,max ausgehend eine Untergrenze
v Refu = α · v Ref,max
berechnet wird, die von den Referenzgeschwindigkeiten der anderen Räder nicht unterschritten werden darf:
v Ref,i bleibt für v Ref,i v Refu   i = 1, . . ., 4
v Ref,i = v Refu für v Ref,i < v Refu
Der Index i gibt die Numerierung der Räder an, die Größe α kann z. B. den Wert 0.8 annehmen.
Das Ausgangssignal U des Regelverstärkers 8 ist bei geschlossenem Schalter 9 gleich dem Eingangssignal eines Korrekturgliedes 10. Dieses korrigiert das Eingangssignal U in ein Ausgangssignal U₂ so, daß unterschiedliche Druckgradienten berücksichtigt werden.
Der Druckgradient, der sich aus dem Öffnen eines der Ventile ergibt, hängt von dem am Ventil wirkenden Druckunterschied ab, also auch vom im Radbremszylinder herrschenden Druck selbst. Zur Abschätzung dieses Druckes kann die Fahrzeugverzögerung oder eine dieser zugeordneten Ersatzgröße z. B. Bx verwendet werden. Diese Größe Bx wird im Korrekturglied 10 benutzt, um die Reglerausgangsgröße U in U 2 umzuformen, so daß in guter Näherung gilt:
Δ P = b * U, b ≈ const.
worin Δ P die aus der Größe U resultierende Radbremsdruckänderung und b ein für die meisten Betriebszustände etwa konstanter Proportionalitätsfaktor ist.
Die Korrektur kann z. B. gemäß den Gleichungen
U₂ = U * (a 1 + a 2 * Bx²),  U < 0,
U₂ = U * (a 2 (a 4 - a 5 * Bx) * Bx),  U < 0,
erfolgen, wobei a₁, a₂, a₃, a₄ und a₅ Konstante sind, die im Fahrversuch ermittelt werden können.
U₂ ist somit proportional U mit Hilfe von Bx aber so korrigiert, daß bei unterschiedlichen Drücken für gleiche Werte von U etwa gleiche Druckänderungen Δ P zustande kommen.
Der Radbremsdruck P wird mittels hydraulischer Ventile 12 eingestellt. Es kann z. B. ein 3/3-Ventil benutzt werden.
Die Betätigung der Ventile geschieht durch Vorgabe der Ventilöffnungszeit Δ T, wobei folgende Vereinbarungen gelten:
Δ T < 0: Das Einlaßventil wird für eine Zeitdauer | Δ T | geöffnet, dann wieder geschlossen. Das Auslaßventil bleibt geschlossen (Druckaufbau).
Δ T < 0: Das Auslaßventil wird für eine Zeitdauer | Δ T | geöffnet, dann wieder geschlossen. Das Einlaßventil bleibt geschlossen (Druckabbau).
Δ T = 0: Einlaßventil und Auslaßventil bleiben geschlossen.
Die Öffnungszeit Δ T wird mittels eines Blocks 11 mit nichtlinearer Kennlinie aus dem korrigierten Reglerausgangssignal U 2 gebildet, die dafür sorgt, daß die Ventile bei zu kleinem | U 2 | nicht betätigt werden. Es können hier auch Verzögerungszeiten Tt⁺, Tt - im Ansprechverhalten der Ventile berücksichtigt werden. Einen möglichen Verlauf dieser Kennlinie zeigt Fig. 4.
Anhand der Fig. 5, ist der Bremsdruck P in Abhängigkeit vom ermittelten Radschlupf dargestellt. Hieran soll der Regelablauf erläutert werden. Zum Zeitpunkt t₁ liegt eine Schätzung für v Ref und bx vor, die soeben gewonnen wurde (Anpassung). Der Schalter 9 wird geschlossen und ein Sollschlupf λ* eingestellt. Dies gelingt nie ganz exakt, weshalb eine geringe Regelbewegung bleibt. Sind während des Regelvorgangs alle vier Anpassungsbedingungen erfüllt, wird der Schalter 9 wieder geöffnet und der Schlupf nimmt ab. Ausgehend von diesem sich einstellenden Zustand wird eine neue Referenz bestimmt, so daß der daraus berechnete Schlupf ≈ 0 ist, von wo aus wieder λ* eingestellt wird, usw. λ* ist hier als eine feste Konstante angenommen (z. B. 5%).
