DE3887015T2

DE3887015T2 - Methode und Vorrichtung zur Bremsdruckregelung mittels Fuzzy Logik.

Info

Publication number: DE3887015T2
Application number: DE3887015T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Kuraoka; Naoki Matsumoto; Masahiro Ohba; Naoto Ohoka
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1987-06-27
Filing date: 1988-06-27
Publication date: 1994-06-30
Anticipated expiration: 2008-06-28
Also published as: JP2681930B2; US5001640A; DE3887015D1; EP0297485A2; EP0297485B1; JPS644563A; EP0297485A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Servoregelsystem für ein Antiblockierbremsservosystem oder ein Radgeschwindigkeits-Servoregelsystem für ein Fahrzeug im allgemeinen. Im einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug-Servoregelsystem, das unscharfe Logik (fuzzy reasoning) oder unscharfe logische Folgerungen (fuzzy interference) verwendet.
Es ist bekannt, unscharfe Logik in Regelsystemen zu verwenden, um die unterschiedlichen Charakteristiken des Steuersystems zu verbessern. Da unscharfe Regelsysteme im allgemeinen viele Berechungsschritte bedingen, ist es gewöhnlich schwierig, das unscharfe System für die Realzeitregelung oder für schnell ansprechende Regelsysteme zu verwenden.
Derartige Regelsysteme nach dem Stand der Technik sind beispielsweise aus IEEE Spektrum, August 1984, New York, L.A. Zadeh "Making Computers Think Like People" bekannt, wobei unscharfe Logiksysteme in verschiedenen technischen Bereichen eingesetzt werden, um unterschiedliche Arten von menschlichen Aktivitäten zu automatisieren, und zwar beginnend bei der Zusammensetzung eines Automobiles bis hin zur Diagnose von Patienten. Ein Beispiel, das in diesem Übersichtsartikel zitiert wird, betrifft eine Mikroprozessor-Regeleinheit (microprocessor controller) für Zement-Brennöfen, die unscharfe Logik einsetzt. Der Betrieb des Zement-Brennofens wird gesteuert, in dem Eingabevariablen überwacht werden, welche verwendet werden, um Befehlswerte zu bestimmen, die den Betrieb des Zement-Brennofens steuern. Der Mikroprozessorkontroller enthält ein unscharfes Logiksystem zum Speichern von vorherbestimmten Mitglieds funktionen (membership functions), von denen eine jede eine Funktion der Eingabevariablen ist. Unter Verwendung der Eingabevariablen werden Mitgliedswerte (membership values) der Mitgliedsfunktionen bestimmt. In Übereinstimmung mit diesen Mitgliedswerten werden die Befehlswerte zur Steuerung des Zement-Brennofens bestimmt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein unscharfe Logik verwendendes Servoregelsystem für ein Antiblockiersystem eines Kraftfahrzeuges bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird jeweils durch ein Servoregelsystem nach dem Anspruch 1 gelöst, oder durch ein Verfahren zur Durchführung einer Servoregelung für ein Antiblockier-Bremssystem nach dem Anspruch 10.
Genauer gesagt umfalt das Kraftfahrzeug-Servo-Regel- bzw. Steuersystem eine Detektionsvorrichtung, die funktional mit einem Rad verbunden ist, um eine Radgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges zu detektieren. Weiterhin wird eine Rechnervorrichtung vorgesehen, die mit der Detektionsvorrichtung verbunden ist, um eine Eingabevariable auf der Grundlage der Radgeschwindigkeit zu errechnen, die mittels der Detektionsvorrichtung detektiert worden ist. Ein unscharfes Logiksystem wird mit der Rechnervorrichtung verbunden, um vorherbestimmte Mitgliedsfunktionen (membership functions) zu speichern, die jeweils eine Funktion der Eingabevariable sind, um Mitgliedswerte (membership values) der Mitgliedsfunktionen unter Verwendung der Eingabevariable zu bestimmen, und zur Bestimmung eines Befehlswertes in Übereinstimmung mit den Mitgliedswerten der Mitgliedsfunktionen. Um die Bremsstellkraft zu variieren wird ein Stellglied vorgesehen. Darüber hinaus wird eine Vorrichtung vorgesehen, die auf einen Zielwert und auf die detektierte Radgeschwindigkeit anspricht, um das Stellglied anzusteuern, wodurch es der ddetektierten Radgeschwindigkeit erlaubt wird, dem Zielwert zu folgen. Schließlich wird eine Vorrichtung vorgesehen, die den Zielwert in Antwort auf den Befehlswert korrigiert.
Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Weitere Vorteile und/oder Ausführungsformen können der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungs formen der vorliegenden Erfindung entnommen werden. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Servoregelsystems, in dem das Prinzip dargestellt ist, das der grundlegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt;
Fig. 2 ein Diagramm eines Antiblockier-Regelsystems gemäß einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Teiles des in Fig. 2 gezeigten Antiblockier-Regelsystems, das sich auf das vordere rechte Fahrzeugrad bezieht;
Fig. 4 ein Diagramm, in dem die Kräfte dargestellt sind, die auf das Fahrzeugrad wirken;
Fig. 5 ein Diagramm, in dem ein Modell des Bremsbereiches des in Fig. 2 gezeigten Antiblockier-Regelsystems dargestellt ist;
Fig. 6 ein Diagramm, in dem der Regelbereich des in Fig. 2 gezeigten Antiblockier-Regelsystems dargestellt ist;
Figs. 7a, b, c Graphen, in denen Mitgliedsfunktionen der Eingabevariablen dargestellt sind, die in dem unscharfen Logiksystem des in Fig. 2 gezeigten Antiblockier-Regelsystems verwendet werden;
Fig. 8 ein Flußdiagramm eines Programmes, das die ECU aus Fig. 3 betreibt;
10 Fig. 9 ein Diagramm der internen Struktur des in Fig. 8 gezeigten unscharfen Logikblockes;
Fig. 10 einen Graphen, in dem die zeitabhängigen Änderungen der unterschiedlichen Parameter dargestellt sind, die während der Aktivierung des in Fig. 2 gezeigten Antiblockier- Regelsystems auftreten;
Fig. 11 einen Graphen, der dem von Fig. 10 ähneld und in dem die zeitabhängigen Variationen von verschiedenen Parametern dargestellt sind;
Fig. 12a, b, c Graphen, in denen die Mitgliedsfunktionen dargestellt sind, die in der unscharfen Logik verwendet werden.
Wie man der Fig. 1 entnehmen kann, enthält ein Servoregelsystem gemäß dem Prinzip, das der grundlegenden Ausführungs form der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, einen Servobereich S, der ein Stellglied M1 und einen Sensor M2 aufweist, die mit einem zu regelnden Objekt verbunden sind. Das Stellglied M1 kann eine Bedingung bzw. Zustandsgröße des zu regelnden Objektes variieren, und zwar in Antwort auf ein Regelsignal, das von einer Regeleinrichtung M3 zugeführt worden ist, die sich innerhalb des Servobereiches S befindet. Der Sensor M2 detektiert die Bedingung des zu regelnden Objektes und gibt ein Signal aus, das den aktuellen bzw. gegenwärtigen Wert der Bedingung des zu regelnden Objektes darstellt. Das Ausgangssignal von dem Sensor M2 wird in die Regeleinrichtung M3 eingegeben. Die Regeleinrichtung M3 justiert das Stellglied M1 derart, das der aktuelle Wert der Bedingung des zu regelnden Objektes einen Zielwert der Bedingung des zu regelnden Objektes annimmt oder ihm folgt.
Ein Generator M4 gibt ein Signal aus, das eine Eingabevariable oder -variablen darstellt, die sich nur auf den Zielwert der Bedingung des zu regelnden Objektes bezieht bzw. beziehen. Das Ausgangssignal von den Eingabevariablengenerator M4 wird in eine unscharfe Logikeinrichtung M5 eingegeben. Die unscharfe Logikeinrichtung M5 führt einen unscharfen Logikprozeß oder einen unscharfen Folgerungsprozeß durch und korrigiert den Zielwert der Größe des zu regelnden Objektes in Übereinstimmung mit der oder den Eingabevariablen. Unscharfe Mengen (fuzzy sets) werden in Übereinstimmung mit der Eingabevariable oder den -variablen vorherbestimmt, welche sich lediglich auf den Zielwert der Größe des zu regelnden Objektes beziehen, so daß die Anzahl der Regeln (rules), die in dem unscharfen Logikprozeß verwendet werden, in geeigneter Weise begrenzt wird und die Zeit kurz wird, die für die Berechnungen während des unscharfen Logikprozesses verbraucht wird.
