DE4305155C2 - Vorrichtung zur Regelung der Fahrdynamik - Google Patents

Vorrichtung zur Regelung der Fahrdynamik

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DE4305155C2
DE4305155C2 DE4305155A DE4305155A DE4305155C2 DE 4305155 C2 DE4305155 C2 DE 4305155C2 DE 4305155 A DE4305155 A DE 4305155A DE 4305155 A DE4305155 A DE 4305155A DE 4305155 C2 DE4305155 C2 DE 4305155C2
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    • B60T2260/022—Rear-wheel steering; Four-wheel steering

Description

Stand der Technik
Aus der DE 40 30 724 A1 ist ein ABS bekannt, bei dem mit Hilfe meh­ rerer Mess- und Schätzgrößen ein Sollschlupf ermittelt wird, der mit einem Istschlupf verglichen wird. Die Abweichung wird zusammen mit anderen Größen in einen Sollbremsdruck umgesetzt, der dann in eine Ventilansteuerzeit umgewandelt wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Aufbau dieses ABS auf eine Vorrichtung zur Regelung der Fahrdynamik mit modularem Aufbau auszudehnen. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patenanspruchs 1 gelöst.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße modulare Fahrdynamikregelung ist hierarchisch organisiert und gliedert sich in den Fahrdynamikrechner (FDR) mit den unterlagerten Modulen Bremsenregelung (BRG) und in weiterer Aus­ bildung Hinterachslenkung (HHL). Diesen Modulen sind die Steilsyste­ me Radregler und hydraulische Hinterachslenkung untergeordnet.
Vor allem der untrainierte Fahrer wird durch die Fahrdynamikregelung bei kritischen Fahrsituationen unterstützt. Das Fahrzeug wird auch bei extremen Situationen stabilisiert.
Die Abbremsung erfolgt bei einer kritischen Situation selbsttätig, sofern das Fahrzeug mit einer Einrichtung zur fahrerunabhängigen Bremsung ausgerüstet ist. Spurabweichung und Bremsweg werden redu­ ziert.
Neben diesen in der folgenden Beschreibung genauer beschriebenen Modulen FDR und den unterlagerten Modulen BRG und HHL ist es möglich, bei Bedarf weitere Module wie Fahrwerkregelung, korrigie­ rende Vorderachslenkregelung und Antriebsmomentenverteilung in das Gesamtsystem einzubeziehen, ohne bereits bestehende unterlagerte Module ändern zu müssen.
Figurenbeschreibung
Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Fahrdyna­ mikregelungssystems mit einem übergeordneten Fahrdynamikrechner 1, einem unterlagerten Bremsenregler 2 und einem unterlagerten Hinter­ achslenkungsregler 3. Ein Block 4 stellt die Meßdatenerfassung dar.
Die Meßdatenerfassung liefert ein Giergeschwindigkeitssignal w, ein z. B. aus der Quergeschwindigkeit Vy abgeschätztes Schwimmwinkel­ signal β (), Radgeschwindigkeitensignale VRi, Lenkwinkel­ signale δV, δH, die Fahrzeuggeschwindigkeiten Vx und Vy und die Beschleunigungen.
Vom Fahrdynamikrechner (FDR) erhält der Bremsenregler (BRG) über die Datenschnittstelle die Soll- und Grenzwerte sowie den Regelmodus mitgeteilt. Die Zustandsgrößen sind dem FDR und den unterlagerten Modulen zugänglich.
Der Bremsenregler besteht aus einem Gierwinkelgeschwindigkeitsregler 2a und einem Schwimmwinkelregler 2b zur Begrenzung des Schwimm­ winkels. Je nach Fahrsituation wird in Abhängigkeit des Bremsregler­ eingriffs (brei) von einem unterlagerten Radregler 5 am jeweiligen Rad der momentane Sollradschlupf erhöht, bzw. der Sollradbremsdruck erniedrigt. Die vom Radregler ausgegebenen Ventilöffnungszeiten werden von einer 4-Kanal Hydraulik 6 in entsprechende Radbremsdruck­ änderungen umgesetzt.
Der Hinterachslenkregler 3 arbeitet als Gierwinkelgeschwindigkeits­ regler und kann zur Unterstützung der Bremsenregelung bei hohen Schwimmwinkeln den Hinterradlenkwinkel entsprechend verstellen. Der Hinterradlenkwinkel wird über einen Regler 7 von der HHL-Hydraulik 8 eingestellt.
Der Fahrdynamikrechner bestimmt den Sollwert der Giergeschwindig­ keit. Zur Bestimmung dieses Sollwerts wird zunächst die reibwertun­ abhängige Gierverstärkung grefa aus der Fahrzeuglängsgeschwindig­ keit Vx und dem Parameter für die charakteristische Geschwindigkeit Vch des Fahrzeugs berechnet.
Der Maximalwert für grefa orientiert sich an der maximal fahrbaren Querbeschleunigung bymax. Damit muß folgende Bedingung erfüllt sein:
Neben der reibwertunabhängigen Gierverstärkung grefa wird eine vom ausgenutzten Reibwert µA abhängige Gierverstärkung grefb ein­ geführt. Zu deren Bestimmung wird der ausgenutzte Reibwert µA benötigt. Dieser kann z. B. wie folgt bestimmt werden:
Beschränkt man sich nur auf gebremste Manöver, kann auf die Quer­ beschleunigung verzichtet werden, die Beschleunigung ist dann aus­ reichend und kann aus dem Gradienten der Referenzgeschwindigkeit bestimmt werden.