Verwendete Formelzeichen
V R  Radgeschwindigkeit
v F  Fahrzeuggeschwindigkeit
v Ref  Referenzgeschwindigkeit
v Refu  untere Grenze für die Referenzgeschwindigkeiten
v ref,max  maximale Referenzgeschwindigkeiten
v A  Referenzgeschwindigkeit nach vorhergegangener Anpassung
Bx geschätzte Fahrzeugverzögerung
λ Bremsschlupf
λ* Sollschlupf
 mittlerer Schlupf
Δλ* Sollwert für Schlupfänderung (Konstante)
Δλ Regelabweichung im Schlupf
λ ext  externer Eingriff
Ta Abtastintervalldauer
Δ T Ventilöffnungsdauer
Δ Tmin minimale Ventilöffnungsdauer
T t +/- Korrekturkonstanten
T A  vergangene Zeit seit der letzten Anpassung
T Amin  minimale Zeit zwischen zwei Anpassungen
T mean  Mittelungsdauer
T 0 vorzugebende Konstante
U 1, U 2, U Reglersignale
Up, Ud, Up 4, Umem Anteile von U
Kp, Kd, Kp 4, Ki, Ku Verstärkungsfaktoren
a 1, . . ., a 5 vorzugebende Konstanten
P Radbremsdruck
Δ P Radbremsdruckänderung
Mb Bremsmoment
α Proportionalitätsfaktor
b Proportionalitätsfaktor
K Index für Zeitschritt
i Index für Rad

Claims (11)

1. Bremsschlupfregler, bei dem die Abweichung Δλ eines der Geschwindigkeit eines Fahrzeugrads entsprechenden Signals v R von einem vorgegebenen Anteil einer Referenzgröße v Ref , die dem Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit angenähert ist, ermittelt und zur Bremsdruckbeeinflussung ausgenutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung Δλ über einen Regelverstärker (8) geführt wird, der ein Proportional-Differential Übertragungsverhalten mit einem rücksetzbaren Integralanteil aufweist, daß das Ausgangssignal ± U des Regelverstärkers (8) zur Ansteuerung einer Bremsdrucksteuereinheit (12) benutzt wird und durch seine Größe und sein Vorzeichen die Druckaufbau-, Druckabbauzeit und Druckkonstanthaltezeit bestimmt, und daß zeitweise die Regelung für kurze Zeiträume unterbrochen wird, in denen die Referenzgeschwindigkeit und ihre Steigerung aktualisiert werden.
2. Schlupfregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktualisierung eingeleitet wird, wenn seit der letzten Aktualisierung eine bestimmte Zeit T Amin vergangen ist, die Abweichung Δλ wenigstens einmal kleiner Null wurde, die Abweichung Δλ < 0 ist und dΔλ/dt < 0 ist.
3. Schlupfregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit Beginn der Aktualisierung eine Druckhaltephase bestimmter Dauer T mean eingeleitet wird, daß in dieser Phase der Schlupf λ des Fahrzeugrads gemittelt wird und daß die neue Referenzgröße v Refneu und ihre neue Steigung B xneu nach Maßgabe der folgenden Beziehungen ermittelt wobei
T₀ eine Konstante
V A die Referenzgröße nach der letzten Anpassung
T A die Zeit seit der letzten Anpassung ist.
4. Schlupfregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Regelung mehrerer Räder für alle Räder eine gemeinsame Steigung B x ermittelt wird.
5. Schlupfräder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Regelung mehrerer Räder die größte Referenzgeschwindigkeit ermittelt und die anderen Referenzgeschwindigkeiten dahingehend überwacht werden, daß ein vorgegebener Anteil dieser maximalen Referenzgeschwindigkeit nicht unterschritten wird.
6. Schlupfregler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Anteil der Referenzgröße von einem von außen eingegebenen Signal veränderbar ist.
7. Schlupfregler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal U des Regelverstärkers nach Maßgabe der Beziehung U = (U P + U D + U P 4 + U mem ) K U (v Ref )gebildet wird, wobei sich U P , U D und U P 4 aus den folgenden Beziehungen berechnen und sich der Integralanteil U mem aus folgenden Beziehungen ergibt:Umem (K) = Umem (K - 1) + Ki * Δλ ref (K - 1)  für | U 2 (K - 1) | < Tmin,Umem (K) = 0  für | U 2 (K - 1) | Tminwobei T min die minimale Ansteuerzeit für die Druckabsenkung und Druckerhöhung, K der Index des Abtastschritts ist, K i eine Konstante und K u eine Größe ist, die die Fahrzeuggeschwindigkeitsabhängigkeit der Regelstreckenparameter beinhaltet.
8. Schlupfregler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil U mem (K) auch bei der Unterbrechung der Regelung auf Null gesetzt wird.
9. Schlupfregler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal U des Regelverstärkers unter Berücksichtigung der Steigung der Referenzgeschwindigkeit oder einer dazu äquivalenten Größe in ein die Ansteuerzeit der Bremsdrucksteuereinheit bestimmendes Signal U₂ korrigiert wird.
10. Schlupfregler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur durch folgende Beziehung gegeben ist: U 2 = U * (a 1 + a 2 * Bx²),  U 1<0,U 2 = U * (a 2 - (a 4 - a 5 * Bx) * Bx),  U 1<0.
11. Schlupfregler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung der Zeitdauer der Ansteuersignale für die Bremsdrucksteuereinheit Signale (U oder U₂) unberücksichtigt bleiben, die eine bestimmte Größe nicht überschreiten.
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