Ein Kraftfahrzeug-Antiblockier-Servoregelsystem gemäß einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Wie man der Fig. 2 entnehmen kann, weist ein Kraftfahrzeug ein vorderes rechtes Rad 1, ein vorderes linkes Rad 2, ein hinteres rechtes Rad 3 sowie ein hinteres linkes Rad 4 auf, die mit jeweiligen hydraulischen Bremseinheiten 11, 12, 13 und 14 ausgestattet sind. Geschwindigkeitssensoren 15 und 16, die mit den Vorderrädern 1 und 2 in Verbindung stehen, detektieren jeweils die Drehgeschwindigkeiten der vorderen Räder 1 und 2. Die Geschwindigkeitssensoren 15 und 16 sind vorzugsweise vom elektromagnetischen Aufnahmetyp. Ein Getriebe 18 weist einen Ausgangsschaft 19 auf, der mit den hinteren Rädern 3 und 4 über ein Differential 20 gekoppelt ist. Ein Geschwindigkeitssensor 17, der dmit dem Getriebe 18 verbunden ist, detektiert die Drehgeschwindigkeiten der hinteren Räder 3 und 4 indirekt.
Ein Hauptzylinder 25 vorzugsweise vom Tandemtyp erzeugt einen hydraulischen Druck in Antwort auf das Niederdrücken eines Bremspedals 24. Der hydraulische Druck kann von dem Hauptzylinder 25 zu den hydraulischen Bremseinheiten 11 bis 14 über eine hydraulische Leitungsanordnung MPS übertragen werden. Die hydraulischen Bremseinheiten 11 bis 14 üben Bremskräfte auf die jeweiligen Räder 1 bis 4 in Übereinstimmung mit den hydraulischen Bremsdrücken aus, die den angelegten hydraulischen Drücken entsprechen. Hydraulische Druck-Justageeinheiten 31, 32 und 33, welche in der hydraulischen Leitungsanordnung MPS angeordnet sind, dienen dazu, die an die hydraulischen Bremseinheiten 11 bis 14 angelegten hydraulischen Drücke zu variieren. Der hydraulische Druck, der an die vordere rechte Bremseinheit 11 angelegt wird, der hydraulische Druck, der an die vordere linke Bremseinheit 12 angelegt wird, und der hydraulische Druck, der an die hinteren Bremseinheiten 13 und 14 angelegt wird, sind gemeinsam-unabhängig steuerbar. Eine elektronische Steuereinheit (electronic control unit, ECU) 40 dient dazu, die hydraulischen Druck-Justageinheiten 31 bis 33 anzusteuern.
Die hydraulische Leitungsanordnung MPS enthält eine hydraulische Leitung RHS, die sich zwischen der Bremsdruck-Justageeinheit 31 und der vorderen rechten Bremseinheit 11 erstreckt, sowie eine Hydraulikleitung LHS, die sich zwischen der Bremsdruck-Justageeinheit 32 und der vorderen linken Bremseinheit 12 erstreckt, und schließlich eine Hydraulikleitung BHS, die sich zwischen der Bremsdruck-Justageeinheit 33 und den hinteren Bremseinheiten 13 und 14 erstreckt. Der Druck in der hydraulischen Leitung RHS, oder, in anderen Worten, der an die vordere rechte Bremseinheit 11 angelegte Druck wird von einem Drucksensor 51 detektiert. Der Druck in der hydraulischen Leitung LHS, oder, in anderen Worten, der an die vordere linke Bremseinheit 12 angelegte Druck wird von einem Drucksensor 52 detektiert. Der Druck in der Hydraulikleitung BHS, oder, in anderen Worten, der Druck, der an die hinteren Bremseinheiten 13 und 14 angelegt wird, wird durch einen Drucksensor 53 detektiert.
Die ECU 40 empfängt Radgeschwindigkeitssignale von den Geschwindigkeitssensoren 15 bis 17 und Drucksignale von den Drucksensoren 51 bis 53. Darüber hinaus empfängt die ECU 40 ein Ausgangssignal von einem Bremsschalter 55, der eine Betätigung des Bremspedals 24 detektiert. Die ECU 40 steuert die hydraulischen Druck-Justageeinheiten 31 bis 33 an und justiert dabei die Umdrehungsgeschwindigkeiten der Räder 1 bis 4 in Übereinstimmung mit den Eingabesignalen.
Die Bremskräfte, die an das vordere rechte Rad 1, an das vordere linke Rad 2 und schließlich an die hinteren Räder 3 und 4 angelegt werden, werden auf eine ähnliche Art und Weise gemeinsam-unabhängig gesteuert. Darüber hinaus sind eine Struktur zum Regeln der Bremskraft für das vordere rechte Rad 1, eine Struktur zum Regeln der Bremskraft für das vordere linke Rad 2 sowie eine Struktur zum Regeln der Bremskraft für die hinteren Räder 3 und 4 im wesentlichen einander ähnlich. Demgemäß wird im folgenden lediglich die Regelung der Bremskraft für das vordere rechte Rad 1 detailliert beschrieben.
Wie man der Fig. 3 entnehmen kann, enthält die ECU 40 eine Leistungsversorgung 58, die mit einer Batterie 57 über einen Zündschalter 56 verbunden ist. Die Leistungsversorgung 58 leitet eine konstante Spannung aus der Spannung über der Batterie 57 ab. Die Komponenten der ECU 40 werden mit der konstanten Spannung betrieben, die von der Leistungsversorgung 58 ausgegeben wird. In der ECU 40 sind eine Zentraleinheit (central processing unit, CPU) 61, ein Lesespeicher (ROM) 63, ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 65, ein Ausgangstor 67, ein Analogeingangstor 69 sowie ein Pulseingangstor 71 gemeinsam über einen Bus 72 miteinander verbunden, um einen logischen Funktionsschaltkreis bzw. einen Mikrocomputer zu bilden. Das Analogeingangstor 59 empfängt ein Ausgangssignal von dem Drucksensor 57. Das Pulseingangstor 71 empfängt Ausgangssignale von dem Geschwindigkeitsssensor 15 und dem Bremsschalter 55.
Die hydraulische Druck-Justageeinheit 31 enthält ein Bypassventil 73 und ein Ventil 74 mit drei Positionen. Das Bypassventil 73 ist in einer hydraulischen Leitung angeordnet, die den Hauptzylinder 25 und die vordere rechte Bremseinheit 11 verbindet. Das Bypassventil 73 ist vom elektrisch-betriebenen Typ, und es ist zwischen einer offenen Position "a" und einer geschlossenen Position "b" hin und her bewegbar, und zwar in Übereinstimmung mit einem Steuersignal, das von dem Ausgangtor 67 der ECU 40 her zugeführt wird. Das Bypassventil 73 wird normalerweise in der offenen Position "a" gehalten.
Ein hydraulischer Druckgenerator umfaßt ein hydraulisches Fluidreservoir 43a und eine Pumpe 43b, die das hydraulische Fluid, das von dem Reservoir 43a zur Verfügung gestellt wird, unter Druck setzt. Das unter Druck gesetzte Fluid wird von der Pumpe 43b an das Ventil mit den drei Positionen 74 über einen Drucksammler 43c angelegt. Die Pumpe 43b ist vom elektrisch steuerbaren Typ und sie wird mit einem Steuersignal angesteuert, das vom Ausgangstor 67 der ECU 40 zugeführt wird.
Das Ventil mit den drei Positionen 74 kann die drei Positionen "a", "b" und c" einnehmen. Wenn das Ventil mit den drei Positionen 74 die erste Position "a" annimmt, wird die Druckleitung zu der Hydraulik-Bremseinheit 11 blockiert, so dar der Druck in der Bremseinheit 11 im wesentlichen konstant gehalten wird. Wenn das Ventil mit den drei Positonen 74 die zweite Position "b" annimmt, dann wird die hydraulische Bremseinheit 11 mit dem Hochdrucksammler 43c verbunden, so daß der Druck in der Bremseinheit 11 erhöht wird. Wenn das Ventil mit den drei Positionen 74 die dritte Position "c" einnimmt, dann wird die hydraulische Bremseinheit 11 mit dem Niederdruckreservoir 43a verbunden, so daß sich der Druck in der Bremseinheit 11 vermindert. Das Ventil mit den drei Positionen 74 wird normalerweise in der zweiten Position "b" gehalten. Das Ventil mit den drei Positionen 74 ist vom elektrisch-betriebenen Typ, und es wird in Übereinstimmung mit einem Steuersignal bewegt, das vom Ausgangstor 67 der ECU 40 zugeführt wird.
Die hydraulische Bremseinheit 11 enthält einen beweglichen Kolben 75, einen Bremsbelag 76, weicher von dem Kolben 75 bewegt wird, sowie eine Bremsscheibe 77, die sich zusammen mit dem Fahrzeugrad 1 dreht. Der Kolben 75 antwortet auf den angelegten hydraulischen Druck. Wenn ein hydraulischer Druck auf den Kolben 75 wirkt, dann zwingt der Kolben 75 den Bremsbelag 76 mit der Bremsscheibe 77 in Kontakt, wodurch das Fahrzeugrad 1 abgebremst wird.