Es gilt:
Zudem muß folgende Bedingung erfüllt sein:
grefb ≦ grefa
Durch Multiplikation der beiden Gierverstärkungen mit dem Lenkwinkel erhält man die dazu entsprechenden Gierwinkelgeschwindigkeiten.

wa = grefa.δv.
wb = grefb.δv.
Um die Lenkwilligkeit des Fahrzeugs besonders auf niedrigen Reib­ werten zu erhöhen, wird in Abhängigkeit des vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkelgradienten der Sollwert für die Gierwinkelgeschwindigkeit kurzzeitig überhöht. Dazu wird der Sollwert der Gierwinkelgeschwin­ digkeit für kurze Zeit auf einen Wert erhöht, der größer als die reibwertabhängige Gierwinkelgeschwindigkeit wb ist. Nachdem die schnelle Lenkbewegung abgeschlossen ist (kleiner Lenkwinkel­ gradient), klingt diese Überhöhung nach einer Übergangsfunktion wieder auf ihren reibwertabhängigen Gierwinkelgeschwindigkeitswert wb ab. Damit kann das Ansprechen des Fahrzeugs auf schnelle Lenk­ radbewegungen deutlich verbessert werden.
Zunächst wird der Betrag des gefilterten Gradienten des Lenkwinkels gebildet:
mit dem Lenkwinkelgradienten δvp, der Abtastrate des Rechners τ und dem Filterparameter für den Lenkwinkelgradienten tp_δvp mit der Bedingung: Wenn δvp < δvpmin dann wird δvp = 0 gesetzt.
Die Übergangsfunktion dt1_δvp für δvp wird mit Hilfe von δvp gebildet:
mit dem Verstärkungsfaktor δvp für und dem Filterparameter tp_dt1_δvp für die Übergangsfunktion dt1_δvp.
Daraus wird der Gewichtungsfaktor dt1_lenk erzeugt. Der Faktor p-lenk dient zur Applikation des Ansprechverhaltens des Fahrzeugs:
dt1_lenk = dt1_δvp.p_lenk.
Den Sollwert für die Gierwinkelgeschwindigkeit erhält man aus den mit dt1_lenk gewichteten Anteilen wa und wb. Mit p_maxwa wird die maximale Überhöhung bestimmt (p_maxwa < 1). Das Soll-Gierver­ halten des Fahrzeugs wird durch ein Modell in Form eines Verzö­ gerungsgliedes mit geschwindigkeitsabhängigem Parameter bestimmt.
Man erhält damit den Sollwert der Giergeschwindigkeit ws.
Der Parameter tref (Zeitkonstante des Referenzmodells) wird aus folgender Beziehung gewonnen:
tref = tref0 + ptref.(Vx - Vch).
Hierbei ist tref0 die Grundzeitkonstante des Modells und ptref ein Parameter zur vx und vch abhängigen Anpassung von tref.
Der Fahrdynamikrechner 1 bestimmt auch den Grenzwert für den Schwimmwinkel βg.
Der gefilterte Ist-Schwimmwinkel selbst wird entweder aus der ge­ messenen oder der geschätzten Quergeschwindigkeit vy gewonnen.
mit dem Filterparameter tp_β der β-Berechnung.
Aus einem Kennfeld, dessen Argumente die Fahrgeschwindigkeit und der ausgenutzte Reibwert µA sind, wird der Grenzwert für den Schwimmwinkel des Fahrzeugs bestimmt. Das Vorzeichen ergibt sich aus dem Ist-Schwimmwinkel β. Durch Filterung des Rohwertes βrg erhält man dann den Grenzwert für den Schwimmwinkel βg1.
mit tp_βg dem Filterparameter der βg-Berechnung.
Aus diesem Grenzwert wird ein zweiter Grenzwert βg2 gebildet, der wesentlich über dem Grenzwert βg1 liegt. Er dient zur Er­ kennung einer besonders kritischen Situation.
βg2 = pkrit.βg1
mit pkrit = 2,0 (z. B.).
Durch den Vergleich der Istwerte mit dem Soll- bzw. Grenzwert für Gierwinkelgeschwindigkeit und Schwimmwinkel wird im Fahrdynamik­ rechner 1 auch der Fahrzustand bestimmt und daraus der Regelmodus abgeleitet. Es wird zwischen den beiden Regelmodi "w-Regelung" und "β-Begrenzung" unterschieden. Bei stabilem Fahrzustand wird die Gierwinkelgeschwindigkeit geregelt, bei Erreichen von βg1 mit weiter ansteigender Tendenz wird der Schwimmwinkel auf den Grenzwert βg1 begrenzt. Bei Überschreiten des Grenzwerts βg2 und bei entsprechender Fahrzeuggeschwindigkeit liegt in jedem Fall der Regelmodus "β-Begrenzung" vor.
Um eine weitere Zu- oder Abnahme des Schwimmwinkels zu erkennen, ist es nötig dessen Gradienten zu bestimmen. Dies geschieht durch Differentiation und anschließender Filterung von β.
mit tp_βp dem Filterparameter der βpfil-Berechnung.
Der Regelmodus "β-Begrenzung" liegt vor, wenn gilt:
Bei Fahren einer Linkskurve
β < 0.[(β < βg1.βpfil < 0) + β < βg2]
Bei Fahren einer Rechtskurve:
β < 0.[(β < βg1.βpfil < 0) + β < βg2]
Das Zeichen "." steht dabei für logische UND-Verknüpfung.
Das Zeichen "+" steht für logische ODER-Verknüpfung.
