DE4418772C1

DE4418772C1 - Verfahren zur Regelung des Bremsdrucks in Abhängigkeit der Abweichung des Istschlupfes von Rädern zu einem Sollschlupf

Info

Publication number: DE4418772C1
Application number: DE4418772A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Boesch; Eugen Dipl Ing Laubacher; Dieter Dr Ing Ammon; Manfred Dipl Ing Steiner
Original assignee: Daimler Benz AG; Mercedes Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1994-05-28
Filing date: 1994-05-28
Publication date: 1995-10-19
Anticipated expiration: 2014-05-29
Also published as: GB2289731B; FR2720359A1; GB2289731A; DE4418772C2; US5556176A; JPH07329750A; JP2800141B2; FR2720359B1; GB9510290D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Brems drucks in Abhängigkeit der Abweichung des Istschlupfes von Rädern zu einem vorgegebenen Sollschlupf, nach dem Oberbegriff voll Anspruch 1, wie es beispielsweise aus der DE 40 30 724 A1 als bekannt hervorgeht.

Bei der Bremsdruckregelung gemäß der DE 40 30 724 A1 wird der Bremsdruck in Abhängigkeit der Abweichung des Istschlupfes von einem vorgegebenen Sollschlupf geregelt. Dabei wird der Soll schlupf nicht nur in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit sondern auch in Abhängigkeit der Seitenführungskräfte bestimmt. Die Ermittlung der Schlupfvorgabe erfolgt dabei aus ermittelten Längskräften und Seitenkräften am Rad. Dazu werden neben den Raddrehzahlen die Giergeschwindigkeit und der Lenkwinkel als zusätzliche Meßgrößen benötigt. Das Gierverhalten des Fahrzeugs wird dann aufgrund der gewünschten Gierrate, abgeleitet aus dem gemessenen Lenkwinkel, und der tatsächlich gemessenen Gierwin kelgeschwindigkeit geregelt. Aus der Regelabweichung zwischen Sollschlupf und Istschlupf wird dann für jedes Rad eine Brems druckvorgabe ermittelt, der Bremsdruck wird geregelt. Aus der DE 40 30 704 A1 geht ein Verfahren hervor, mittels dem aus den gemessenen Größen Lenkwinkel, Gierwinkelgeschwindigkeit, Rad geschwindigkeiten und Bremsdruck unter Verwendung eines Fahr zeugmodells ein Sollschlupfwert ermittelt wird. Dabei ist die Berechnung des Sollschlupfes mittels eines Fahrzeugmodells und einem zugeordneten Regler rechenintensiv und bedingt ebenfalls einen hohen Aufwand an Sensorik.

Bei beiden Verfahren ist es erforderlich, daß das Gierverhalten bzw. der Schräglaufwinkel der Räder aus der Vorgabe einer Bahnkurve für das Fahrzeug bekannt ist. Die Bahnkurve ermittelt sich aus Lenkwinkel und Gierrate. Die Ermittlung der Seiten führungskräfte erfolgt dabei aus dem Fahrzeugmodell und nicht aus den Verhältnissen zwischen Rad und Straße. Das Gierverhalten wird aufgrund eines auftretenden Fahrzustandes dann geregelt, wenn die Gierwinkelgeschwindigkeit über ein Toleranzmaß hinaus von der aus dem Lenkwinkel abgeleiteten Sollgierrate abweicht. Zur Regelung des Gierverhaltens des Fahrzeugs, und damit zur Stabilisierung des Fahrzustandes, wird die Sollschlupfvorgabe für die Radbremsen entsprechend einer Stabilisierung des Fahr zeugs beeinflußt.

Demgegenüber erfolgt bei üblichen Antiblockiersystemen die Bremsdruckregelung derart, daß beispielsweise durch die Vorgabe des Sollschlupfes, die maximale Bremskraft zwischen Rad und Straße ermittelt wird. Hierbei erfolgt die Sollschlupfvorgabe über eine Auswertung der Raddrehzahlen. Solche Verfahren tragen aber den Seitenkräften am Rad keine Rechnung. Bei Kurvenfahrt ist ein stabiler Fahrzustand nicht gewährleistet, da bei maxima ler Bremskraft nicht immer ausreichend Seitenkraft am Reifen aufgebracht werden kann. Je nach den Verhältnissen des Fahrzeugs kann dies zu einem untersteuerndem oder übersteuerndem Fahrver halten führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bremsdruckregelung durch Sollschlupfvorgabe so auszubilden, daß ein stabiles bzw. neutra les Fahrverhalten gewährleistet ist. Dies soll gegenüber übli chen Antiblockiersystemen ohne zusätzliche Sensorik und ohne großen Rechenaufwand erfolgen.