Das Ventil mit den drei Positionen 74 wird mit dem Hauptzylinder 25 über Öffnungen (orifices) 80a und 80b verbunden. Die Öffnung 80b und Absperr- bzw. Rückschlagventile 81a und 81b werden zwischen dem Ventil mit den drei Positionen 74 und der Pumpe 43b angeordnet. Ein Rückschlagventil 81c wird zwischen der Pumpe 43b und dem Reservoir 43a angeordnet. Eine Öffnung 80c wird zwischen dem Ventil mit den drei Positionen 74 und dem Reservoir 43a angeordnet. Ein Rückschlagventil 81e wird zwischen dem Bypassventil 73 und der hydraulischen Bremseinheit 11 angeordnet. Ein Rückschlagventil 81d wird über einer Reihenschaltung aus dem Bypassventil 73 und dem Rückschlagventil 81e verbunden.
Wenn das Bremspedal 24 betätigt wird, dann erzeugt der Hauptzylinder 25 einen hydraulischen Druck. Der erzeugte hydraulische Druck wandert zur hydraulischen Bremseinheit 11 über das Bypassventil 73, um das Fahrzeugrad 1 zu bremsen. Wenn die Bremskraft zu stark wird, dann tendiert das Fahrzeugrad 1 zum Blockieren und das Schlupfverhältnis des Fahrzeugrades 1 wird erhöht.
Wenn die ECU 40 detektiert, daß das Schlupfverhältnis des Fahrzeugrades 1 einen Referenzwert überschreitet, dann beginnt die ECU 40 mit der Antiblockierregelung. Das Ausgangssignal von dem Fahrzeugrad-Geschwindigkeitssensor 15 wird zur Detektion der Erhöhung des Schlupfverhältnisses des Fahrzeugrades 1 verwendet.
Bei Beginn der Antiblockierregelung aktiviert die ECU 40 die Pumpe 43b. Es wird darauf hingewiesen, daß die Pumpe 43b auch unabhängig von dem Beginn der Antiblockierregelung angesteuert werden kann, um immer einen hohen Druck in dem Drucksammler 43c aufrechtzuerhalten. Dann bewegt die ECU 40 das Bypassventil 73 von der offenen Position "a" zu der geschlossenen Position "b", wodurch die direkte Verbindung zwischen dem Hauptzylinder 25 und der hydraulischen Bremseinheit 11 blockiert wird. In diesem Fall werden der Hauptzylinder 25 und die hydraulische Bremseinheit 11 über das Ventil mit den drei Positionen 74 verbunden, sowie über die Öffnungen 80a und 80b.
Während der Antiblockierregelung justiert die ECU 40 das Ventil mit den drei Positionen 74, so daß eine gegenwärtige Umdrehungsgeschwindigkeit Vw des Fahrzeugrades 1 einer Zielumdrehungsgeschwindigkeit Vw* des Fahrzeugrades 1 entspricht oder ihr folgt. In der ECU 40 wird die Ziel-Umdrehungsgeschwindigkeit des Fahrzeugrades 1 auf der Grundlage der unscharfen Logik oder der unscharfen logischen Folgerung bestimmt. Die Ziel-Umdrehungsgeschwindigkeit des Fahrzeugrades 1 wird vorzugsweise so ausgelegt, daß die von dem Fahrzeug während eines Intervalls von dem Beginn der Bremsung bis zum Stoppen des Fahrzeuges zurückgelegte Entfernung minimiert wird. Während der Justage des Ventiles mit drei Position 74 schaltet das Ventil mit den drei Positionen 74 zwischen seinen drei Positionen "a", "b" und "c", womit der an die hydraulische Bremseinheit 11 angelegte hydraulische Druck entweder konstant gehalten, erhöht oder vermindert wird, um den gegenwärtigen hydraulischen Bremsdruck an einen hydraulischen Befehls- oder Zielbremsdruck anzupassen.
Die ECU 40 bildet einen integral-addierenden optimalen Regler (integral-added optimal regulator), der im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 4 und 5 beschrieben wird. In Fig. 5 entspricht ein Operator "1/S" dem Zeitintegral.
Wenn die ECU 40 einen hydraulischen Druck "prs" bestellt, dann wird ein hydraulischer Druck "pro" an die hydraulische Bremseinheit von einem hydraulischen Servomechanismus angelegt, der den hydraulischen Drucksensor, die ECU und die hydraulische Leitungsanordnung umfaßt.
Die hydraulische Bremseinheit erzeugt ein Bremsdrehmoment Tb, was ein Abbremsen des Fahrzeugrades bewirkt. Das Bremsdrehmoment Tb wird durch einen Koeffizienten Kt und den Hydraulikdruck "pro" bestimmt. Der Koeffizient Kt wird durch die Struktur und die Charakteristiken der hydraulischen Bremseinheit bestimmt.
Das Fahrzeugrad dreht sich mit einer Geschwindigkeit Vw. Das Fahrzeug bewegt sich mit einer Geschwindigkeit V.
Das Schlupfverhältnis SL entspricht einer Differenz zwischen der Radgeschwindigkeit Vw und der Fahrzeuggeschwindigkeit V, die durch die Fahrzeuggeschwindigkeit V geteilt wird. Ein Reibungskoeffizient Fri zwischen dem Fahrzeugrad und einer Straßenoberfläche wird durch eine nicht-lineare Berechnung oder Operation bestimmt.
Ein Reibungsdrehmoment Tf, daß auf das Fahrzeugrad von der Straßenoberfläche her aufgebracht wird, wird durch den Reibungskoeffizienten Fri, einem partiellen Gewicht "m" des Fahrzeuges, das von einem Fahrzeugrad getragen wird, einer Gravitationsbeschleunigung G und dem effektiven Radius "r" des Fahrzeugrades bestimmt.
Ein Unterschied zwischen dem Reibungsdrehmoment Tf und dem Bremsdrehmoment Tb entspricht einem Rotationsdrehmoment Tr, dar auf das Fahrzeugrad wirkt.
Eine Drehbeschleunigung Vwd des Fahrzeugrades wird durch das Rotationsdrehmoment Tr, den effektiven Radius "r" des Fahrzeugrades und einer Rotationsträgheit I des Fahrzeugrades bestimmt. Das Integral der Drehbeschleunigung Vwd entspricht der Drehgeschwindigkeit von Vw des Fahrzeugrades.
Eine auf die Achse wirkende Kraft "f" wird durch den Reibungskoeffizienten Fri, das partielle Fahrzeuggewicht "m" und die Gravitationsbeschleunigung G bestimmt.
Diese Kraft "f" wird auf den Fahrzeugkörper durch eines der Fahrzeugräder ausgeübt. Die Gesamtkraft F, die auf den Fahrzeugkörper von den vier Fahrzeugrädern ausgeübt wird, entspricht der Summe der Kräfte "f ", die auf den Fahrzeugkörper von den einzelnen Fahrzeugrädern ausgeübt werden.
Eine Beschleunigung Ma des Fahrzeugkörpers entspricht der Kraft F geteilt durch ein Gewicht M des Fahrzeugkörpers. Das Integral der Fahrzeugbeschleunigung Ma entspricht der Geschwindigkeit V des Fahrzeugkörpers.
Das Modell des in Fig. 5 gezeigten Bremsbereiches wird für die Bildung des integral-addierenden optimalen Reglers verwendet, der eine optimale Rückkopplungsregelung durchführt.
Die optimale Rückkopplungsregelung wird im folgenden beschrieben. In der folgenden Beschreibung bezeichnen die Größen X, y, u, A, B, C, F, S, Q, R, G1 und G2 Vektoren oder Matrizen. Der Ausdruck AT bezeichnet die zur Matrize A transponierte Matrix. Der Ausdruck A&supmin;¹ bezeichnet die zur Matrix A inverse Matrix.
Im allgemeinen wird das Verhalten eines zu regelnden Objektes durch Zustands- und Ausgangsgleichungen wie folgt ausgedrückt:
x (k+1) = A X (k) + B u (k) ... (1)
y (k) = C X (k) ...(2),
wobei der Ausdruck X (k) Zustandsvariablen des zu regelnden Objektes darstellt, der Ausdruck u (k) einen Eingabevektor oder gesteuerte Eingabegrößen des zu regelnden Objektes darstellt, und der Ausdruck y (k) einen Ausgangsvektor oder gesteuerte Ausgangsgrößen des zu regelnden Objektes darstellt. Die Variable (adscript) "k" bezeichnet ein Abtastmoment. Die Variable (adscript) "k+1" bezeichnet ein Abtastmoment, der dem Abtastmoment "k" folgt.
In Fällen, in denen ein dynamisches Modell des zu regelnden Objektes bestimmt wird und die Matrizen A, B und C bestimmt werden, werden Rückkopplungs-Verstärkungsmatrizen F aus den Zustandsvariablen X (k) und den Steuerausgängen y (k) errechnet, und die gesteuerten Eingabegrößen u (k) zur Justage der Steuerausgänge y (k) zum Steuern der Ziele y* (k) werden bestimmt, so daß das Objekt optimal gesteuert werden kann.
In dieser Ausführungsform weist das dynamische Modell des zu regelnden Objektes, d. h. des Bremsbereiches, die in Fig. 5 gezeigte Struktur auf, die auf der Grundlage der Bewegungsgleichungen bestimmt wird.
