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Die
Erfindung betrifft ein Fahrdynamikregelsystem zur Regelung einer
die Bewegung eines Fahrzeugs repräsentierenden Bewegungsgröße.
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Systeme
zur Regelung der Fahrdynamik von Kraftfahrzeugen sind aus dem Stand
der Technik in vielerlei Modifikationen bekannt. Hierbei werden
im allgemeinen aus Meß-
und Schätzgrößen Sollgrößen bestimmt,
deren Einregelung mit Hilfe von individuell einstellbaren Bremsmomenten
an den Radbremsen zur Stabilisierung des Fahrverhaltens beitragen. Hierbei
werden im allgemeinen als Meßgrößen die Radgeschwindigkeit
der Räder,
die Giergeschwindigkeit und der Lenkwinkel des Fahrzeugs verwendet.
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Aus
der
DE 43 05 155 A1 ist
ein modulares Fahrdynamikregelungssystem bekannt, daß hierarchisch
organisiert ist und sich in einen Fahrdynamikrechner mit den unterlagerten
Modulen Bremsenregelung und in weiterer Ausbildung Hinterachslenkung
gliedert. Diesen Modulen sind die Stellsysteme Radregler und hydraulische
Hinterachslenkung untergeordnet. Durch solche Fahrdynamikregelungssysteme
wird vor allem der untrainierte Fahrer bei kritischen Fahrsituationen
unterstützt.
Das Fahrzeug wird auch bei extremen Situationen stabilisiert, die Abbremsung
kann bei kritischen Situationen selbständig, das heißt ohne
daß der
Fahrer das Bremspedal bedient, erfolgen. In der
DE 43 05 155 A1 wird die
Giergeschwindigkeit, das heißt
die Bewegung des Fahrzeugs um die Fahrzeughochachse, geregelt. Wird
ein niedriger Reibwert der Fahrbahn detektiert, so wird der Sollwert
für die
Giergeschwindigkeit kurzzeitig verringert. Bei hoher Regeldifferenz
erfolgt ein aktiver Bremseingriff.
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Beim
Gegenstand der
DE 42
22 958 A1 werden vier fahrdynamische Situationen, in der
sich ein Fahrzeug augenblicklich befinden kann, nämlich Split-Bremsung,
Kurvenfahrt, Spurwechsel und Geradeausfahrt erkannt. Zum Erkennen
dieser vier Fahrsituationen liegen folgende vier Meßsignale
vor: Vorderradlenkwinkel, Fahrzeuggeschwindigkeit, linker und rechter
Vorderradbremsdruck. Aus diesen vier Meßsignalen werden verschiedene
Größen abgeleitet,
aus denen sich Anhaltspunkte zur Unterscheidung der obengenannten
Situationen ergeben. Je nach erkannter Fahrsituation werden unterschiedliche
eigene Regelstrategien durch verschiedene Regler gewählt.
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Ebenso
ist aus der
DE 42 21
030 A1 ein Verfahren zum Erkennen der Fahrsituation bei
einem Fahrzeug bekannt, bei dem durch Auswertung einer möglichst
geringen Anzahl im Fahrzeug zur Verfügung stehender Meßsignale
online die momentan vorliegende Fahrsituation erkannt wird. Dies
geschieht durch Einsatz von Fuzzy-Logik. Auch hier werden je nach
erkannter Situation (gebremste Kurvenfahrt, μ-Split) eigene Regelstrategien
durch verschiedene Regler der Situation angepaßt.
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Aus
der
DE 41 21 954 A1 ist
ein Verfahren zur Gewinnung der Giergeschwindigkeit und/oder Quergeschwindigkeit
bekannt. Gemessen wird hierzu der Lenkwinkel des Fahrzeugs und die
Querbeschleunigung.
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Konventionelle
Antiblockiersysteme für
Personenkraftwagen oder Nutzkraftwagen sind beispielsweise aus "Kraftfahrtech nisches
Taschenbuch", 21.
Auflage, Robert Bosch GmbH, 1991, Seite 610 bis 619 und Seite 639
bis 643 bzw. "Automotive Handbook", Third Edition,
1993, Seiten 610 bis 619 und Seiten 639 bis 643 bekannt. Aus diesem
Stand der Technik sind auch unterschiedliche Systeme zur Steuerung
bzw. Regelung des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs bekannt (Seite
536 bis 559). Hierzu gehören
beispielsweise bekannte Antriebsschlupfregelungssysteme und Getriebesteuerungssysteme.
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Aus
der nicht vorveröffentlichten
DE 44 19 650 A1 sind
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausregeln eines querdynamisch
kritischen Fahrzustandes bekannt. Dabei wird beispielsweise aus
dem Lenkradwinkel und der Fahrgeschwindigkeit ein Toleranzband für einen
dritten Parameter gebildet. Der dritte Parameter, beispielsweise
die Querbeschleunigung oder die Giergeschwindigkeit, wird gemessen und
mit dem Toleranzband, das den Sollwert darstellt, verglichen.