In allen anderen Fällen liegt der Modus "w-Regelung" vor. Jedoch gibt es generell wirksame Bedingungen den Regelmodus "β-Begren­ zung" abzubrechen und wieder den Modus "w-Regelung" zu wählen. Diese Bedingungen lauten:
Bei Unterschreiten einer bestimmten Geschwindigkeitsschwelle vxbs wird in jedem Fall der Modus "w-Regelung" wirksam, d. h.:
Wenn Vx < vxbs
dann "w-Regelung".
In bestimmten Situationen ist es zweckmäßig, den Soll- und Istwert der Gierwinkelgeschwindigkeit bei bestehendem Modus "β-Begrenzung" als Kriterium zum Wechsel des Modus auf "w-Regelung" heranzuziehen.

Wenn |β| < |βg2|.[(|w| < p_βw. |wsoll|) + (w.wsoll < 0)]
dann "w-Regelung".
Eine Stabilisierung des Fahrzeugs durch die modulare Fahrdynamik­ regelung kann nur dann erfolgen, wenn ausreichend Vordruck zur Kontrolle der Räder durch die Bremsenregelung vorhanden ist. Wenn der Fahrer zu wenig Vordruck zur Verfügung stellt, oder überhaupt nicht bremst, ist eine Stabilisierung des Fahrzeugs unter Umständen nicht mehr gewährleistet. Daher ist es sinnvoll in kritischen Situationen eine selbständige Abbremsung des Fahrzeugs auszulösen bzw. einen ausreichenden Vordruck zur Verfügung zu stellen.
Ein Auslösen der aktiven Bremse erfolgt aufgrund einer hohen Regel­ differenz bezüglich der Gierwinkelgeschwindigkeit und/oder wegen eines zu hohen Schwimmwinkels. Beide Bedingungen können sich gegen­ seitig nicht ausschließen.
Der Fahrdynamikrechner 1 bewertet zunächst die Regelabweichung der Gierwinkelgeschwindigkeit. Besteht über eine gewisse Zeit eine deutliche Regelabweichung der Gierwinkelgeschwindigkeit von ihrem Sollwert und hat diese Regelabweichung eine weiter ansteigende Tendenz, dann signalisiert FDR durch Erzeugen eines Signals "AKTIVE BREMSE" dem unterlagerten Bremsenregler, daß ein aktiver Vordruck­ aufbau erfolgen soll.
Dazu wird zunächst die Regelabweichung der Gierwinkelgeschwindigkeit gebildet und stark gefiltert (Filter als Mittelwertbildner), damit nicht jede unwesentliche Abweichung zu einer Auslösung der aktiven Bremse führt.
Gradientenbildung der gefilterten Regelabweichung:
Überschreitet die Regelabweichung eine Schwelle mit weiter anstei­ gender Tendenz, so erfolgt die Zurverfügungstellung des Vordrucks.
Wenn [|err_wfil| < err_w_aktiv_ein].[err_wpfil < 0]
dann wird die AKTIVE_BREMSE bereitgestellt. Hierin ist err_w_aktiv_ein eine vorgegebene Konstante.
Neben der Gierwinkelgeschwindigkeit wird auch der Schwimmwinkel des Fahrzeugs in die Situationserkennung zur Auslösung eines aktiven Vordruckaufbaus mit einbezogen. Überschreitet der Schwimmwinkel eine bestimmte Schwelle (abhängig vom ausgenutzten Reibwert) mit weiter ansteigender Tendenz, wird der Bremsenregler ebenfalls zum aktiven Vordruckaufbau veranlaßt. Unterschreitet der Schwimmwinkel eine bestimmte Schwelle mit abfallender Tendenz wird die "AKTIVE_BREMSE" zurückgesetzt. Es handelt sich hier um eine Hysteresefunktion.

Wenn [[|β| < |βg1|.pβ_ein].[β.βpfil < 0]] + [|β| < |βg2|]
dann wird die AKTIVE_BREMSE wirksam gemacht. Hiermit ist pβ_ein eine Konstante.
Das Zeichen "." steht für logische UND-Verknüpfung.
Das Zeichen "+" steht für logische ODER-Verknüpfung.
Der Parameter pβ_ein dient zur Applikation der Schwimmwinkel­ grenze, bei deren Überschreitung eine aktive Bremsung erfolgen soll.
Zudem gelten folgende Rücksetzbedingungen:
Wenn [|β| < |βg1|.pβ_aus].[β.βpfil < 0]
dann wird die AKTIVE_BREMSE ausgeschaltet.
Bei Unterschreiten einer bestimmten Geschwindigkeitsschwelle vx_aktiv_off ist keine aktive Bremsung mehr erlaubt.
Wenn VX < vx_aktiv_off
dann wird die AKTIVE_BREMSE abgeschaltet.
Der Modus "Aktive Bremsung" existiert parallel zu den Modi "w-Regelung" und "β-Begrenzung" und kann nur von entsprechend dafür ausgerüsteten Fahrzeugen verarbeitet werden (Möglichkeit der Bereitstellung eines fahrerunabhängigen Vordrucks muß vorhanden sein). Eine aktive Bremsung kann nur bei entsprechend ausgerüsteten Fahrzeugen erfolgen (Möglichkeit der Bereitstellung fahrerunabhängigen Vordrucks muß vorhanden sein).