In dieser Ausführungsform wird, um eine Gleichgewichtsabweichung oder eine Abweichung zwischen einem Zielwert und einem aktuellen Wert an dem Steuerausgang zu entfernen, ein Integral aus einer Differenz zwischen dem Zielwert und dem aktuellen Wert in die Zustandsvariablen X (k) eingesetzt, wodurch das System erweitert wird. Die erweiterten Zustandsvariablen x (k), der gesteuerte Eingang u (k) und der Steuerausgang y (k) ergeben sich wie folgt:
x (k) = [Vw Vwd INTΔVw] ... (3)
u (k) = [p*] ... (4)
y (k) = [Vw] ... (5),
wobei der Ausdruck INT Δ Vw ein Integral der Differenz zwischen dem Zielwert und dem aktuellen Wert bezeichnet.
Die optimalen Rückkopplungsverstärkungen F werden im folgenden beschrieben. In dieser Ausführungsform ist die optimale Rückkopplungsverstärkung F durch die folgende Gleichung gegeben:
F = -(R + BT S B)&supmin;¹, BT S A ... (6),
wobei der Ausdruck S eine Lösung der folgenden Riccati-Gleichung bezeichnet:
S = AT S A AT S B (BT S B +R)&supmin;¹ BT S A + Q ...(7),
wobei die Ausdrücke Q und R Parameter bezeichnen, welche durch Computersimulationen optimal ausgewählt worden sind, die ausgelegt waren, um den folgenden Güteindex J zu minimieren.
J = [XT(k+1) Q X(k+1) + uT(k+1) R u (K+1)] k=0 ...(8)
In dieser Ausführungsform ist die Simulation reiteriert worden, während die Parameter Q und R in dem Güteindex J geändert worden sind. Optimale Parameter sind auf der Grundlage des Verhaltens des Bremsbereiches bestimmt worden, das durch die reiterative Simulation abgeleitet worden ist. Die optimalen Rückkopplungsverstärkungen F sind in Übereinstimmung mit den optimalen Parametern bestimmt worden.
Wenn die optimalen Rückkopplungsverstärkungen F auf diese Art und Weise bestimmt worden sind, dann kann der gesteuerte Eingang u(k+1) durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
u(k+1) = - F X (k+1) ...(9)
Da das Antwortverhalten des Regelsystems eine Zeitverzögerung aufweist, können die Werte X (k+1) nicht direkt verwendet werden. Im Hinblick auf diese Tatsache wird die rechte Seite der Gleichung 1 für den Ausdruck X (k+1) in die Gleichung 9 eingesetzt und die folgende Gleichung wird abgeleitet:
u(k+1) = -{F A X (k) + F B u (k)} ...(10)
Wenn man für G1 = F A und für G2 = F B setzt, dann ändert sich die Gleichung 10 wie folgt in die Gleichung 10':
u(k+1) = -{G1 X (k) + G2 u (k)} ...(10')
In dieser Ausführungsform werden die Parameter G1 und G2 aus den Werten F, A und B errechnet und sie ergeben sich im einzelnen zu:
G1 = [66.85 723.4 3162.3]
G2 = [-18.49]
Vorzugsweise werden die Parameter G1 und G2, die von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängen, vorher bestimmt und die gegenwärtig verwendeten Werte G1 und G2 werden in Übereinstimmung mit der gegenwärtigen Fahrzeuggeschwindigkeit verändert, indem auf das vorherbestimmte Verhältnis zwischen den Werten G1 und G2 und der Fahrzeuggeschwindigkeit Bezug genommen wird. Beispielsweise werden die Parameter G1 und G2 derart ausgewählt, daß die Geschwindigkeit der Konvergenz des Systems mit der Fahrzeuggeschwindigkeit fällt.
Das System, daß das zu regelnde Objekt regelt, wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 6 beschrieben, in der ein Operator "1/S" einer zeitlichen Verschiebung um 90º (time quadrature) oder einem Integral entspricht, und der Operator "S" einem Zeitdifferential.
Wie man der Fig. 6 entnehmen kann, detektiert ein Sensor 601 die gegenwärtige Geschwindigkeit Vw eines Fahrzeugrades. Ein Differentialglied 602 leitet die gegenwärtige Beschleunigung Vwd des Fahrzeugrades aus der gegenwärtigen Fahrzeugradgeschwindigkeit Vw ab. Ein Bereich 705 errechnet die Amplitude "vdvar" einer Variation in der Radbeschleunigung Vwd.
Ein Sensor 701 detektiert den gegenwärtigen hydraulischen Druck "pro", der an eine Bremseinheit angelegt wird. Ein Bereich 702 schätzt die Verzögerung "g" des Fahrzeugkörpers aus dem detektierten Hydraulikdruck "pro" ab. Im allgemeinen verbleibt bei kleinen Schlupfverhältnissen eines Fahrzeugrades eine Fahrzeugkörperbeschleunigung und/oder Verzögerung "g" in einem gegebenen Verhältnis mit einem hydraulischen Bremsdruck "pro". Der Bereich 702 verwendet dieses gegebene Verhältnis zur Abschätzung der Fahrzeugbeschleunigung "g". Ein Integrator 703 errechnet die gegenwärtige Geschwindigkeit V des Fahrzeugkörpers aus der Fahrzeugbeschleunigung "g".
Die Fahrzeugkörperbeschleunigung "g" kann durch einen Beschleunigungsdetektor detektiert werden, der auf dem Fahrzeug befestigt ist.
Ein Bereich 704 errechnet einen Index Ces aus der Radgeschwindigkeit Vw, der Fahrzeuggeschwindigkeit V und einer Zielgeschwindigkeit Vw* des Fahrzeugrades. Der Index Ces stellt das Ausmaß einer Unzulänglichkeit des Hydraulikdruckes bei einer abrupten Änderung der Bedingungen einer Straßenoberfläche dar, wie beispielsweise eine abrupte Änderung des Reibungskoeffizienten einer Straßenoberfläche von einem niedrigen Wert zu einem hohen Wert.
Ein Bereich 706 bestimmt die Zielradgeschwindigkeit Vw* und einen korrigierenden Hydraulikdruck Pop in Übereinstimmung mit der Beschleunigungsamplitude "vdvar", der Fahrzeugverzögerung "g" und dem Index Ces über einen unscharfen Logikprozeß oder einen unscharfen logischen Folgerungsprozeß.
Ein Subtrahierer 603 errechnet eine Abweichung ΔVw zwischen der gegenwärtigen Radgeschwindigkeit Vw und der Zielradgeschwindigkeit Vw*. Ein Bereich 604 errechnet das Integral INTΔVw der Geschwindigkeitsabweichung ΔVw.
Ein Bereich 605 bestimmt einen gegenwärtigen Ziel- Hydraulikbremsdruck P* in Übereinstimmung mit der Radgeschwindigkeit Vw, der Radbeschleunigung Vwd, dem Abweichungsintegral INT Δ Vw und dem vorangegangenen Ziel- Hydraulikdruck P*.
Ein Addierer 606 errechnet eine Summe aus dem Ziel-Hydraulikdruck P* und dem korrigierenden Hydraulikdruck Pop, die einem End-Zielhydraulikdruck Prs entspricht. Die Bremseinheit wird in Übereinstimmung mit dem End-Zielhydraulikdruck Prs geregelt.
Die unscharfe Logik wird im folgenden beschrieben. Im allgemeinen verwenden unscharfe Logiksysteme eine Mehrzahl aus Regeln, die jeweils aus einem Bedingungsteil und einem Folgerungsteil bestehen. Ein Beispiel für derartige Regeln lautet wie folgt: "Wenn x gleich A, dann ist y gleich B". Die Ausdrücke "x" und "y" bezeichnen jeweils eine Eingabevariable und eine Ausgangsvariable. Die Ausdrücke A und B bezeichnen unscharfe Mengen, die nicht definierte Grenzen aufweisen.
Unscharfe Mengen ("fuzzy sets") werden durch Mitgliedsfunktionen definiert, die die Ausmaße der Verbindungen oder die Zugehörigkeit der jeweiligen Variablen zu der unscharfen Menge darstellen.
In Bezug auf die zuvor erwähnte Regel wird das Ausmaß der Verbindung der Eingabevariable "x" zu dem unscharfen Satz A als ein Mitgliedswert auf der Grundlage der zugehörigen Mitgliedsfunktion errechnet. Der errechnete Mitgliedswert ist als das Ausmaß der Erfüllung der Regel definiert. Die Ausmale der Erfüllung der anderen Regeln wird auf ähnliche Art und Weise abgeleitet.
In der unscharfen Logik wird ein Ausgang y0 bestimmt, indem man den Mittelpunkt oder das Gravitationszentrum der Ausgangsvariable "y" aus den Ausmaßen der Verbindungen der Ausgangsvariablen "y" zu den jeweiligen unscharfen Mengen errechnet.
Im folgenden wird angenommen, daß eine Regel 1 und eine Regel 2 bestimmt werden, wie im folgenden beschrieben werden wird, und Mitglieds funktionen werden bestimmt, wie in Fig. 12 gezeigt.
Regel 1: wenn x1=A11 dann y=B1
Regel 2: wenn x1=A21 und x2=A22 dann y=B2