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Das
in der
DE 41 23 235
C1 beschriebene Fahrdynamikregelungssystem weist Aktuatoren
zur Aufbringung einer Bremskraft an den Rädern, Raddrehzahlsensoren zur
Erfassung der Drehbewegungen der Räder, einen Lenkwinkelsensor
sowie Bestimmungsmittel für
die Querbeschleunigung und die Gierwinkelgeschwindigkeit auf. Reglermittel
bilden Signale zur Beeinflussung der Bremsaktuatoren derart, dass
eine von der erfassten Gierwinkelgeschwindigkeit abhängige Regelgröße auf einen
Sollwert geregelt wird.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Fahrdynamikregelsystem
zu entwerfen, bei dem die Fahrzeugstabilität innerhalb bestimmter Grenzen
gewährleistet
wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Merkmale gelöst.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Fahrdynamikregelsystem
zur Regelung einer die Bewegung eines Fahrzeugs repräsentierenden
Bewegungsgröße weist
wenigstens Aktuatoren zur Aufbringung einer Bremskraft an den Fahrzeugrädern auf.
Darüberhinaus
sind in bekannter Weise Erfassungsmittel vorgesehen, die die Drehbewegungen
der Räder,
eine den Lenkeinschlag repräsentierende
Größe und wenigstens
eine die Querbewegung und/oder die Gierbewegung des Fahrzeugs repräsentierende
Größe erfaßt. Durch
Reglermittel werden abhängig
von den erfaßten
Daten Signale zur Beeinflussung der Aktuatoren gebildet. Dies geschieht
derart, daß eine
wenigstens von der erfaßten
Querbewegung oder Gierbewegung des Fahrzeugs abhängige Regelgröße auf eine
Führungsgröße geregelt
wird. Der Kern der Erfindung besteht nun darin, daß die Regelgröße auf einen
Regelgrößen-Sollbereich
geregelt wird, das heißt,
daß die Beeinflussung
der Aktuatoren derart geschieht, daß die Regelgröße innerhalb
eines Sollbereichs gehalten wird. Dieser Sollbereich wird durch
zwei bestimmte Grenzwerte angegeben.
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Die
Ziele der Fahrdynamikregelung, Stabilität und Handling zu verbessern,
werden durch eine Fahrzeugregelung realisiert. Die Regelung erreicht durch
einen Soll-Ist-Vergleich
einer Fahrzeugbewegungsgröße, im allgemeinen
gebildet aus der erfaßten
Gierwinkelgeschwindigkeit und/oder der erfaßten Querbeschleunigung, daß die Fahrzeugquerdynamik einem
Sollverhalten angenähert
wird. Das Sollverhalten beinhaltet den Fahrerwunsch (Handling) und
gewährleistet
darüberhinaus
eine Begrenzung des Schwimmwinkels (Stabilität). Die Erfindung hat den Vorteil,
daß anstelle
eines einzigen Sollwertes als Führungsgröße das erfindungsgemäße Sollband
für die
Regelgröße eine
getrennte und problemangepaßte
Festlegung der oberen und unteren Bandgrenze ermöglicht. Anstelle eines eindeutigen
Sollwertes, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird also
erfindungsgemäß ein Sollbereich
mit einer oberen und einer unteren Grenze für die Fahrzeugbewegungsgröße vorgegeben.
Die obere Bandgrenze kann dabei hinsichtlich Stabilität beziehungsweise Schwimmwinkelbegrenzung
und die untere Bandgrenze bezüglich
Lenkfähigkeit
gewählt
werden. Dieser Sollbereich gibt also die maximal erlaubte und die mindestens
geforderte Querdynamik des Fahrzeugs an. Die obere Grenze des Sollbereichs
beschreibt ein Fahrzeugverhalten, das in Dynamik und Betrag geringfügig über der
natürlichen
Fahrzeugbewegung liegt und die Stabilitätsgrenze angibt. Die untere Grenze
gibt die auch unter ungünstigen
Bedingungen mindestens geforderte Fahrzeugreaktion auf Lenkbewegungen
des Fahrers an (im allgemeinen unterhalb der natürlichen Fahrzeugbewegung).
Der erfindungsgemäße Regler
greift über
die Aktuatoren nur dann in die Fahrzeugbewegungen ein, wenn die Regelgröße außerhalb
des Sollbereichs liegt. Um einen rechtzeitigen Eingriff sicherzustellen,
kann die Ansteuerung bereits dann erfolgen, wenn feststeht, daß die Regelgröße den Sollbereich
verlassen wird. Durch die erfindungsgemäße Vorgabe des Sollbereichs
werden somit unnötige
Eingriffe des Fahrzeugreglers vermieden.
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Vorteilhafterweise
sind Mittel zur Bestimmung der Grenzwerte, die das Sollband bestimmen, vorgesehen.
Diese Grenzwerte werden wenigstens abhängig von den Größen bestimmt,
die durch die Erfassungsmittel erfaßt werden. Insbesondere ist vorgesehen,
daß die
zwei Grenzwerte unabhängig voneinander
bestimmt werden. Durch die getrennte Festlegung der Bereichsgrenzen
ist eine problemangepaßte
Berechnung möglich.
Zur Beispiel kann die Verwendung unterschiedlicher Fahrzeugmodelle
und Dynamik für
die obere (Stabilität)
und die untere Grenze (Lenkfähigkeit)
vorteilhaft sein.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß zusätzlich zu
den erwähnten
Reglermitteln weitere Reglermittel vorgesehen sind, die die Aktuatoren
im Sinne der Regelung einer weiteren Regelgröße ansteuern. Diese weitere
Regelgröße ist unterschiedlich
zu der schon beschriebenen, die innerhalb des beschriebenen Sollbands
geregelt wird. Die weitere Regelgröße wird insbesondere abhängig von
den erfaßten
Drehbewegungen der Räder
ermittelt und kann der aus den erfaßten Drehbewegungen der Räder abgeleitete
Radschlupf und/oder die Radverzögerung
sein. Insbesondere ist vorgesehen, daß als weitere Reglermittel unterlagert
zu den schon beschriebenen Reglermitteln ein Antiblockiersystem
Verwendung findet.