Diese Aufgabe wird bei Zugrundelegung der gattungsgemäßen Bremsdruckregelung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Die Ermittlung des Sollschlupfes erfolgt aus den Raddrehzahlen. Die Sollschlupfwerte werden dabei so bestimmt, daß die bei den bestimmten Sollschlupfwerten und den vorliegenden Kraftschluß verhältnissen zwischen Rad und Fahrbahn gegebenen Seitenfüh rungskräfte ein stabiles Fahrverhalten sicherstellen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Sollschlupf im Rahmen der durch die Anforderungen an die Seitenführungskräfte gegebenen Möglichkeiten maximiert.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele nachfolgend noch erläutert; dabei zeigt

Fig. 1 ein Flußdiagramm für eine erfindungsgemäße Bremsdruckregelung und

Fig. 2-4 Kennfelder für die Bestimmung der Sollschlupfvorgabe.

Die Fig. 1 zeigt ein Flußdiagramm für eine Bremsdruckregelung für einen zweiachsigen Pkw mit angetriebener Hinterachse, wobei der Bremsdruck aus der Abweichung zwischen ermitteltem Soll schlupf und gegebenem Istschlupf erfolgt. Die Bremsdruckregelung erfolgt zyklisch, wobei der Ablauf für einen Zyklus beschrieben ist.

In den Gleichungen und Bezeichnungen sind folgende Vereinbarun gen für Indizes zugrundegelegt:

v Vorderachse
l linkes Rad
i Vorderachse oder Hinterachse
j linkes oder rechtes Rad
f gefilterte Größe
h Hinterachse
r rechtes Rad
g gradientenbegrenzte Größe.

An jedem Rad des Fahrzeugs ist ein Drehzahlsensor angeordnet. Die unabhängig von dem Vorliegen eines Bremsvorgangs gemessenen Drehzahlen ω_ÿ werden im Schritt 100 in Radgeschwindigkeit v_ÿ umgerechnet und auf Plausibilität überprüft. Ausreißer werden ausgefiltert. Eine "Null-Logik" erkennt den Stillstand eines Rades, wenn eine bestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Messungen der Raddrehzahl ω_ÿ identisch bleibt. Gilt dies für alle vier Räder gleichzeitig, so wird der Stillstand des Fahr zeugs festgestellt. Bei Vorhandensein einer Antriebsschlupfrege lung werden die Radgeschwindigkeiten v_hj der Hinterachse auf einer)- bestimmten Wert, beispielsweise 0,5 m/s, über dem Maximum max(f_vj) der Radgeschwindigkeiten der Vorderachse begrenzt, solange die Bremse nicht betätigt ist. Die Bremsbetätigung kann beispielsweise über die Schaltstellung des Bremslichtschalters erfaßt werden.

Im Schritt 101 werden aus den Radgeschwindigkeiten v_ÿ Hilfs größen abgeleitet, auf die in späteren Berechnungen an verschiedener Stelle und zu unterschiedlichen Zeitpunkten zugegriffen wird.

Die Radgeschwindigkeiten v_ÿ werden differenziert, man erhält die Radbeschleunigungen a_ÿ. Mittels Filtern, beispielsweise durch ein Besselfilter mit Frequenzen von 5 Hz bzw. 1 Hz, werden gefilterte Radgeschwindigkeiten v_fÿ und gefilterte a_fÿ Rad beschleunigungen ermittelt. Eine Referenzverzögerung a_ref wird gemäß

a_ref = max(a_fÿ < 0)

gebildet. Während Bremsbetätigungen wird die Referenzverzögerung a_ref in einem Schieberegister abgelegt. Die mittlere Referenz verzögerung a_refm ist der Mittelwert aus den im Schieberegister gespeicherten Werten der Referenzverzögerung a_ref. Daraus wird eine begrenzte maximale Beschleunigung a_max nach

a_max = max (k1_*a_refm; -15 m/s²)

bestimmt, wobei k1 ein fest vorgegebener Zahlenwert ist.