Wenn die Eingabevariable x1 einen Wert x10 annimmt und die Eingabevariable x2 den Wert x20, dann ist das Ausmaß der Erfüllung der Regel 1 durch einen Wert α1 gegeben, der in Fig. 12(a) dargestellt ist, und das Ausmaß der Erfüllung der Regel 2 wird durch einen Wert α2 gegeben, der - wie man den Figuren 12(a) und 12(b) entnehmen kann - dem kleineren der Mitgliedswerte entspricht. Es wird darauf hingewiesen, daß der Wert α2 kleiner ist als ein Wert α3.
Wie man der Figur 12(c) entnehmen kann, werden die unscharfen Mengen B1 und B2 der Ausgangsvariable "y" von den Mitgliedswerten α1 und α2 geschnitten, die jeweils auf der Grundlage der Regeln errechnet worden sind, so daß die logischen Additionsteile der unscharfen Mengen B1 und B2, die den schraffierten Bereichen entsprechen, erhalten werden. Die Position des Gravitationszentrum dieser logischen Additionsteile bestimmt den Ausgangswert y0 basierend auf der unscharfen Logik.
In dieser Ausführungsform ist die Zielradgeschwindigkeit Vw* wie folgt gegeben:
Vw* = (Vop + (1 - 0.12))m V
Ein Referenzwert wird derart ausgewählt, daß er 88% der Fahrzeuggeschwindigkeit V entspricht. Ein korrigierender Wert Vop, der von diesem Referenzwert gemessen wird, wird mittels der unscharfen Logik errechnet. Eine korrigierende hydraulische Druckgröße Pop wird gleichfalls mit Hilfe der unscharfen Logik bestimmt.
Im Hinblick auf die Charakteristiken der Antiblockier-Regelvorrichtung verwendet diese Ausführungsform die Fahrzeugverzögerung "g", die Beschleunigungsamplitude "vdvar" und den Index Ces als Eingabevariablen, die mit dem Zieldruck P* und der Zielradgeschwindigkeit Vw* in Beziehung stehen. Die Beschleunigungsamplitude "vdvar" ist wie folgt gegeben. Ein Maximalwert und ein Minimalwert der Radbeschleunigung werden detektiert. Eine Differenz zwischen den detektierten Maximal- und Minimalwerten der Radbeschleunigung wird errechnet. Die Beschleunigungsamplitude "vdvar" wird auf die errechnete Differenz gesetzt. Da die Maximal- und Minimalwerte der Radbeschleunigung sukzessive aktualisiert werden, wird die Beschleunigungsamplitude "vdvar" gleichfalls aktualisiert. Der Index Ces ist durch die folgenden Gleichungen gegeben:
Ces = Σ(Vw - Vw*)/V (Vw > Vw*)
Ces = 0 (Vw ≤ Vw*)
Mitgliedsfunktionen und unscharfe Mengen LS, MD, LB und VB der jeweiligen Eingabevariablen "g", "vdvar" und Ces sind derart gegeben, wie in den Figuren 7(a), 7(b) und 7(c) dargestellt. Die unscharfe Menge LS entspricht dem Prinzip "ein bißchen klein". Die unscharfe Menge MD entspricht dem Prinzip "mittel". Die unscharfe Menge LB entspricht dem Prinzip "etwas groß".
Die unscharfe Menge VB entspricht dem Prinzip "groß". Unscharfe Mengen der Ausgangsvariablen Vop und Pop werden durch die Verwendung von Repräsentanten wie folgt bestimmt. Der korrigierende Radgeschwindigkeitswert Vop (%) entspricht -8, 0, 4 und 8 jeweils für die unscharfen Mengen VS, MD, LB und VB. Der korrigerende hydraulische Druckwert Pop (kgf/cm²) entspricht 10 und 40, jeweils für die unscharfen Mengen LB und VB. Die unscharfe Menge VS entspricht dem Prinzip "klein". Die unscharfe Menge MD entspricht dem Konzept "mittel". Die unscharfe Menge LB entspricht dem Konzept "etwas groß". Die unscharfe Menge VB entspricht dem Konzept "groß".
Die vorliegende Ausführungsform verwendet die folgenden sechs Regeln, die die Eingabevariablen mit den Ausgangsvariablen verbinden:
1. wenn (g=LB) dann Vop=VS
2. wenn (g=LS & vdvar=VB) dann Vop=VB
3. wenn (g=LS & vdvar=LB) dann Vop=LB
4. wenn (g=LS & vdvar=MD) dann Vop=MD
5. wenn (Ces=VB) dann Pop=VB
6. wenn (Ces=LB) dann Pop=LB
Beispielsweise bedeutet die Regel 1, daß wenn die Fahrzeugkörperbeschleunigung "g" etwas groß ist (LB), es vermutet wird, daß der Reibungskoeffizient der Straßenoberfläche hoch ist, wie bei einer normalen Asphaltstraße, die einen Reibungskoeffizienten hat, der bei einem Schlupfverhältnis von ungefähr 20% seinen Spitzenwert annimmt, wodurch die korrigierende Radgeschwindigkeit Vop auf einen kleinen (VS) Wert relativ zu einer Referenz von "88%" gesetzt wird. Die Regel 4 bedeutet, daß wenn die Fahrzeugkörperbeschleunigung "g" etwas klein ist (LS) und die Radbeschleunigungsamplitude "vdvar" mittel ist (MD), das dann von dem Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche angenommen wird, daß er niedrig ist, wie bei einer vereisten Straße, die einen Reibungskoeffizienten aufweist, der seinen Spitzenwert bei einem Schlupfverhältnis von ungefähr 5% annimmt, was im Vergleich zu der korrigierenden Radgeschwindigkeit Vop groß ist, wodurch die Geschwindigkeit Vop auf einen mittleren (MD) Wert gesetzt wird. Die Regel 5 bedeutet, daß wenn der Index Ces groß wird (VB), eine erhebliche Zeitspanne verstrichen ist, und zwar seit einer Änderung von einer Strafe mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten zu einer Straße mit einem hohen Reibungskoeffizienten, und das demnach der korrigierende Hydraulikdruck Pop auf einen groben Wert (VB) gesetzt wird.
Mitgliedswerte, die aus den Bedingungsteilen der jeweiligen Regeln errechnet worden sind, sind als Ausmaß der Erfüllung der Regeln definiert. Unscharfe Logik wird durchgeführt, indem ein gewichtetes Mittel der Folgerungsteile der jeweiligen Regeln errechnet wird, mit Gewichtungen, die den Ausmaßen der Erfüllung der Regeln entsprechen. Genauer gesagt wird die korrigierende Radgeschwindigkeit Vop aus einem Mittel errechnet, das sich auf die Regeln 1, 2, 3 und 4 bezieht. Der korrigierende Hydraulikdruck Pop wird aus einem Mittel errechnet, das sich auf die Regeln 5 und 6 bezieht.
Der gewichtete Mittlungsprozeß vermindert die Rechnerbelastung des Mikrocomputers. Der gewichtete Mittlungsprozeß führt dazu, daß die unscharfen Sätze der Ausgangsvariablen Vop und Pop durch Repräsentanten definiert werden.
Die unscharfen Mengen der Ausgangsvariablen Vop und Pop können durch Mitglieds funktionen bestimmt werden und eine Position des Gravitationszentrums kann auf der Grundlage einer Mehrzahl von Regeln errechnet werden.
Das zuvor erwähnte Regelsystem wird von der ECU 40 durchgeführt. Die ECU 40 wird in Übereinstimmung mit einem Programm betrieben, das in dem ROM 63 gespeichert ist. Das Programm beginnt, wenn der Zündschlüsselschalter 56 geschlossen wird. Das Programm enthält eine Hauptroutine und eine Subroutine, die sich auf die Bremsregelung beziehen. Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm des Bremsregelprogrammes.
Wie man der Fig. 8 entnehmen kann, initialisiert das Bremsregelprogramm in einem ersten Schritt 100 die Speicher oder Segmente des RAM 65, die für die Bremsregelung verwendet werden. Nach dem Schritt 100 schreitet das Programm zu einem Schritt 110 fort.
Der Schritt 110 bestimmt, ob eine Antiblockierregelung gestartet werden soll oder nicht. Genauer gesagt errechnet der Schritt 110 das gegenwärtige Schlupfverhältnis des Fahrzeugrades. Dann wird im Schritt 110 das errechnete Schlupfverhältnis mit einem vorherbestimmten Schlupfverhältnis verglichen. Wenn das errechnete Schlupfverhältnis gleich oder größer ist als das vorherbestimmte Schlupfverhältnis, d. h., wenn eine Antiblockierregelung gestartet werden sollte, dann schreitet das Programm zu einem Schritt 120 weiter. Wenn das errechnete Schlupfverhältnis kleiner ist als das vorherbestimmte Schlupfverhältnis, d. h., wenn eine Antiblockierre gelung nicht gestartet werden sollte, dann kehrt das Programm zu dem Schritt 110 zurück. Das vorherbestimmte Schlupfverhältnis wird vorzugsweise im Hinblick auf einen Referenzwert eines Ziel-Schlupfverhältnisses ausgewählt, sowie im Hinblick auf eine Antwortverzögerung der hydraulischen Servoregelung, sowie im Hinblick auf Anforderungen, nach denen im Fall einer Strafe mit einem hohen Reibungskoeffizienten die Antiblockierregelung nur gestartet werden sollte, wenn ein abruptes Abbremsen erfolgt.