Wie bereits erwähnt, enthält der Bremsenregler 2 zwei getrennte Regler zur Regelung der Gierwinkelgeschwindigkeit und zur Begrenzung des Schwimmwinkels. Der vom Fahrdynamikrechner 1 vorgegebene Regel­ modus bestimmt, welcher Regler die Stellgrößen erzeugt. Je nach Fahrzustand wird die Stellgröße unterschiedlich auf die einzelnen Räder aufgeteilt. Die Stellsignale des Bremsenreglers 2 werden vom unterlagerten Radregler 5 interpretiert. Unterschreiten die Regel­ abweichungen ein bestimmtes Maß, wird der unterlagerte Radregler 5 nicht von der Bremsenregelung beeinflußt. Der Radregler 5 hat die Aufgabe, die Räder zu stabilisieren und die Bremskräfte am jeweili­ gen Rad zu optimieren.
Der Gierwinkelgeschwindigkeitsregler 2a wird aktiviert, wenn der Fahrdynamikrechner 1 den Modus "w-Regelung" vorgibt (Leitung 1b). Der Gierwinkelgeschwindigkeitsregler 2a arbeitet als nichtlinearer PDT1-Regler und bildet aus der Regelabweichung εw die beiden Reglerausgangsgrößen pw und dt1w. Für die Regelabweichung erhält man:
εw(k) = ws(k) - w(k).
Für den Proportionalanteil pw ergibt sich:
pw = εw(k).Kpw,
wobei Kpw ein Verstärkungsfaktor ist.
Für den differentiellen Anteil erhält man, wobei vdtlw als Faktor zur Anhebung des dtlw-Anteils dient:
ist eine Abklingzeitkonstante.
Von der sich anschließenden Stellgrößenverteilung werden nur Beträge der Regleranteile bzw. das Summensignal aus proportionalem und differentiellem Anteil weiterverarbeitet. Ein Abregelfaktor schwächt die Stellgrößen in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit linear ab, sobald die Fahrzeuggeschwindigkeit eine gewisse Schwelle Vab unterschritten hat.
pabsw = |pw|.abr_faktor.
pdtlabsw = |pw + dtlw|.abr_faktor.
Für den Abregelfaktor gilt:
Wenn Vx < vab
dann abr_faktor = 1
sonst
Vmin ist die Abbruchgeschwindigkeit und vab eine vorgegebene Schwelle.
Eine Unempfindlichkeitszone wtot wird als Funktion von wa auf folgende Weise bestimmt:
mit der Zeitkonstanten tref und dem Parameter wtot für den Un­ empfindlichkeitsbereich.
Dabei muß wtot innerhalb eines bestimmten Bereichs liegen:
wtot_min < wtot < wtot_max.
Vor der Weiterverarbeitung der beiden Reglerausgangsgrößen durch die Stellgrößenverteilung muß der Fahrzustand des Fahrzeugs in Relation zum Fahrerwunsch ermittelt werden. Je nach Regelabweichung εw und Lenkwinkel δv werden im Regelmodus "w-Regelung" fünf Fahrzu­ stände unterschieden, die wie folgt klassifiziert sind:
Linkskurve, übersteuernd:
δv ≧ 0.εw < 0.|εw| < wtot.
Linkskurve, untersteuernd:
δv ≧ 0.εw < 0.|εw| < wtot.

Neutral:
|εw| ≦ wtot.
Rechtskurve, übersteuernd:
δw < 0.εw < 0.|εw| < wtot.
Rechtskurve, untersteuernd:
δw < 0.εw < 0.|εw| < wtot.
Bemerkung: Das Zeichen "." steht für logische UND-Verknüpfung.
Der Fahrzustand Neutral liegt vor, wenn die Regelabweichung inner­ halb der Unempfindlichkeitszone Zone [-wtot; wtot] liegt.
Aus dem im Regler 2 ermittelten Fahrzustand und den beiden Regler­ ausgangsgrößen werden die Bremsreglersignale brei für den unter­ lagerten Radregler 5 gebildet. Je nach Vorzeichen der Bremsregler­ signale brei führt dies zu einer Erhöhung des Radschlupfs (brei < 0) oder einer Druckabsenkung (brei < 0) am entsprechenden Rad. Die Erhöhung des Radschlupfs über den vom Radregler bereits einge­ stellten Wert hinaus hat ein Abnehmen der Querkraft bei gering­ fügiger Änderung der Längskraft zur Folge. Eine Bremsdruckabsenkung vermindert die Längskraft unter Erhöhung des verfügbaren Querkraft­ potentials am jeweiligen Rad. Dadurch werden Giermomente um die Fahrzeughochachse erzeugt, die auf das Fahrzeug stabilisierend wirken.
Die Stellsignale für den unterlagerten Radregler werden in Abhängig­ keit vom Fahrzustand gebildet. Für die fünf oben beschriebenen Fälle sind in der Tabelle I die Reaktionen aufgelistet.
Der dort verwendete Parameter gsew dient zur Umnormierung der Reglerausgangsgrößen in entsprechende Schlupferhöhungen am jeweili­ gen Rad. Der Parameter gpaw dient zur Anpassung der Regleraus­ gangsgrößen, um eine entsprechende Druckreduzierung am betreffenden Rad zu erreichen. Wenn das Stellsignal brei < 0 ist und dement­ sprechend eine Schlupferhöhung am Rad i erfolgen soll, so wird der Stelleingriff auf smax begrenzt, um zu hohe Schlupfwerte zu ver­ meiden.
brei < smax.
Der Regler 2b zur Begrenzung des Schwimmwinkels arbeitet ebenfalls als nichtlinearer PDT1-Regler und tritt in Aktion, wenn der Fahr­ dynamikrechner 1 über Leitung 1b den Modus "β-Begrenzung" vorgibt. Aus der Regelabweichung εβ werden die beiden Reglerausgangs­ größen pβ und dt1β gebildet. Für die Regelabweichung erhält man:
εβ(k) = βg1(k) - β(k).