Daraus wird für jede gefilterte Radgeschwindigkeit eine gradien tenbegrenzte Radgeschwindigkeit v_gÿ ermittelt:

v_gÿ = max [(v_{gÿ, alt} + a_max _*t_zyk), ν_fÿ],

wobei v_gÿ,alt die im vorigen Zyklus bestimmte gradientenbe grenzte Radgeschwindigkeit und t_zyk die Zeitdauer eines Zyklus ist. Im übrigen wird die mittlere Längsverzögerung a_fm aus dem arithmetischen Mittelwert der gefilterten Radverzögerungen a_fÿ gebildet. Eine gefilterte mittlere Längsverzögerung a_fmx wird aus der mittleren Längsverzögerung a_fm abgeleitet. Das Filtern kann beispielsweise mit Filtern 1. Ordnung und geringen Filter frequenzen (unter 1 Hz) erfolgen.

Eine schlupfbehaftete Referenzgeschwindigkeit v_ref wird im Schritt 102 nach

V_ref = max (v_gÿ; 0)

wenn das Fahrzeug gebremst wird und ansonsten nach

V_ref = max (v_gvj; 0)

bestimmt. Aus dieser schlupfbehafteten Referenzgeschwindigkeit v_ref wird durch Abschätzung des Schlupfes λ_ref die Rollgeschwin digkeit V_roll des Fahrzeugs nach der Beziehung

λ_ref = k_roll _*a_refm,

wobei k_roll ein fester Zahlenwert - beispielsweise -0,005 - ist, abgeleitet.

Es ergibt sich dann die Rollgeschwindigkeit v_roll nach

v_roll = v_ref (1 + λ_ref),

wobei die Schlupfbestimmung an den Rädern und die Bremsdruckre gelung aufgrund dieser Rollgeschwindigkeit v_roll erfolgt.

Befindet sich das Fahrzeug in einer Kurve, so bewegen sich die Räder auf unterschiedlichen Kurvenradien. Wenn sie kräftefrei rollen, so gehorchen sie der Ackermann-Bedingung. Demnach ergeben sich aus der Kurvenkrümmung K und den geometrischen Ver hältnissen am Fahrzeug genau definierte Drehzahlverhältnisse zwischen den einzelnen Fahrzeugrädern. In Schritt 104 wird aus Radgeschwindigkeiten auf die Kurvenkrümmung K geschlossen.

Aus den gemessenen, gradientenbegrenzten und anschließend nochmals gefilterten Radgeschwindigkeiten v_gfÿ wird die Kurven krümmung k_roll aus

ermittelt, wobei s_i die Spurweite der Vorderachse bzw. Hinter achse repräsentiert. Dabei wird die Differenzgeschwindigkeit Δ_v aus der Differenz der Geschwindigkeit zweier Räder herangezogen. Die Auswahl der Räder kann über ein Kennfeld erfolgen, wobei als Auswahlkriterium beispielsweise die Differenz Δv_ÿ zwischen gefilterter und gradientenbegrenzter Radgeschwindigkeit

Δν_ÿ = ν_fÿ - ν_gÿ

herangezogen werden kann. Die Querbeschleunigung a_y des Fahr zeugs kann dann aus der Gleichung

ermittelt werden. Aus Plausibilitätsgründen wird die Kurvenkrüm mung K auf eine maximale Querbeschleunigung a_aymax begrenzt, al so gilt

Oberhalb einer Fahrzeuggeschwindigkeit von ca. 100 km/h kann die Kurvenkrümmung K zu null gesetzt werden, da der dann bei der Schlupfberechnung auftretende Fehler bei maximal 1,8% liegt.

Aus der so bestimmten Kurvenkrümmung K kann für jedes Rad eine Verhältniszahl F_ÿ bestimmt werden, die multipliziert mit der Rollgeschwindigkeit V_roll die Rollgeschwindigkeit v_roll,ÿ des Rades ergibt. Wenn

gilt, dann berechnen sich die Verhältniszahlen F_ÿ nach

wobei der Lenkwinkel δ aus

ermittelt werden kann. Die errechneten Faktoren können dann noch auf ein Intervall, beispielsweise auf Werte zwischen [0,7; 1] für die Vorderachse und Werte zwischen [0,5; 1] für die Hinterachse, eingegrenzt werden um Ausreißer, Fehler und große Abweichungen auszugleichen. Die Werte der Rollgeschwindigkeit v_roll,ÿ der Räder werden im Schritt 105 berechnet und dann beispielsweise der Schlupfermittlung zur Verfügung gestellt.

Aufgrund der ermittelten Kurvenkrümmung K, der berechneten Hilfsgrößen sowie der in einem Schieberegister 106 mit n Spei +6cherplätzen für jedes Rad abgelegten vorangegangenen Regelabwei chungen vari_ÿ wird nun im Schritt 107 für jedes Rad ein Sollschlupf λ_soll,ÿ nach der Gleichung

ermittelt, wobei k_λ _,i ein fest vorgegebener Wert ist, der in Abhängigkeit der Reifenabstimmung festgelegt wird und der beispielsweise Zahlenwerte von 11% Schlupf für die Vorderachse und 8% Schlupf für die Hinterachse aufweisen kann.