Der Schritt 120 errechnet einen ersten Befehlshydraulikdruck "prs", der sich für einen Moment eignet, der unmittelbar nach dem Beginn der Antiblockierregelung liegt.
Ein Schritt 130, der dem Schritt 120 folgt, regelt das Ventil mit den drei Positionen 74 in Übereinstimmung mit dem ersten Befehlshydraulikdruck "prs", so daß der gegenwärtige hydraulische Druck dem Befehlshydraulikdruck "prs" entsprechen kann. Nach dem Schritt 130 schreitet das Programm zu einem Schritt 140 fort.
Der Schritt 140 leitet die gegenwärtigen Umdrehungsgeschwindigkeiten Vw der jeweiligen Fahrzeugräder 1 bis 4 aus den Ausgangssignalen der Geschwindigkeitssensoren 15 bis 17 ab.
In einem Schritt 150, der dem Schritt 140 folgt, werden die Beschleunigungen Vwd der jeweiligen Räder 1 bis 4 aus den Geschwindigkeiten Vw der jeweiligen Räder 1 bis 4 errechnet, indem man auf die folgende Gleichung Bezug nimmt:
Vwd(k+1) = (Vw(k+1) - Vw(k))/T,
wobei der Buchstabe T eine Abtastperiode der Radgeschwindig keiten Vw bezeichnet, die einem Intervall zwischen den Momenten der Durchführung der Schritte 140 entspricht. In der folgenden Beschreibung wird der Buchstabe T gleichfalls diese Periode bzw. dieses Intervall bezeichnen. Der Prozeß in dem Schritt 150 entspricht dem Differentialglied 602 aus Fig. 6.
Im Schritt 160, der dem Schritt 150 folgt, werden die gegenwärtigen Hydraulikdrücke "pro" aus den Ausgangssignalen der Drucksensoren 51 bis 53 abgeleitet. Die abgeleiteten Hydraulikdrücke "pro" entsprechen den Bremsdrücken, die an die hydraulischen Bremseinheiten 11 bis 14 angelegt werden.
Ein dem Schritt 160 folgender Schritt 170 schätzt die gegenwärtige Fahrzeugkörperbeschleunigung "g" ab, wobei auf die folgende Gleichung Bezug genommen wird:
g= K1 Tpro + K2,
wobei die Ausdrücke K1 und K2 vorgegebene Kostanten bezeichnen und der Ausdruck Tpro eine Summe der detektieren hydraulischen Drücke "pro" bezeichnet. Der Prozeß in dem Schritt 170 entspricht dem Abschätzbereich 702 aus Fig. 6.
In einem Schritt 180, der dem Schritt 170 folgt, wird die gegenwärtige Fahrzeuggeschwindigkeit V aus der abgeschätzten Fahrzeugbeschleunigung "g" errechnet, in dem man die folgende Gleichung verwendet:
V(k+1) = V(k) + Ma(k) T,
wobei der Ausdruck Ma(k) die zeit-abhängige Fahrzeugbeschleunigung bezeichnet. Der Prozeß in dem Schritt 180 entspricht dem Integrator 703 aus Fig. 6.
In einem Block 190, der dem Schritt 180 folgt, werden die Ziel-Drehgeschwindigkeiten Vw* der jeweiligen Räder 1 bis 4 errechnet, sowie die korrigierenden hydraulischen Druckgrößen Pop, und zwar unter Verwendung von unscharfer Logik. Der Prozeß in dem Block 190 entspricht den Bereichen 704 bis 706 aus Fig. 6.
In einem Schritt 200, der dem Block 190 folgt, werden die Integrale INTΔVw der Unterschiede ΔVw zwischen den gegenwärtigen Geschwindigkeiten Vw und der Zielgeschwindigkeiten Vw* der jeweiligen Räder 1 bis 4 errechnet, in dem man die folgende Gleichung verwendet:
INTΔVw(k+1) = INTΔVw(k) + (Vw*(k) - Vw(k)) T
Der Prozeß in dem Schritt 200 entspricht dem Subtrahierer 603 und dem Integrator 604 aus Fig. 6.
In einem Schritt 210, der dem Schritt 200 folgt, werden die Ziel-Hydraulikdrücke P* bestimmt, die mit den jeweiligen Fahrzeugrädern 1 bis 4 in Verbindung stehen. Die Ziel- Hydraulikdrücke P* entsprechen den gesteuerten Eingängen und sie werden errechnet, indem man die folgende Gleichung verwendet, die auf der Gleichung (10') basiert:
P* (k+l) = -{G1 X (k) + G2 P* (k)}
Der in dem Schritt 210 gezeigte Prozeß entspricht dem Rückkopplungsbereich 605 aus Fig. 6.
In einem Schritt 220, der dem Schritt 210 folgt, werden die Befehlshydraulikdrücke "prs" aus den Ziel-Hydraulikdrücken P* und den korrigierenden Hydraulikdruckgrößen Pop errechnet, indem man die folgende Gleichung verwendet:
prs(k) = P * (k) + Pop(k)
Der in dem Schritt 220 dargestellte Prozeß entspricht dem Addierer 606 aus Fig. 6.
In einem dem Schritt 220 folgenden Schritt 230 werden die Ventile mit den drei Positionen 74 für das vordere rechte Rad 1, daß vordere linke Rad 2 und die hinteren Räder 3 und 4 in Übereinstimmung mit den Befehlshydraulikdrücken "prs" angesteuert bzw. geregelt. Genauer gesagt werden Regelmuster der Ventile mit den drei Positionen 74 ausgewählt und die Ventile mit den drei Positionen 74 werden in Übereinstimmung mit den ausgewählten Mustern betrieben, so daß die gegenwärtigen Hydraulikbremsdrücke, die mit den jeweiligen Rädern 1 bis 4 in Verbindung stehen, den Befehlshydraulikdrücken "prs(k+1)" in einer Abtastzeit T gleichen können. Der in dem Schritt 230 dargestellte Prozeß entspricht der hydraulischen Servoregelung.
In einem Schritt 240, der dem Schritt 230 folgt, wird der Wert "k" um "1" erhöht, wobei der Wert "k" den Abtastmoment bezeichnet. Nach dem Schritt 240 schreitet das Programm zu einem Schritt 250 weiter.
Im Schritt 250 wird bestimmt, ob die Antiblockierregelung fortgeführt werden sollte oder nicht. Genauer gesagt wird im Schritt 250 bestimmt, ob das Bremspedal 24 niedergedrückt oder entlastet ist, und zwar auf der Grundlage des Ausgangssignales vom Bremsschalter 55. Zusätzlich wird im Schritt 250 bestimmt, ob das Fahrzeug gestoppt wurde oder nicht, und zwar auf der Grundlage der gegenwärtigen Fahrzeuggeschwindigkeit. Wenn das Bremspedal 24 entlastet ist, oder wenn das Fahrzeug steht, d. h. wenn die Antiblockierregelung nicht fortgeführt werden sollte, dann endet die Bremsregelroutine und das Programm kehrt zu der Hauptroutine zurück. Wenn das Bremspedal 24 niedergedrückt ist und wenn sich das Fahrzeug bewegt, d. h. wenn die Antiblockierregelung fortgeführt werden sollte, dann kehrt das Programm zum Schritt 140 zurück.
Wie man der Fig. 9 entnehmen kann, weist der unscharfe Logikblock 190 einen ersten Schritt 191 auf, in dem die Amplituden "vdvar" der Variationen der Beschleunigungen der jeweiligen Fahrzeugräder 1 bis 4 errechnet werden. Genauer gesagt werden im Schritt 191 die maximalen Werte sowie die minimalen Werte der jeweiligen Radbeschleunigungen Vwd abgeleitet. Dann werden im Schritt 191 die Unterschiede zwischen den Maximalwerten und den Minimalwerten der jeweiligen Radbeschleunigungen errechnet, wobei die Variationsamplituden "vdvar" auf die errechneten Differenzen gesetzt werden.
In einem Schritt 192, der dem Schritt 191 folgt, wird der Index Ces errechnet, indem man sich auf die folgenden Gleichungen stützt:
Ces =Σ(Vw - Vw* )/V (Vw > Vw*) Ces = 0 (Vw ≤ Vw*)
In einem Schritt 193, der dem Schritt 192 folgt, werden die Mitglieds funktionen der Eingabevariablen "g" und "vdvar" gesucht und dann die Ausmaße der Befriedigung bzw. Erfüllung der jeweiligen Regeln 1 bis 4 bestimmt.
In einem Schritt 194, der dem Schritt 193 folgt, wird ein gewichtetes Mittel der Folgerungsteile der jeweiligen Regeln 1 bis 4 errechnet, und zwar mit Gewichtungen, die den Ausmalen der Befriedigung der jeweiligen Regeln 1 bis 4 entsprechen. Der Schritt 194 setzt die korrigierende Radgeschwindigkeit Vop auf das gewichtete Mittel. Beispielsweise nimmt, wenn die Ausmaße der Erfüllung der Regeln 1, 2, 3 und 4 jeweils die Werte α1, α2, α3 und α4 annehmen, die korrigierende Radgeschwindigkeit Vop eine Form, die durch die folgende Gleichung gegeben ist: Vop= (-8 α1 + 8 α2 + 4 α3 + 0 α4)/(α1 + α2 + α3 + α4)
In einem Schritt 195, der dem Schritt 194 folgt, werden Ziel-Raddrehgeschwindigkeiten Vw* der jeweiligen Räder 1 bis 4 unter Bezugnahme auf die folgende Gleichung errechnet:
Vw*= (0,88 + Vop) V
In einem Schritt 196, der dem Schritt 195 folgt, werden die Mitglieds funktionen der Eingabevariablen Ces gesucht und dann die Ausmaße der Erfüllung der jeweiligen Regeln 5 und 6 bestimmt.