Für den Proportionalanteil pβ ergibt sich:
pβ = εβ(k).Kp,
wobei Kpβ wieder ein Verstärkungsfaktor ist.
Bei der Bildung des dt1β-Anteils wird festgestellt, mit welchem Gradienten Δεβ die Regelabweichung εβ zunimmt. Der dt1β-Anteil wird nur dann aktualisiert, wenn der Gradient der Regelabweichung ein bestimmtes Maß K Δεβ überschreitet. Dazu wird zunächst der Gradient der Regelabweichung gebildet und gefiltert:
Hiermit ist tp_Δεβ ein Filterparameter.
Der dt1β-Anteil wird aktualisiert, wenn folgende Bedingung erfüllt ist:
[Δεβ fil(k + 1) < KΔεβ.β < 0] + [Δεβ fil(k + 1) < -KΔεβ.β < 0].
Es ergibt sich dann für den dt1β-Anteil:
ist die Abklingzeitkonstante. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, klingt der dt1β-Anteil ab:
Vom pβ- und dt1β-Anteil werden nur Beträge bei der sich anschließenden Stellgrößenverteilung weiterverarbeitet. Der Ver­ stärkungsfaktor vdt1β dient zur Anhebung des dt1β-Anteils.
pabsβ = |pβ|.
dtlabsβ = vdt1β.|dt1β|.
Vor einer Weiterverarbeitung muß der Fahrzustand des Fahrzeugs in Abhängigkeit vom Schwimmwinkel β bestimmt werden. Es gibt vier Fahrzustände:
Linkskurve, hoher Schwimmwinkel: β ≧ βg1 < 0.
Linkskurve, kritische Situation: β ≧ βg2 < βg1 < 0.
Rechtskurve, hoher Schwimmwinkel: β ≦ βg1 < 0.
Rechtskurve, kritische Situation: β ≦ βg2 < βg1 < 0.
Die Stellsignale für den unterlagerten Radregler werden je nach Fahrzustand gebildet. Die Tabelle II gibt die Maßnahmen an, die bei den einzelnen Fahrzuständen vorgenommen werden.
Eine kritische Situation entsteht, wenn das Fahrzeug in einen sehr hohen Schwimmwinkel gerät, verursacht z. B. durch einen Lenkfehler des Fahrers. In dieser Situation wird ein erhöhter Stelleingriff snot zugelassen, damit das Fahrzeug wieder stabilisiert werden kann.
Wird vom Fahrdynamikrechner 1 eine aktive Bremsung ausgelöst, dann greift der Bremsenregler 2 über den unterlagerten Radregler 5 auf die Hydraulikventile 6 zu und leitet einen gesteuerten Vordruckauf­ bau ein. Dazu werden kurzzeitig die Regelventile auf Druckhalten gestellt, bis nach Umschalten eines Umschaltventils ein Druck­ speicher den nötigen Vordruck an den Regelventilen bereitstellt. Mit Hilfe der Regelventile wird nun der Radbremsdruck nach einer Über­ gangsfunktion (z. B. e-Funktion) in den einzelnen Radbremszylindern erhöht und damit ein zu hoher Druckaufbaugradient vermieden. Der Druckaufbau kann geregelt erfolgen, oder nach einer Pulsreihe ein­ gesteuert werden je nachdem, ob der Vordruck meßbar ist oder nicht. Sobald der Modus "Aktive Bremsung" beendet ist, werden die Umschalt­ ventile so eingestellt, daß der Fahrer wieder den Vordruck erzeugen kann.
Der Hinterachslenkalgorithmus des Hinterachslenkreglers der parallel zum Bremsregler arbeiten kann enthält zwei alternative Funktionsein­ heiten (3a und 3b):
  • - Regelung der Fahrzeug-Giergeschwindigkeit (3a)
  • - Begrenzung des Fahrzeug-Schwimmwinkels (3b)
Der übergeordnete Fahrdynamikrechner 1 bestimmt mittels der Größe "Regelmodus" (Leitung 1c) welche der beiden Funktionseinheiten abge­ arbeitet wird. Beide Funktionseinheiten erzeugen einen einzustellen­ den Wert für den Hinterradlenkwinkel δh.
Durch das Lenken der Hinterräder werden die Schräglaufwinkel und damit die an den Hinterrädern auftretenden Querkräfte variiert. So werden auf das Fahrzeug stabilisierende Giermomente ausgeübt. Der Giergeschwindigkeitsregler 3a bewerkstelligt dies, indem er den vom Fahrdynamikrechner 1 vorgegebenen Sollwert ws mittels Lenken der Hinterräder einstellt. Dazu kann ein beliebiger Regelungsalgorith­ mus, z. B. ein PID-Regler oder eine in der DE 40 30 846-A1 beschrie­ bene Regelung eingesetzt werden. Damit ergibt sich das in Fig. 2 gezeigte Blockschaltbild.
Eine Stabilisierung des Fahrzeugs bei zu hohen Schwimmwinkeln kann durch die Hinterachslenkwinkelregelung erreicht werden, wenn mittels Lenken eine Erhöhung der Querkräfte an den Hinterrädern erzielt wird. Dabei sollte an den Hinterrädern die maximal erreichbare Quer­ kraft eingestellt werden. Die Querkraft ist direkt abhängig vom Schräglaufwinkel und damit vom Lenkwinkel eines Rades.