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Diese
Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, daß der Fahrzeugregler erst dann
in die Regelung des unterlagerten Antiblockiersystems eingreift,
wenn die dem überlagerten
Fahrzeugregler zugrundeliegende Regelgröße den zulässigen Bereich verlassen hat,
verläßt oder
verlassen wird. Dadurch werden unnötige Eingriffe vermieden, im
Falle einer Vollbremsung kann der unterlagerte Antiblockierregler über längere Phasen
ungestört
regeln.
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Weiterhin
ist vorgesehen, daß innerhalb
der ersten Reglermittel Mittel zur Situationserkennung vorgesehen
sind. Hierdurch werden ausgehend von den erfaßten Daten Größen ermittelt,
die die momentane Fahrsituation des Fahrzeugs beschreiben. Insbesondere
ist vorgesehen, daß eine
Schleudererkennung abhängig
vom erfaßten
Lenkeinschlag und von der erfaßten
Fahrzeugquerbewegung und/oder Gierbewegung mittels eines Fahrzeugmodells
eine die Fahrstabilität
repräsentierende
Größe bildet.
Eine μ-Split-Erkennung
liefert abhängig
von dem erfaßten Lenkeinschlag
und der erfaßten
Fahrzeugquerbewegung und/oder Gierbewegung eine Größe, die
dafür repräsentativ
ist, ob die Reibwerte der Fahrbahn auf der rechten und linken Fahrzeugseite
in einem bestimmten Maß unterschiedlich
sind. Eine Reibwerterkennung weist als Ausgangssignal einen den
Reibwert der Fahrbahn repräsentierende
Größe auf.
Diese wird abhängig
von dem erfaßten
Lenkeinschlag und von der erfaßten
Querbewegung und/oder Gierbewegung des Fahrzeugs ermittelt.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Zeichnung
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Die
Zeichnung besteht aus den 1 bis 8,
die jeweils Blockschaltbilder zur Beschreibung der Erfindung zeigen.
Dabei zeigen die Figuren die Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen
in verschiedenen Detailiertheitsgraden.
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Ausführungsbeispiel
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Die
Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der
Zeichnung beschrieben werden.
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Die 1 zeigt
hierzu einen ersten Reglerteil 102 und einen zweiten Reglerteil 101.
Dem zweiten Reglerteil werden Signale δV eines
Lenkwinkelsensors zugeführt.
Weiterhin werden den zweiten Reglermitteln 101 Signale
eines Sensors 104 zugeleitet. Der Sensor 104 kann
als Querbeschleunigungssensor die Querbeschleunigung ay des
Fahrzeugs an einem bestimmten Ort des Fahrzeugs und/oder die Gierwinkelgeschwindigkeit ω, das heißt die Winkelgeschwindigkeit
um die Hochachse des Fahrzeugs sensieren. Weiterhin werden den zweiten
Reglermitteln 101 die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vx und die
Signale Tij zugeführt.
Die Signale Tij repräsentieren
dabei die Ansteuerzeiten der noch zu beschreibenden Aktuatoren 106ij.
Der Index i gibt an, ob sich die jeweilige Größe beziehungsweise der jeweilige Aktuator
oder Sensor an der Hinter- oder Vorderachse befindet. Der Index
j zeigt die Zuordnung zur rechten oder linken Fahrzeugseite an.
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Die
ersten Reglermittel 102, die im allgemeinen in dieser Ausführungsform
als Antiblockiersystem ausgelegt sind, verarbeiten die Signale Nij
von Raddrehzahlsensoren 103ij. Abhängig von den Raddrehzahlen
werden in den ersten Reglermitteln 102 Größen gebildet,
die den Radschlupf und/oder die Radverzögerung repräsentieren. Zur Regelung beziehungsweise
Steuerung dieser Größen werden
die Radbremsen 106ij durch die Ansteuersignale Aij angesteuert.
Die schon erwähnten
Signale Tij geben die Ansteuerzeiten der einzelnen Radbremsen an.
Diese Ansteuerzeiten Tij sowie die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vx werden
im ersten Reglerteil 102 gebildet und, wie erwähnt, den
zweiten Reglermitteln 101 zugeführt. Statt der Ansteuerzeitsignale
Tij können
auch die Bremsdrücke
an den einzelnen Radbremsen gemessen werden. Hierzu ist jedoch eine erweiterte
Sensorik notwendig.
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In
der 1 ist weiterhin innerhalb des zweiten Reglerteils 101 eine Überwachungseinheit 110 eingezeichnet,
die die Eingangssignale der Sensoren 104 und 105 überwacht
und gegebenenfalls auf die Ausgangssignale Sij des zweiten Reglerteils 101 einwirken
kann.