Dabei ist der Faktor , der dem maximalen Reibwert zwischen dem Rad und der Fahrbahn Rechnung trägt, beispielsweise aus:

bestimmt. Der Faktor wird auf ein Intervall begrenzt, beispiels weise auf

[-1; -0,25],

das aus minimal erforderlichen Schlupf und maximal zulässigem Schlupf und den dabei möglichen Verzögerungen des Fahrzeugs ermittelt wird.

Mit wird der Sollschlupf für jedes Rad in einem bestimmten Bereich, beispielsweise um 20%, abhängig von der Varianz der Re gelabweichung Δλ_t verschoben. Dabei ist vari_ÿ die Varianz der im Schieberegister belegten Werte vorangegangener Regelabweichun gen, also

Der Faktor ergibt sich dann aus der Beziehung

F_vari,vj = -10 _* vari,vj + 1,3
F_vari,hj = -10 _* vari,hj + 1,1

und wird danach auf das Intervall = [0,9; 1,1] von 10% Veränderung beschränkt. Die Werte ergeben sich dabei bei einer Feinabstimmung der Regelgüte auf das Maximum des Schlupfes und sind im einzelnen, beispielsweise durch Fahrversuche auf den Regler abzustimmen. Die Wertangaben sind daher nur Richtgrößen und müssen im einzelnen an verschiedene Regler angepaßt werden.

Mit dem Faktor F_K wird der Schräglauf bei einer auftretenden Querbeschleunigung in einer Kurve berücksichtigt. Mit diesem Faktor kann das gewünschte Kurvenverhalten eingestellt werden. Der vorgegebene Wert k_K bestimmt den maximalen Wert des Faktors, der nach der Beziehung

ermittelt wird, wobei

dabei ist a_y,4 die sich aus der ermittelten Kurvenkrümmung ergebende Querbeschleunigung, die mit

berechnet werden kann. Der Faktor F_K ist also stets größer oder gleich 1. Je geringer der Wert ist, desto geringer ist der aufgrund Kurvenfahrt zugelassene Schlupfunterschied.

Die Werte der Faktoren können dabei auch jeweils einem Kennfeld entnommen werden. Entsprechende Kennfelder sind in den Fig. 2 bis 4 beschrieben.

Im Schritt 109 wird, für jedes Rad einzeln, aus dem ermittelten Sollschlupf λ_soll,ÿ und dem im Schritt 108 ermittelten Ist schlupf λ_soll,ÿ die Regelabweichung Δλ_ÿ bestimmt. Im Schritt 110 wird dann aus der Regelabweichung Δλ_ÿ der einzuleitende Bremsdruckgradient bestimmt und von einem untergeordneten Regler im entsprechenden Radbremszylinder eingeregelt, sofern ein Auslösekriterium für die Bremsdruckregelung erfüllt wird. Als Auslösekriterium können beispielsweise der Istschlupf oder die Zeitableitung des Istschlupfs herangezogen werden.

Die Fig. 2 zeigt die Kennlinie für den Faktor F_afmx in Abhängigkeit des Beschleunigungswertes a_fmx. Ist die erreichte Verzögerung gering, wie beispielsweise bei Fahrten auf Eis, so soll der zulässige Schlupf minimal sein, aber dennoch eine Verzögerung des Fahrzeugs erlauben. Deshalb wird bei Werten von a_fmx < -1 m/s² der Faktor auf 0,25 gesetzt. Werden hohe Verzögerungen des Fahrzeugs erreicht, so soll, damit eine größtmögliche Fahrzeugverzögerung erzielt wird, der zulässige Schlupf auch dem maximal zulässigen Schlupf entsprechen. Der Faktor F nimmt daher bei Verzögerungen ab a_fmx < -8 m/s² den Wert 1 an. Zwischen diesen beiden Eckwerten wird linear interpoliert.

Die Fig. 3 zeigt den Verlauf der Kennlinien für den Faktor . Die Kennlinien für die Hinterachse - i = h - und die Vorderachse - i = v - sind unterschiedlich. An der Hinterachse soll, um mehr Fahrstabilität zu erzielen nur eine geringere Regelabweichung vari_ÿ zugelassen werden.