Wenn der optimale Schräglaufwinkelwert αopt, an dem die maximale Querkraft auftritt, bekannt ist (z. B. als gemessene Kennlinie in Abhängigkeit des Reibwerts αopt = f(µA) im Fahrdynamik­ rechner abgelegt), dann kann mittels einer Steuerung direkt dieser Schräglaufwinkel an den Hinterrädern eingestellt werden. Für die Hinterräder gilt in guter Näherung
αh = δh + β + (lh × w)/vx
mit
αh - Schräglaufwinkel Hinterräder
δh - Lenkwinkel Hinterräder
β - Schwimmwinkel Fahrzeug
lh - Abstand Fahrzeugschwerpunkt - Hinterachse
w - Gierwinkelgeschwindigkeit Fahrzeug
vx - Längsgeschwindigkeit Fahrzeug.
Die Steuerungsvorschrift für den Hinterrradlenkwinkel zur Einstellung des optimalen Schräglaufwinkels an den Hinterrädern lautet demnach
δh = αopt - β - (lh × w)/vx.
Bei Unkenntnis des Wertes αopt kann mittels einer Schwimmwinkel­ regelung ein Wert für den Hinterradlenkwinkel δh erzeugt werden, so daß eine Fahrzeugstabilisierung erfolgt. (Die Regelung ist analog zu der oben beschriebenen Giergeschwindigkeitsregelung.) Als Soll­ wert wird der vom Fahrdynamikrechner 1 vorgegebene Schwimmwinkel­ grenzwert βg1 verwendet. Auch hier kann ein beliebiger Regelungsalgorithmus, z. B. ein PID-Regler, eingesetzt werden. Es ergibt sich dann das Blockschaltbild der Fig. 3.
Der im Block 3b ermittelte Winkelwert δh wird durch den Lage­ regler 7 und die Hydraulik 8 in den Lenkwinkel δh umgesetzt.
Zusammenstellung der in FDR und BRG benutzten Größen mit beispielhaften Größenangaben
abr_faktor: Geschwindigkeitsabhängiger Abregelfaktor. (0 . . . 1)
β: Schwimmwinkel des Fahrzeugs.
βg: Rohwert des Grenzwertes für β aus Kennfeld.
βg1: Grenzwert für den Schwimmwinkel. (0,06 . . . 0,18 rad)
βg2: Grenzwert für β zur Erkennung einer kritischen Situation. (0,13 . . . 0,25 rad)
βpfil: Gradient des Schwimmwinkels.
βrg: Rohwert von βg mit Vorzeichen.
brei: Stelleingriff der Bremsenregelung am Rad i.
bymax: Maximalwert der zulässigen Querbeschleunigung. (10 . . . 12 m/s2)
bytot: Unempfindlichkeitsbereich für Begrenzung von gref.
Bx: Längsbeschleunigung des Fahrzeugs.
By: Querbeschleunigung des Fahrzeugs.
δv: Vorderachslenkwinkel.
δvp: Gradient des Vorderachslenkwinkels.
δvpmin: Schwelle für Gradient des Vorderachslenkwinkels. (0,1 rad/s)
dtlabsβ: Betrag des gewichteten DT1-Anteils aus dem β-Regler.
dtlabsw: Betrag des gewichteten DT1-Anteils aus dem w-Regler.
dt1_δvp: Übergangsfunktion für δvp.
dt1_lenk: Gewichtungsfaktor zur Bildung von wsoll. (0 . . . 1)
dt1β: DT1-Anteil aus dem β-Regler.
dt1w: DT1-Anteil aus dem w-Regler.
Δεβfil: Gradient der Regelabweichung für den Schwimm­ winkel.
err_wfil: Gefilterte Regelabweichung der Gierwinkelge­ schwindigkeit.
err_wpfil: Gefilterter Gradient der Gier-Regelabweichung.
err_w_aktiv_ein: Schwelle zur Auslösung einer aktiven Bremsung. (0,1 rad/s)
εβ: Regelabweichung des Schwimmwinkels.
εw: Regelabweichung der Gierwinkelgeschwindigkeit.
g: Gravitationskonstante (9,81 m/s2)
gpaβ: Parameter zur Druckabbau-Anpassung im Modus "β-Begrenzung". (-0,1 . . . -0,2)
gpaw: Parameter zur Druckabbau-Anpassung im Modus "w-Regelung". (-0,1 . . . -0,2)
grefa: reibwertunabhängige Gierverstärkung.
grefb: reibwertabhängige Gierverstärkung.
grefmax: Maximal zulässige Gierverstärkung. (30 1/s)
gseβ: Parameter zur Schlupferhöhungs-Anpassung im Modus "β-Begrenzung". (0,1 . . . 0,2)
gsew: Parameter zur Schlupferhöhungs-Anpassung im Modus "w-Regelung". (0,1 . . . 0,4)
KΔεβ: Schwelle für Aktualisierung des dt1-Anteils. (0,03 rad/s2)
Kpβ: Verstärkung für den Proportionalanteil im β-Regler. (0,1 . . . 0,3)
Kpw: Verstärkung für den Proportionalanteil im w-Regler. (4 . . . 8)
kvd: Verstärkungsfaktor für δvp. (0,2 . . . 0,4)
lsp: Achsabstand des Fahrzeugs.