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Die
Funktion des ersten Reglerteils 102 beziehungsweise des
ersten Moduls soll hier nicht näher
beschrieben werden, da es sich hier um ein aus dem Stand der Technik
hinreichend bekanntes Antiblockiersystem handelt. Es kann hierzu
auf den beispielsweise in der Beschreibungseinleitung erwähnten einschlägigen Stand
der Technik verwiesen werden. Die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vx wird ebenfalls
in bekannter Weise aus den Raddrehzahlen Nij gebildet. Hierzu können beispielsweise
die Drehzahlen Nij der Räder
gewichtet verknüpft
werden. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist lediglich
zu erwähnen,
daß mittels
des ersten Reglerteils abhängig
von den Raddrehzahlen Nij die Radbremsen 106ij im Sinne
einer Regelung des Radschlupfes und/oder der Radverzögerung angesteuert
werden. In diese Ansteuerungen greift der zweite Reglerteil 101 durch
die Ausgangssignale Sij im Bedarfsfall ein. Zur näheren Erläuterung
soll nun zur 2 übergegangen werden.
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Die 2 zeigt
detailierter den zweiten Reglerteil beziehungsweise das zweite Modul 101.
Hier erkennt man die Aufteilung des Moduls 101 in ein erstes
Submodul 201, ein zweites Submodul 202 und ein
drittes Submodul 203. Dem ersten Submodul werden die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit
Vx von dem ersten Reglerteil 102, der Lenkwinkel δV des Sensors 105 und
die Fahrzeugquergeschleunigung ay und/oder
die Gierwinkelgeschwindigkeit ω des Sensors
beziehungsweise der Sensoren 104 zugeführt. Weiterhin werden dem ersten
Submodul 201 die Ausgangssignale fzstab,
wsplit und μ des noch zu beschreibenden
dritten Submoduls 203 zugeleitet. Abhängig von den Eingangssignalen
wird im ersten Submodul 201 ein durch die Grenzen fzmin und fzmax gekennzeichneter
Führungsgrößen- bzw.
Regelgrößen-Sollbereich
gebildet. Zur genaueren Funktion des ersten Submoduls 201 soll
auf die 5 und 6 verwiesen
werden. Zusammenfassend kann an dieser Stelle gesagt werden, daß mittels
des ersten Submoduls 201 zur erfindungsgemäßen Regelung
die Führungsgröße beziehungsweise
ein Regelgrößen-Sollbereich
gebildet wird.
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Dem
zweiten Submodul 202 wird die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit (Ausgangssignal
des ersten Reglerteils 102) und die Fahrzeugquerbeschleunigung
ay und/oder die Gierwinkelgeschwindigkeit ω (Ausgangssignal des Sensors 104)
zugeleitet. Weiterhin liegen am zweiten Submodul 202 die
schon erwähnten
Ausgangssignale des noch zu beschreibenden dritten Submoduls 203 an.
Das zweite Submodul wird zwar genauer anhand der 3 beschrieben werden,
man kann aber schon an dieser Stelle zusammenfassend sagen, daß hier abhängig von
der erfaßten
Fahrdynamik des Fahrzeugs eine Regelgröße fzist gebildet
wird. Diese Regelgröße wird
mit der im ersten Submodul 201 gebildeten Führungsgröße beziehungsweise
dem Regelgrößen-Sollbereich
(fzmin, fzmax) verglichen,
wobei die Signale Sij zur Beeinflussung der Radbremsen 106ij im
Sinne einer Annäherung
der Regelgröße an die
entsprechende Führungsgröße beziehungsweise
einem im Sinne eines Verbleibens der Regelgröße im Führungsgrößen- bzw. Regelgrößen-Sollbereich gebildet werden.
Das zweite Submodul 202 stellt also den eigentlichen Reglerkern
dar. Die genauere Funktion wird anhand der 3 beschrieben.
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Dem
dritten Submodul 203 werden die erwähnten Bremsansteuerzeiten Tij
von dem ersten Reglerteil 102, die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vx,
der Lenkwinkel δV und die Fahrzeugquerbeschleunigung ay beziehungsweise die Gierwinkelgeschwindigkeit ω zuführt. Durch
das dritte Submodul 203 werden Ausgangsgrößen fzstab, wsplit und μ gebildet,
die die momentane Fahrsituation beziehungsweise Umwelteinflüsse, denen
das Fahrzeug unterliegt, beschreiben. Zur genaueren Funktion des
dritten Submoduls 203 soll auf die 4 verwiesen
werden.
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Zusammenfassend
zeigt die 2 einen modularen Aufbau des
zweiten Reglerteils 101.
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Die 3 zeigt
die genauere Funktion des zweiten Submoduls 202. In der
Einheit 302 wird dabei abhängig von der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vx
und abhängig
von der Fahrzeugquerbeschleunigung ay und/oder
abhängig
von der Gierwinkelgeschwindigkeit ω eine Regelgröße fzist gebildet. Dies geschieht dadurch, daß in der
Einheit 302 ein Fahrzeugmodell (bzw. durch eine einfache,
auf der Fahrzeuggeometrie basierende Berechnungsvorschrift) abgelegt
ist. Abhängig
von den erfaßten,
die momentane Fahrdynamik des Fahrzeugs repräsentierenden Größen Fahrzeuglängsgeschwindigkeit
und Fahrzeugquerbeziehungsweise Giergeschwindigkeit kann in bekannter
Weise mittels eines Fahrzeugmodells ein aktueller Wert fzist der Regelgröße ermittelt werden. Diese
Regelgröße wird
der Einheit 301 zur Ermittlung der Regelabweichung zugeleitet.