In einem Schritt 197, der dem Schritt 196 folgt, wird ein gewichtetes Mittel der Folgerungsteile der jeweiligen Regeln 5 und 6 errechnet, und zwar mit Gewichtungen, die den Ausmalen der Erfüllung der jeweiligen Regeln 5 und 6 entsprechen. Der Schritt 197 setzt den korrigierenden hydraulischen Druckwert Pop auf das errechnete Mittel. Beispielsweise nimmt, wenn die Ausmaße der Erfüllung der Regel 5 und 6 jeweils den Werten α5 und α6 entsprechen, der korrigierende Hydraulikdruckwert Pop eine Form an, die durch die folgende Gleichung gegeben ist:
Pop (40 α5 + 10 α6)/(α5 + α6)
Fig. 10 zeigt zeit-abhängige Variationen der Fahrzeuggeschwindigkeit V, der Radgeschwindigkeit Vw, des Ziel- Schlupfverhältnisses, des hydraulischen Bremsdruckes "pro" und des korrigierenden hydraulischen Druckwertes Pop unter Bedingungen, nach denen das Fahrzeug abrupt von einer Geschwindigkeit von 50 km/h abgebremst wird und sich das Fahrzeug bei einem Zeitpunkt t1 von einer mit Schnee bedeckten harten Strafe auf eine nasse Asphaltstraße bewegt. Das Ziel- Schlupfverhältnis entspricht dem mittels unscharfer Logik bestimmten korrigierenden Wert Vop plus 88% des Referenzwertes, und es entspricht der Ziel-Radgeschwindigkeit Vw* geteilt durch die Fahrzeuggeschwindigkeit V.
Fig. 11 zeigt zeit-abhängige Variationen der Fahrzeuggeschwindigkeit V, der Radgeschwindigkeit Vw und des hydraulischen Bremsdruckes "pro" unter Fahrzeug-Fahrbedingungen, die denen aus Fig. 10 ähnlich sind, mit der Ausnahme, daß das Ziel-Schlupfverhältnis auf 88% des Referenzwertes fixiert ist und der mittels unscharfer Logik ermittelte korrigierende Wert Vop auf Null gehalten wird.
In beiden Fällen gemäß den Figuren 10 und 11 steigt und fällt die Radgeschwindigkeit Vw wiederholt abwechselnd, und zwar während eines Intervalles bis zu einem Zeitpunkt, der nahe dem Punkt t1 liegt, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit V abnimmt. Zu einem Zeitpunkt nahe dem Punkt t1 kann, da die Reibungskraft auf der Straßenoberfläche abrupt ansteigt, der hydraulische Bremsdruck "pro", der für die Schnee bedeckte harte Strafe bestimmt worden ist, die Radgeschwindigkeit Vw nicht ausreichend vermindern, so daß die Fahrzeuggeschwindigkeit V und die Radgeschwindigkeit Vw dicht zueinander verlaufen.
Im Fall gemäß der Fig. 11 wird während eines Intervalls, das dem Zeitpunkt t1 folgt, der hydraulische Bremsdruck "pro" graduell erhöht und die Fahrzeuggeschwindigkeit V und die Radgeschwindigkeit Vw fallen graduell auf Null.
Im Fall der Fig. 10 steigt die Radgeschwindigkeit Vw über die Ziel-Radgeschwindigkeit Vw* zu einem Zeitpunkt nahe dem Punkt t1 an, wodurch der Index Ces ansteigt, so daß der korrigierende Hydraulikdruckwert Pop auftritt und der hydraulische Bremsdruck "pro" zu einem Zeitpunkt t2 abrupt ansteigt, der dem Zeitpunkt t1 folgt. Während die Radgeschwindigkeit Vw höher bleibt als die Ziel-Radgeschwindigkeit Vw*, steigt der Index Ces an und der korrigierende Hydraulikbremswert Pop fährt mit seinem Anstieg fort, so daß der hydraulische Bremsdruck "pro" ansteigt. Der Anstieg des hydraulischen Bremsdruckes "pro" führt dazu, daß die Radgeschwindigkeit Vw zu einem Zeitpunkt stark abfällt, der nahe dem Punkt t4 liegt, welcher dem Punkt t2 folgt. Als ein Ergebnis des Abfalls der Radgeschwindigkeit Vw wird die Radgeschwindigkeit Vw niedriger als die Ziel-Radgeschwindigkeit Vw*, wodurch der Index Ces auf Null abfällt. Der korrigierende hydraulische Bremswert Pop fällt in Übereinstimmung mit dem Abfall in dem Index Ces.
Im Fall der Fig. 10 wird zu einem Zeitpunkt t3, der zwischen den Zeitpunkten t2 und t4 liegt, das Ziel-Schlupfverhältnis auf einen Wert geändert, der kleiner ist als 80% des Referenzwertes. Demnach ist die Ziel-Radgeschwindigkeit Vw, die während eines Intervalls bestimmt wird, das dem Zeitpunkt t3 folgt, niedriger als die Ziel-Radgeschwindigkeit, die während eines Intervalls bis hin zum Zeitpunkt t3 bestimmt wurde, so daß der integral-addierende Optimalregler größere Ziel-Hydraulikdrücke P* während eines Intervalls ausgibt, dar dem Zeitpunkt t3 folgt. Der Abfall des korrigierenden Hydraulikdruckwertes Pop und der Anstieg des Ziel-Hydraulikdruckes P* führt zu geeignet starken Bremskräften, und zwar in Übereinstimmung mit einem Anstieg der Reibungskraft infolge der abrupten Änderung der Straßenoberflächenbedingungen. Die geeignet starken Bremskräfte erlauben es dem Fahrzeug, eher anzuhalten, als in dem in Fig. 11 gezeigten Fall.
Wie zuvor beschrieben kann, da das Ziel-Schlupfverhältnis, das die Ziel-Radgeschwindigkeit bestimmt, von den Werten der Variablen abhängt, die mit dem Abbremsen in Beziehung stehen, die Antiblockierregelung auf eine Änderung der Bedingungen der Straßenoberfläche reagieren, so daß das Fahrzeug frühzeitig gestoppt werden kann.
Da der korrigierende Wert Vop für das Ziel-Schlupfverhältnis mit Hilfe von unscharfer Logik bestimmt wird, wird eine abrupte Anderung der Bedingungen der Straßenoberfläche auf zuverlässige Weise den Werten der Eingabevariablen entnommen, sowie unter Zuhilfenahme von Erfahrungen.
Da der korrigierende hydraulische Druckwert Pop auf der Grundlage der unscharfen Logik addiert wird, um eine Verzögerung im Antwortverhalten der Radgeschwindigkeits-Rückkopplungsregelung zu kompensieren, kann die Antiblockierregelung schnell auf die abrupte Anderung der Bedingungen der Straßenoberfläche antworten, wodurch es möglich wird, geeignete Bremskräfte zu erzeugen, die an die geänderten Straßenoberflächenbedingungen angepaßt sind. Die geeigneten Bremskräfte erlauben es dem Fahrzeug, frühzeitig anzuhalten.
Die oben beschrieben Ausführungsform kann auf unterschiedliche Art und Weise modifiziert werden. Beispielsweise kann die auf moderne Regelungstheorie basierende optimale Rückkopplungsregelung durch eine klassische Rückkopplungsregelung ersetzt werden. Die hydraulische Bremsanordnung kann durch eine elektromagnetische Bremsanordnung ersetzt werden.
Die Ziel-Radgeschwindigkeit Vw* kann auf der Grundlage des Schlupfverhältnisses bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten bestimmt werden, und sie kann auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten bestimmt werden, und zwar wie folgt:
Bei hohen Geschwindigkeiten: Vw* = (0,88 + Vop) V
Bei niedrigen Geschwindigkeiten: Vw* = V - (3 - K Vop)
In diesem Fall wird der Index Ces wie folgt bestimmt:
Bei hohen Geschwindigkeiten:
Cesh=Σ(Vw - Vw* )/V (Vw > Vw*)
Cesh= 0 (Vw ≤ Vw*)
Bei niedrigen Geschwindigkeit:
Cesl=Σ(Vw - Vw*) (Vw > Vw*)
Cesl= 0 (Vw ≤ Vw*)
Die Fahrzeuggeschwindigkeit V kann zu den Eingabevariablen addiert werden und die Regeln 5 und 6 können in die folgenden Regeln 5' und 6' umgeändert werden; weiterhin können die folgenden Regeln 7 und 8 hinzugefügt werden:
5'. wenn Cesl=VB & V=LS dann Pop=VB
6'. wenn Cesl=LB & V=LS dann Pop=LB
7. wenn Cesh=VB & V=LB dann Pop=VB
8. wenn Cesh=LB & V=LB dann Pop=LB
Ein Unterschied "dpro" zwischen den hydraulischen Bremsdrücken, die mit den rechtsseitigen Rädern und den linksseitigen Rädern zusammenhängen, sowie einen Wert "ddpro" der Ableitung dieser Differenz können als Eingabevariablen verwendet werden. In diesem Fall wird ein Gier-Moment des Fahrzeugkörpers in Übereinstimmung mit diesen Eingabevariablen geregelt, und zwar unter Bremsbedingungen, bei denen das rechtsseitige Fahrzeugrad und das linksseitige Fahrzeugrad unterschiedlichen Reibungskräften der Straßenoberfläche ausgesetzt sind.
Das Fahrzeug kann mit einem Gier-Ratensensor ausgestattet werden, der eine Winkelbeschleunigung des Fahrzeuges detektiert, und die detektierte Gier-Rate "yawr" sowie ein Fahrzeugsteuerwinkel "str" können als Eingabevariablen für die Bestimmung der Zielgeschwindigkeiten der jeweiligen Fahrzeugräder verwendet werden.