µA: Ausgenutzter Reibwert.
w: Gierwinkelgeschwindigkeit.
wa: reibwertunabhängiger Sollwert für die Gierwinkel­ geschwindigkeit.
wb: reibwertabhängiger Sollwert für die Gierwinkel­ geschwindigkeit.
ws: Sollwert für die Gierwinkelgeschwindigkeit.
wtot: Unempfindlichkeitsbereich für w-Regelung.
wtot_0: Mindestwert für Unempfindlichkeit bei w-Regelung. (0,06)
wtot_par: Parameter für Unempfindlichkeitsbereich für w-Regelung. (-0,2)
wtot_min: Minimale Unempfindlichkeit für w-Regelung. (0,02 . . . 0,03)
wtot_max: Maximale Unempfindlichkeit für w-Regelung. (0,04 . . . 0,1)
pabs: Betrag des P-Anteils im -Regler.
pabsw: Betrag des P-Anteils im w-Regler.
pdtlabsw: Betrag der Stellgröße des w-Reglers.
pβ: P-Anteil aus dem β-Regler.
pβ_ein: Parameter für Bestimmung der Schwimmwinkelgrenze zur Auslösung einer aktiven Bremsung. (0,8 . . . 1,2)
p_βw: Parameter für Moduswechsel. (0,9)
pby: Parameter zur Bestimmung von grefb. (0,7)
pw: P-Anteil aus dem w-Regler.
pkrit: Parameter für Grenzwert βg2. (2,0)
p_lenk: Parameter für dt1_lenk. (0,8)
p_maxwa: Parameter für maximale Überhöhung von wsoll. (0,5 . . . 1)
ptref: Parameter zur Vx bzw. Vch abhängigen An­ passung von tref. (0,003)
smax: Max. zulässige Schlupferhöhung in unkritischer Situation. (0,40)
snot: Max. zulässige Schlupferhöhung in kritischer Situation. (0,70)
: Abtastrate des Rechners.
tdt1_β: Abklingzeitkonstante im β-Regler. (0,1 s)
tdt1_w: Ablingzeitkonstante im w-Regler. (0,012 s)
tp_β: Filterparameter β-Berechnung. (0,2 s)
tp_βg: Filterparamter βg-Berechnung. (0,25 s)
tp_βp: Filterparameter βpfil-Berechnung. (0,2 s)
tp_δvp: Filterparameter für Lenkwinkelgradient. (0,4 s)
tp_dtl_δvp: Filterparameter für Übergangsfunktion dt1_δvp. (0,3 s)
tp_Δεβ: Filterparameter für Δεβ fil-Berechnung. (0,1 s)
tp_err_wfil: Filterparameter für Gier-Regelabweichung. (0,5 s)
tref: Zeitkonstante des w-Referenzmodells.
tref0: Grundzeitkonstante des w-Referenzmodells. (0,04 s)
Vch: Parameter für die charakteristische Geschwindig­ keit. (17 . . . 25)
vdt1β: Parameter für Anhebung des DT1-Anteils im β-Regler. (0,25)
vdt1w: Parameter für Anhebung des DT1-Anteils im w-Regler. (0,4)
vrefp: Referenzbeschleunigung des Fahrzeugs.
vab: Schwelle für Abregelung. (6 m/s)
vmin: Abbruchgeschwindigkeit. (2 m/s)
Vx: Fahrzeuglängsgeschwindigkeit.
vx_aktiv_off: Abbruchschwelle für aktives Bremsen. (5 m/s)
vxbs: Abbruchschwelle für Modus "β-Begrenzung". (3 m/s)
Vy: Fahrzeugquergeschwindigkeit.
Tabelle I
Stellsignale bei ω-Regelung
Tabelle II
Stellsignale bei β-Regelung

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Regelung der Fahrdynamik enthaltend einen überge­ ordneten Fahrdynamikrechner und einen unterlagerten Bremsenregler, wobei der Fahrdynamikrechner aus Mess- und Schätzgrößen Sollgrößen bestimmt, deren Einregelung mit Hilfe der Einsteuerung von Bremsdrücken an den Radbremsen eine Stabilisierung des Fahrzeugs be­ wirken, wobei als Messgrößen die Radgeschwindigkeiten vRi, die Gier­ geschwindigkeit w, der Vorderachslenkwinkel δv verwendet werden, dadurch gekennzeichnet,
dass der Fahrdynamikrechner den Sollwert für die Giergeschwindigkeit ws aus dem Lenkwinkel δv und den Gierverstärkungen wa und wb nach Maßgabe einer Beziehung, in welche wa und wb in gewichteter Form eingehen, berechnet,
dass der Fahrdynamikrechner einen Grenzwert für den Schwimmwinkel βg1 aus einem abgespeicherten Kennfeld mit den Argumenten Fahrge­ schwindigkeit und ausgenutzter Reibwert ermittelt,
dass der Fahrdynamikrechner weiterhin durch Auswertung der Angabe Links- oder Rechtskurve aus dem Lenkwinkel δv und durch Vergleich des geschätzten Schwimmwinkels β mit einer aus dem Grenzwert βg1 und dem Gradienten βpfil des Schwimmwinkels gebildeten Größe festlegt, ob Normalregelbetrieb oder Sonderregelungsbetrieb wirksam ist,
dass der unterlagerte Bremsenregler zwei Regelkanäle mit Proportio­ nal- und Differentialanteil aufweist, von denen der eine bei Normal­ regelbetrieb wirksam ist und eine Regelung nach Maßgabe der Abwei­ chung εw der Giergeschwindigkeit von der Sollgiergeschwindigkeit ws (εw = (ws - w)) bewirkt, wobei ein proportionaler Anteil pw und ein differentieller Anteil dt1w entstehen,
dass der andere Regelkanal bei Sonderregelungsbetrieb wirksam ist und eine Regelung nach Maßgabe der Abweichung εβ = (βg1 - β) bewirkt, wobei ein proportionaler Anteil pβ und ein differentieller Anteil dt1β entstehen,
dass aus der Regelabweichung εw und dem Lenkwinkel δv der Fahrzustand des Fahrzeugs im Vergleich zum Fahrerwunsch einer von mehreren er­ sten Klassen zugeordnet wird,
dass aus dem Schwimmwinkel β und den Grenzwerten der Fahrzustand des Fahrzeugs einer von mehreren zweiten Klassen zugeordnet wird und
dass aus der ermittelten ersten und/oder aus der ermittelten zweiten Klasse festgelegte Eingriffe an den einzelnen Radbremsen vorgenommen werden, wobei die durchgeführten Druckänderungen von den Anteilen pw und dt1w und/oder von den Anteilen pβ und dt1β abhängig sind.