weiterhin liegen an der Einheit 301 die Grenzen fzmin und fzmax des
Regelgrößen-Sollbereichs
an. Zusätzlich
wird der Einheit 301 noch die Größe wsplit (Ausgangsgröße des dritten
Submoduls 203) zugeleitet. In der Einheit 301 wird
nun die Regelgröße fzist mit dem Regelgrößen-Sollbereich, der durch
die Grenzen fzmin und fzmax bestimmt
wird, verglichen. Liegt die Regelgröße fzist nicht
innerhalb des Regelgrößen-Sollbereichs, so liegt
ausgangsseitig der Einheit 301 ein entsprechendes Regelabweichungssignal
efz an. Bei der Bildung des Regelabweichungssignal
efz kann zusätzlich noch das Signal wsplit des dritten Submoduls 203 verwendet
werden. Wie noch anhand der 4 zu beschreiben
ist, gibt dieses Signal an, ob sich das Fahrzeug in einer sogenannten μ-Split-Situation
befindet, das heißt,
ob die Reibwerte der Fahrbahn auf der rechten und linken Fahrzeugseite
in einem gewissen Maß unterschiedlich
sind. Das Regelabweichungssignal efz wird
nun zum einen dem Regler für
die Hinterachse 303 und dem Regler für die Vorderachse 304 zugeführt. Hier
werden aus der Regelabweichung efz Signale
zur Ansteuerung der Radbremsen an der Hinterbeziehungsweise Vorderachse
unter Berücksichtigung
des ermittelten Reibwertes μ gebildet.
Je nach dem, ob das Fahrzeug über-
oder untersteuert, werden also einzelne Räder über- beziehungsweise unterbremst.
Auf diese Weise wird erreicht, daß die Regelgröße fzist wieder in den Regelgrößen-Sollbereich zurückgeführt wird.
Die Ansteuersignale für
die Radbremsen können
durch den Zusatzregler 310 modifiziert werden. Solche Modifikationen
durch den Zusatzregler 310 kommen insbesondere dann zum
Einsatz, wenn durch das dritte Submodul 203 die schon beschriebenen μ-Split-Bedingungen
erkannt werden, das heißt,
daß erkannt
wird, wenn die Reibwerte der Fahrbahn auf der rechten und linken
Fahrzeugseite extrem unterschiedlich sind. Hierzu wird im Zusatzregler 310 das
entsprechende Signal wsplit des dritten
Submoduls 203 zugeführt.
Optional kann dem Zusatzregler 310 auch noch ein die Querbeschleunigung
ay und/oder die Gierwinkelgeschwindigkeit ω repräsentierendes
Signal zugeleitet werden. Durch den Zusatzregler 310 wird
gezielt das Hinterrad unterbremst, das sich auf der Fahrbahn mit
dem höheren
Reibwert bewegt. Gegebenenfalls kann, wie mit der gestrichelten
Linienführung
angedeutet, ein zusätzlicher
Eingriff an den Vorderachsbremsen vorgesehen werden.
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Durch
den Zusatzregler aktive Bremse 311 können auch Bremseingriffe realisiert
werden, obwohl der Fahrer des Fahrzeugs das Bremspedal nicht betätigt. Ohne
den Zusatzregler aktive Bremse 311 werden durch die Ausgangssignale
Sij des zweiten Submoduls 202 beziehungsweise des zweiten Reglerteils 101 lediglich
die vom ersten Regelteil 102 ausgehenden Ansteuersignale
für die
Radbremsen modifiziert. Dies geschieht, indem ein durch den ersten
Reglerteil 102 anliegender Bremsdruck an einem Rad durch
die Signale Sij entweder erhöht
oder erniedrigt wird. Wünscht
der Fahrer des Fahrzeugs keinen Bremsvorgang (keine Bremspedalbetätigung), so
wird im allgemeinen durch das Antiblockiersystem 102 kein
Bremsdruck aufgebaut. Wird nun durch den zweiten Reglerteil 101 beziehungsewise
durch die beschriebenen Reglerabweichungen im zweiten Submodul 202 ein Über- oder
Unterbremsen eines Rades zur Aufrechterhaltung der Fahrstabilität gewünscht, so
kann dies in diesem Falle nicht durch Modifikation der Ansteuersignale
Aij des Antiblockiersystems 102 geschehen. Mittels des
Signals S1 meldet das Antiblockiersystem 102 an den Zusatzregler 311,
daß kein
Bremswunsch des Fahrers vorliegt und somit kein entsprechender Druck
aufgebaut ist. Wird nun durch Abgreifen der Signale Sij durch den
Zusatzregler 311 festgestellt, daß einzelne Radbremsen zu betätigen sind,
so wird durch das Signal S2 vom Zusatzregler 311 an das
Antiblockiersystem 102 der entsprechende Bremsdruck zur
Verfügung
gestellt. Beispielsweise kann durch den Zusatzregler für aktive
Bremse 311 gezielt ein Vorderrad überbremst werden, obwohl der
Fahrer das Bremspedal nicht betätigt.
Gegegenenfalls können selbstverständlich zusätzlich weitere
Räder abgebremst
werden.
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Anhand
der 4 soll nun die Funktionsweise des dritten Submoduls 203 beschrieben
werden. Dieses Submodul besteht aus einer Schleudererkennung 401,
einer μ-Split-Erkennung 402 und
einer Reibwerterkennung 403.
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Der
Schleudererkennung 401 werden die Lenkwinkelsignale δV (Sensor 105),
die Querbeschleunigung ay und/oder die Gierwinkelgeschwindigkeit ω (Sensor 104)
und die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit
Vx zugeführt.