Für die Hinterachse fällt die Kennlinie bei Regelabwei chungen vari_hj zwischen 0 und 2% linear von dem Ausgangswert 1,1 auf den Wert 0,9 ab. Danach ist auf den unteren Grenzwert 0,9 festgelegt. Der Wertebereich für ist dabei auf den Regler abgestimmt. Die hier angegebenen Werte sind daher nur eine Beispielangabe. Für die Vorderachse wird bei einer Regel abweichung vari_vj < 2% ein Wert von 1,1 zugelassen, der Sollschlupf also erhöht. Ab einer Regelabweichung vari_vj < 4% ist der Faktor auf den Wert 0,9 begrenzt. Dazwischen ist er durch lineare Interpolation bestimmt.

Die Fig. 4 zeigt die Kennlinien, die der Bestimmung des kurven fahrtabhängigen Faktors F_K. Die Fig. 4a zeigt den Verlauf der Kennlinie für die Hilfsgröße F1, die in Abhängigkeit der Beschleunigung a_fmx bestimmt wird. Unterhalb einer Beschleunigung a_fmx von -8 m/s² nimmt F1 den Wert 2, oberhalb einer von -3 m/s² den Wert 1 und dazwischen den durch lineare Interpolation bestimmten Wert an.

Der Wertebereich der Hilfsgröße F2 ist in der Fig. 4b darge stellt und durch F1 und die Kurvenkrümmungsfaktor k_K begrenzt.

Der Wert von F₂ fällt mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit v linear um bei 20 m/s F₁ zu erreichen und ist dann konstant.

Der Wert der kurvenkorrigierten Sollschlupfkorrektur F_K ist dann mit dem Faktors F₂ als Parameter in der Fig. 4c dargestellt. In Abhängigkeit der aus der Kurvenkrümmung bestimmten Querbeschleu nigung a_y,4 wird der Wert von F_K ermittelt. Ist der Betrag der Querbeschleunigung a_y,4 kleiner als 3 m/s² so wird F_K auf 1 gesetzt. Mit weiter steigendem Betrag der Querbeschleunigung steigt der Wert F_K linear an bis er bei 7 m/s² den Wert F₂ erreicht und danach konstant ist.

Der Verlauf der Kurven insbesondere die Wertebereiche sind als Beispiel angegeben. Sie müssen z. B. durch Fahrversuche an den Regler und eventuell auch an das Fahrzeug angepaßt werden.

Claims

1. Verfahren zur Regelung des Bremsdrucks in Abhängigkeit der Abweichung des Istschlupfes von Rädern zu einem Sollschlupf

- wobei die Drehzahlen der Räder des Fahrzeugs erfaßt werden,
- wobei auf den erfaßten Drehzahlen die Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt wird,
- wobei aus den Drehzahlen und der Fahrzeuggeschwindigkeit der Istschlupf ermittelt wird und
- wobei aus der ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit und den erfaßten Drehzahlen der Räder ein Schlupfsollwert ermittelt wird

dadurch gekennzeichnet, daß der Sollschlupf aus den Raddrehzahlen so ermittelt wird, daß die bei Sollschlupf gegebenen Seitenführungskräfte ein stabiles Fahrverhalten sicherstellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der für ein stabiles Fahrverhalten maximal mögliche Sollschlupf ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Sollschlupfes allein die erfaßten Drehzahlen der Räder und daraus abgeleitete Größen herangezogen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Sollschlupf eine aus den gemessenen Raddrehzahlen ermittelte Fahrzeugverzögerung herangezogen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Sollschlupfes aus den Raddrehzahlen die Kurvenkrümmung ermittelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Kurvenkrümmung die Ackermann-Bedingung herangezogen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Sollschlupf für jedes Rad ein Radsollschlupf aufgrund der in zumindest einen vorangegangenen Regelzyklus für dieses Rad aus Istschlupf und Radsollschlupf ermittelten Regel abweichung wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Radsollschlupf in Abhängigkeit der Varianz der Regel abweichung einer Anzahl unmittelbar vorangegangener Regelzyklen ermittelt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen Radsollschlupf und Sollschlupf auf ein vorgegebenes Intervall - insbesondere auf Werte zwischen 0,8 und 1,2 - begrenzt ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Bremsdrucks nur dann erfolgt, wenn ein Bremsvorgang vorliegt und wenn ein Auslösekriterium erfüllt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Auslösekriterien Grenzwerte für den Radschlupf vorgegeben sind.

12. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Bremsdrucks für jedes der Räder unabhängig erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß fahrdynamisch relevante Zustandgrößen (a_y,4, a_x, _K) ermittelt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten, fahrdynamisch relevanten Zustandsgrößen an andere Steuergeräte übermittelt werden.