2. Vorrichtung zur Regelung der Fahrdynamik nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, dass wa und wb aus den Gierverstärkungen grefa und grefb und dem Vorderradlenkwinkel gebildet werden (w = gref.δv) und dass der Gewichtsfaktor a vom Gradienten des Lenkwinkels δv abhängig ist.
3. Vorrichtung zur Regelung der Fahrdynamik nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, dass die Gierverstärkungen gemäß den fol­ genden Beziehungen gebildet werden
wobei vx die Fahrzeuggeschwindigkeit, lsp der Achsabstand, vch eine fahrzeugcharakteristische Geschwindigkeit, pby ein Parame­ ter, µA der ausgenutzte Reibbeiwert und g die Gravitationskon­ stante ist.
4. Vorrichtung zur Regelung der Fahrdynamik nach einem der Ansprü­ che 1 bis 3, dadurch gekennzeichet, dass der Grenzwert βg1 durch Filterung des aus dem Kennlinienfeld ermittelten Rohwerts βr ermittelt wird.
5. Vorrichtung zur Regelung der Fahrdynamik nach einem der Ansprü­ che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Grenzwert βg2 = pk.βg1 gebildet wird, wobei pk << 1 ist, und dass dieser Grenzwert βg2 bei der Festlegung des Regelbetriebs mit ausge­ nutzt wird.
6. Vorrichtung zur Regelung der Fahrdynamik nach einem der Ansprü­ che 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer unterhalb eines kleinen Wertes liegenden Fahrzeuggeschwindigkeit Normalre­ gelungsbetrieb wirksam gemacht wird.
7. Vorrichtung zur Regelung der Fahrdynamik nach einem der Ansprü­ che 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf Normalregelbetrieb rückgeschaltet wird, wenn der Schwimmwinkel β kleiner als der Grenzwert βg2 ist und entweder w.ws kleiner 0 oder der Betrag von w kleiner dem Produkt aus Betrag von ws und einem Parameter­ wert ist.
8. Vorrichtung zur Regelung der Fahrdynamik nach einem der Ansprü­ che 1 bis 7, bei einem Fahrzeug, das einen Bremsdruckspeicher aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Hydraulik ein Vordruck aufgebaut wird, wenn die Giergeschwindigkeit über eine Zeit um wenigstens einen Vergleichswert von der Sollgierge­ schwindigkeit abweicht und der Gradient der Differenz positiv ist.
9. Vorrichtung zur Regelung der Fahrdynamik nach einem der Ansprü­ che 1 bis 8, bei einem Fahrzeug, das einen Bremsdruckspeicher aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Hydraulik Vordruck aufgebaut wird, wenn ein bestimmter Schwimmwinkel über­ schritten wird und sein Gradient positiv ist.
10. Vorrichtung zur Regelung der Fahrdynamik nach einem der Ansprü­ che 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Proportional- und Integralanteilen pw, pβ, dtlw und dtlβ Größen
pabsw = |pw|.abr_faktor
pabsβ = |pβ pdtlabsw = |pw + dtlw|.abr_faktor
dtlabsβ = vdtlβ.|dtlβ|
berechnet werden, wobei abr_faktor ein Abregelfaktor ist, der von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt und die Stellgrößen pabsw und pdtlabsw unterhalb einer kleinen Geschwindigkeit ab­ schwächt und vdtlβ ein Verstärkungsfaktor ist.
11. Vorrichtung zur Regelung der Fahrdynamik nach einem der Ansprü­ che 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass fünf erste Klassen
δv ≧ 0 und εw < 0 und |εw| < wtot δv ≧ 0 und εw < 0 und |εw| < wtot |εw| ≦ wtot δv < 0 und εw < 0 und |εw| < wtot δv < 0 und εw < 0 und |εw| < wtot
festgelegt sind, wobei wtot eine Totzone um den 0-Punkt ist und dass diesen Klassen bestimmte Bremseingriffe zugeordnet sind.
12. Vorrichtung zur Regelung der Fahrdynamik nach einem der Ansprü­ che 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass vier zweite Klassen
b ≧ βg1 < 0
β ≧ βg2 < βg1 < 0
β ≦ βg1 < 0
β ≦ βg2 < βg1 < 0
festgelegt sind und dass diesen Klassen Bremseingriffe an den Rädern zugeordnet sind.
13. Vorrichtung zur Regelung der Fahrdynamik nach einem der Ansprü­ che 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fahrdynamikrech­ ner zusätzlich ein Hinterachslenkwinkelregler nachgeschaltet ist, der einen Fahrzeuggiergeschwindigkeitsreglerkanal und einen Reglerkanal zur Begrenzung des Schwimmwinkels aufweist, wobei der Sollwert für die Giergeschwindigkeit und die Grenzwerte für den Schwimmwinkel sowie die Festlegung welcher Kanal wirksam ist vom Fahrdynamikrechner bestimmt wird und dass jeder Regelkanal ein dem einzustellenden Hinterachslenkwinkel kennzeichnendes Si­ gnal erzeugt.
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