In bekannter Weise werden nun in der Schleudererkennung 401 die
gemessenen fahrdynamischen Daten mit einem Referenzmodell des Fahrzeugs
verglichen. Dieses Referenzmodell gibt an, bei welchen fahrdynamischen
Daten das Fahrzeug noch beherrschbar beziehungsweise stabil ist.
Abhängig
von diesem Vergleich wird als Ausgangsgröße der Schleudererkennung 401 die Größe fzstab gebildet. Diese Größe kann entweder zwei oder
mehrere diskrete Werte annehmen oder kontinuierlich angeben, inwieweit
das Fahrzeug noch stabil ist.
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In
der μ-Split-Erkennung 402 wird
ausgehend von Signalen des Lenkwinkelsensors, des Fahrzeugquerbeschleunigungs-
und/oder des Giergeschwindigkeitssensors, der Ansteuerzeit Tij der einzelnen
Radbremsen und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vx die Größe wsplit gewonnen. Diese Größe wsplit gibt
an, ob sich die Fahrbahnreibwerte auf der rechten und linken Fahrzeugseite
unterscheiden. Aus den Ventilansteuerzeiten Tij, die dem Antiblockiersystem 102 entnommen
werden können,
können
die Druckdifferenzen der einzelnen Radbremsen berechnet werden.
Vergleicht man nun diese Bremsdruckreferenzen mit dem aktuellen
Lenkwinkel und der aktuellen Querbeschleunigung (oder optional der aktuellen
Gierwinkelgeschwindigkeit), so kommt man zu einem Maß dafür, inwieweit
sich die Reibwerte der Fahrbahn auf der rechten und linken Fahrzeugseite unterscheiden.
Statt der Ventilansteuerzeiten Tij können selbstverständlich auch
direkt die Bremsdrücke der
einzelnen Radbremsen detektiert werden, was allerdings eine erweiterte
Sensorik erfordert. Das Ausgangssignal wsplit der μ-Split-Erkennung 402 kann entweder
digital (μ-Split-Bedingung
ja oder nein), mehrstufig oder kontinuierlich ausgelegt sein.
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Der
Reibwerterkennung 403 werden die Signale des Lenkwinkels,
der Fahrzeugquerbeschleunigung und/oder der Gierwinkelgeschwindigkeit
und der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit
zugeführt.
Auch in der Reibwerterkennung 403 findet in bekannter Weise
ein Vergleich mit einem Referenzmodell des Fahrzeugs statt, wobei
als Vergleichsergebnis ein Reibwertsignal μ ausgangsseitig anliegt.
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Durch
die beschriebene Situationserkennung 203 (drittes Submodul)
kann also der gesamte Reglerteil 101 sehr genau an die
jeweilige Fahrsituation beziehungsweise an die momentan vorliegende Umweltsituation,
der das Fahrzeug unterliegt, angepaßt werden.
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Die 5 zeigt
die genauere Funktionsweise des ersten Submoduls 201. Einer
Einheit 501 wird insbesondere der Lenkwinkel δV und
die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit
Vx zugeführt.
Mittels eines Fahrzeugmodells wird nun eine Führungsgröße gebildet. Eine Besonderheit
dieses Teils des Ausführungsbeispiels
besteht darin, daß der
schon erwähnte
Regelgrößen-Sollgrößenbereich
berechnet wird. Dies kann, neben dem Lenkwinkel δV und
der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit
Vx, abhängig
von den Ausgangssignalen des dritten Submoduls 203 geschehen.
Hierzu soll näheres
anhand der 6 beschrieben werden.
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In
der Einheit 601 der 6 wird abhängig vom
detektierten Lenkwinkel δV, der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vx und dem
Ausgangssignal der μ-Split-Erkennung
(drittes Submodul 203) eine erste obere Grenze fzlmax und eine untere Grenze fzlmin ermittelt.
Durch die Einheit 601 wird also zunächst aus der Lenkbewegung des
Fahrers mit einem Fahrzeugmodell ein Sollbereich für eine Fahrbahn
mit einem Hochreibwert abgeleitet. Dieser erste Sollbereich wird
nun durch eine Reibwertanpassung (605 bzw. 602)
korrigiert, um ein Schleudern des Fahrzeugs bei glatter Fahrbahn
zu verhindern. Hierzu werden der Reibwertbegrenzung 605 die
Fahrzeuglängsgeschwindigkeit
Vx, die Führungsgröße fzsoll und der im dritten Submodul ermittelte
Reibwert μ der
Fahrbahn zugeführt.
Hieraus wird die Größe fzμ ermittelt,
die die in der Einheit 601 ermittelten Grenzen korrigiert.
Diese korrigierten Grenzen sind in der 6 mit fzμmax und
fzμmin bezeichnet.
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Tritt
dennoch eine Schleudertendenz auf, durchläuft der Sollbereich eine weitere
Anpassung (606, 603), um das Fahrzeug zu stabilisieren.
Hierzu wird der Stabilisierung 606 die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit
Vx, die berechnete Führungsgröße fzsoll der ermittelte Reibwert μ der Fahrbahn
und die Stabilitätsgröße fzstab zugeführt. Zur Korrektur der Grenzen
wird ausgangsseitig der Stabilisierung 606 die Größe fβ gebildet
und in der Verknüpfung 603 multiplikativ
bei der Grenzbildung berücksichtigt.