Claims

1. Ein Kraftfahrzeug- Servo- Steuersystem für ein Antiblockier-Bremssystem mit

(a) einer Detektionsvorrichtung (15, 16; M2); die funktional mit einem Rad (1, 2, 3, 4) verbunden ist, um eine Radgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges zu detektieren;

(b) einer Rechnervorrichtung (40; M4), die mit der Detektionsvorrichtung (15, 16; M2) verbunden ist, um eine Eingabevariable auf der Grundlage der Radgeschwindigkeit zu errechnen, die mit der Detektionsvorrichtung (15, 16; M2) detektiert worden ist;

(c) einem unscharfen Logiksystem (40; MS), das mit der Rechnervorrichtung (40; M4) verbunden ist, um vorherbestimmte Mitgliedsfunktionen bzw. "Membership-Funktionen" zu speichern, welche jeweils Funktionen der Eingabevariable sind, um Mitgliedswerte bzw. "Membership-Werte" der Mitglieds funktionen unter Verwendung der Eingabevariable zu bestimmen, und um einen Befehlswert in Übereinstimmung mit den Mitgliedswerten der Mitglieds funktionen zu bestimmen;

(d) einem Stellglied (11, 12, 13, 14; M1) zum Variieren einer Bremsstellkraft;

(e) einer Vorrichtung (40; M3), die auf einen Zielwert und auf die detektierte Radgeschwindigkeit anspricht, um das Stellglied (11, 12, 13, 14; M1) anzusteuern, wodurch es der detektierten Radgeschwindigkeit erlaubt wird, dem Zielwert zu folgen;

einer Vorrichtung (40; M3), die auf den Befehlswert anspricht, um den Zielwert zu korrigieren.

2. Das System nach Anspruch 1, worin die Eingabevariable des weiteren von der Bremsstellkraft abhängig ist, die mittels einer Bremskraft-Sensorvorrichtung (51, 52, 53) gemessen worden ist.

3. Das System nach Anspruch 2, worin der Zielwert einen hydraulischen Zielbremsdruck während des Abbremsens des Fahrzeuges umfaßt.

4. Das System nach Anspruch 2, worin die Eingabevariable einer Straßenoberflächenzustandsvariablen entspricht, die mit einem Reibungskoeffizienten einer Straßenoberfläche in Beziehung steht.

5. Das System nach Anspruch 4, worin die Straßenoberflächenzustandsvariable eine Beschleunigung des Kraftfahrzeuges umfaßt.

6. Das System nach Anspruch 4, worin die Straßenoberflächenzustandsvariable eine Amplitude einer Änderung einer Beschleunigung eines Rades des Kraftfahrzeuges umfast.

7. Das System nach Anspruch 1, worin die Eingabevariable einen Index umfaßt, der von einem Unterschied zwischen einer Rotationsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugrades und der Zielgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugrades abhängig ist.

8. Das System nach Anspruch 1, worin die Eingabevariable eine Unzulänglichkeitsvariable umfaßt, die eine Unzulänglichkeit der Bremskraft darstellt, die mit einem Einbruch der Bremskraft in Beziehung steht, wobei des weiteren eine unscharfe Logik-Korrekturvorrichtung (M5) bereit gestellt ist, die dahingehend wirkt, den Zielwert in Übereinstimmung mit der Unzulänglichkeitsvariablen zu korrigieren.

9. Das System nach Anspruch 8, worin die unscharfe Logik-15 Korrekturvorrichtung (MS) einen Korrekturwert in Bezug auf einen Referenzwert des Zielwertes bestimmt.

10. Ein Verfahren zur Durchführung einer Kraftfahrzeug Servosteuerung für ein Antiblockier-Bremssystem, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

aa) Detektieren einer Kraftfahrzeug-Radgeschwindigkeit;

bb) Errechnen einer Eingabevariablen auf der Grundlage der detektierten Kraftfahrzeug-Radgeschwindigkeit;

cc) Verwenden der Eingabevariablen zur Bestimmung von Mitgliedswerten von vorherbestimmten Mitglieds funktionen, die in einem unscharfen Logiksystem gespeichert sind, wobei eine jede Mitgliedsfunktion eine Funktion der Eingabevariablen ist;

dd) Bestimmen eines Befehlswertes in Übereinstimmung mit den Mitgliedwerten der Mitgliedsfunktionen;

ee) Variieren einer Bremsstellkraft in Antwort auf einen Zielwert und die detektierte Radgeschwindigkeit, wodurch es der detektierten Radgeschwindigkeit erlaubt wird, dem Zielwert zu folgen; und

ff) Korrigieren des Zielwertes in Antwort auf den Befehlswert.