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Der
so bestimmte stationäre
Sollbereich (Ausgang der Multiplikationsstufe 603) wird
schließlich
mittels der Einheit 607 beziehungsweise 604 mit einer
gewünschten
Solldynamik versehen. Hierzu wird der Dynamikanpassung 607 die
Fahrzeuglängsgeschwindigkeit
Vx und die Stabilitätsgröße fzstab (Ausgangssignal des dritten Submoduls 203)
zugeführt.
Ausgangsseitig der Einheit 607 liegt dann das Dynamiksignal
T, mit dem mittels der Einheit 604 der stationäre Sollbereich
dynamisiert wird. Dieser dynamisierte Sollbereich weist dann die
schon erwähnten Grenzen
fzmax und fzmin auf.
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In
der Einheit 502 werden also die einzelnen Berechnungsschritte
der jeweils vorliegenden Fahrsituation (μ-Split, schleuderndes, ungebremstes,
vollgebremstes Fahrzeug) angepaßt.
Außerdem
kann in jedem Berechnungsschritt die Methode der Fuzzy-Logik angewendet
werden.
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Zusammenfassend
ist zu der Regelgrößen-Sollbereichsbestimmung 502 zu
sagen, daß anstelle
eine eindeutigen Sollwertes ein Sollbereich (fzmin fzmax) für
die Fahrzeugbewegungsgröße fz vorgegeben
wird, der die maximal erlaubte und die mindestens geforderte Querdynamik
des Fahrzeugs angibt. Die obere Grenze fzmax des
Sollbereichs beschreibt ein Fahrzeugverhalten, das in Dynamik und
Betrag geringfügig über der
natürlichen
Fahrzeugbewegung liegt und die Stabilitätsgrenze angibt. Die untere Grenze
fzmin gibt die auch unter ungünstigen
Bedingungen mindestens geforderte Fahrzeugreaktion auf Lenkbewegungen
an (unterhalb der natürlichen Fahrzeugbewegung).
Durch die getrennte Festlegung der Bereichsgrenzen ist eine problemangepaßte Berechnung
möglich,
zum Beispiel die Verwendung unterschiedlicher Fahrzeugmodelle und
Dynamik für
obere (Stabilität)
und untere Grenze (Lenkfähigkeit).
Der zweite Reglerteil muß erst
dann eingreifen, wenn die Fahrzeugbewegungsgröße fz den zulässigen Bereich,
beschrieben durch das Sollband, verläßt. Dadurch werden unnötige Eingriffe
vermieden, im Falle der Vollbremsung kann das unterlagerte ABS 102 über längere Phasen
ungestört
regeln. Insbesondere kann vorgesehen sein, daß nicht erst dann eine Ansteuerung
erfolgt, wenn die Regelgröße außerhalb
des Sollbereichs liegt. Um einen rechtzeitigen Eingriff sicherzustellen,
erfolgt bereits dann eine Ansteuerung, wenn feststeht, daß die Regelgröße den Sollbereich
verläßt oder
verlassen wird. Hierzu kann beispielsweise das zeitliche Verhalten
der Regelgröße Fz ausgewertet
werden.
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Anhand
der 7 soll nun die Erweiterung des Ausführungsbeispiels
auf weitere Subsysteme neben dem beschriebenen Antiblockiersystem 102 ausgeführt werden.
Mit dem Bezugszeichen 101 ist wiederum der schon beschriebene
zweite Reglerteil gekennzeichnet, der abhängig von Sensorsignalen in der
beschriebenen Weise Ansteuersignale für die verschiedensten Aktuatoren
liefert. Im bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde die Modifikation
von Bremssignalen im Rahmen eines Antiblockiersystems 102 dargelegt.
Darüberhinaus
können aber
erfindungsgemäß noch weitere
Subsysteme durch den zweiten Reglerteil 101 beeinflußt werden. Hierbei
sei insbesondere an eine bekannte Antriebsschlupfregelung 111 gedacht,
mittels der der Radschlupf durch Bildung von Ansteuersignalen zur
Ansteuerung von Stellgliedern zur Reduzierung des Radantriebsmoments
geregelt wird. Weiterhin ist als Subsystem eine Getriebesteuerung 112 vorgesehen, mittels
der das Übersetzungsverhältnis zwischen dem
Fahrzeugmotor und den Rädern
durch Bildung von Ansteuersignalen zur Ansteuerung von Stellgliedern
geregelt beziehungsweise gesteuert wird. Hierdurch gelangt man zu
einer modularen Fahrdynamikregelung, die "aufwärtskompatibel" zu vorhandenen Serienreglern 102, 111 und 112 ist.
Es wird hierdurch eine hierarchisch strukturierte, modulare Fahrdynamikregelung
mit einem übergeordneten
Regler 101 für
die Fahrzeugbewegung und unterlagerten Reglern für Bremsvorgänge 102 beziehungsweise
Antriebsstrang 111, 112 erreicht. Hierbei können die
unterlagerten Regler 102, 111, 112 konventionelle
Serienregler, die lediglich zusätzlich
mit einer Schnittstelle versehen sind, sein.
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Insbesondere
ist vorgesehen, daß Überwachungsmittel 110 die
korrekte Funktion des zweiten Reglerteils 101 und/oder
der Sensorik 104, 105, insbesondere der Sensorik,
deren Signale ausschließlich
dem Reglerteil 101 zugeführt werden, überwachen.
Wird nun durch die Überwachungsmittel 110 eine
nicht korrekte Funktion des Reglerteils 101 und/oder der
Sensorik 104, 105 festgestellt, so werden die
Ausgangssignale des zweiten Reglerteils 101 im einfachsten
Fall unterbunden. Die unterlagerten Regler 101, 111 und 112 gehen
dann in einen Notlauf, der dem Stand alone Serienstand entspricht.
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Auf
eine weitere Besonderheit der Erfindung soll anhand der 8 hingewiesen
werden. Die reglerinternen Größen, die
in den zweiten Reglermitteln 101 Verwendung finden, also
die Führungsgröße fzsoll, die Regelgröße fzist und
die Fahrsituationsgrößen fzstab, wsplit und μ, werden,
wie beschrieben, aus sensorisch ermittelten Daten abgeleitet. Diese
reglerinternen Größen können jedoch
mit verschiedenen Sensorkonfigurationen erfaßt werden. Hierzu ist in der 8 als
erste Sensorkonfiguration 801 ein Lenkwinkelsensor 105 und
ein Giergeschwindigkeitssensor 104a gezeigt. Eine zweite
Sensorkonfiguration zur Ermittlung der reglerinternen Größen ist
mit dem Block 802 gekennzeichnet und besteht wiederum aus
dem Lenkwinkelsensor 105 und dem Querbeschleunigungssensor 104b.
Eine dritte Sensorkonfiguration 803 besteht wieder aus
dem Lenkwinkelsensor 105, dem Giergeschwindigkeitssensor 104a und
dem Querbeschleunigungssensor 104b. Weiterhin ist in der 8 als
vierte Sensorkonfiguration ein Lenkwinkelsensor 105 und
mehrere Querbeschleunigungssensoren 104b und 104b' dargestellt,
wobei die Querbeschleunigungssensoren 104b und 104b' an verschiedenen
Stellen des Fahrzeugs angebracht sind. Aus den Signalen aller vier
Sensorkonfigurationen können
die beschriebenen reglerinternen Größen abgeleitet werden. Erfindungsgemäß wird nun der
zweite Reglerteil 101 in zwei Bereiche aufgeteilt, wobei
ein erster Bereich an die jeweils gewählte Sensorkonfiguration 801, 802, 803 oder 804 angepaßt ist,
während
der zweite Bereich 101a unabhängig von der Wahl der jeweiligen
Sensorkonfiguration nur die sensorkonfigurationsunabhängigen reglerinternen
Größen verarbeitet
und die Ansteuersignale Sij ausgibt. Hierzu ist der erste Bereich 101b derart
ausgelegt, daß ausgehend
von den Sensorsignalen einer Sensorkonfiguration die reglerinternen
Größen gebildet
werden.
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Durch
diese Unterteilung in einen sensorkonfigurationsunabhängigen Teil 101a und
einen sensorkonfigurationsabhängigen
Teil 101b wird die Flexibilität des erfindungsgemäßen Regelsystems nochmals
erhöht.
Soll nun die erfindungsgemäße Regelung
an ein Fahrzeug angepaßt
werden, so ist lediglich notwendig, den Teil 101b an die
jeweils vorhandene Sensorkonfiguration anzupassen, während der
Reglerteil 101a unverändert
bleiben kann. Hierdurch wird ein geringer Entwicklungs- beziehungsweise
Applikationsaufwand ermöglicht.
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Um
auch zu diesem Teil der Erfindung mehr ins Detail zu gehen, soll
nochmals auf die 2, 3, 4 und 5 hingewiesen
werden. Die schon beschriebenen Blöcke in diesen Figuren sind jeweils
in zwei Bereiche mit der Kennzeichnung a und der Kennzeichnung b
aufgeteilt. Dies entspricht jeweils dem beschriebenen sensorkonfigurationsunabhängigen Teil
(Kennzeichnung mit dem Buchstaben a) und dem sensorkonfigurationsabhängigen Teil (Kennzeichnung
mit dem Buchstabenzusatz b). So werden also die Fahrdynamikmodule
Situationserkennung, Sollwertvorgabe und Fahrzeugregelung in sensorkonfigurationsunabhängige und
sensorkonfigurationsabhängige
Bereiche aufgespalten. In den sensorkonfigurationsunabhängigen Bereichen
(beispielsweise Fahrzeugmodell, Reglerkern) wird die Fahrzeugbewegungsgröße fzist beziehungsweise fzsoll verwendet,
die immer gleich normiert ist (zum Beispiel auf Querbeschleunigung
oder Giergeschwindigkeit). Bei der Wahl einer anderen Sensorkonfiguration ändern sich
diese Bereiche nicht. Mögliche
sensorkonfigurationsabhängige
Bereiche sind:
- – Berechnung der Fahrzeugbewegungsgröße aus den
jeweiligen Sensorgrößen (Blöcke 302 und 501).
- – Funktionen,
die mit verschiedenen Sensorkonfigurationen unterschiedlich realisiert
werden (zum Beispiel Schleudererkennung 401).
- – Sensorkonfigurationsabhängige Verbesserung der
Grundfunktion (zum Beispiel Teile des Zusatzreglers 310).
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Zusammenfassend
läßt sich
zu dem vorgestellten Ausführungsbeispiel
folgendes sagen:
Das im Ausführungsbeispiel vorgestellte
Fahrdynamikregelungssystem baut auf verschiedenen Stand alone Serienreglern
auf (Antiblockiersystem, Antriebsschlupfregelung, Getriebesteuerung).
Die Standardsensorik besteht beispielsweise bei einem Antiblockiersystem
oder einer Antriebsschlupfregelung in erster Linie aus den Raddrehzahlsensoren.
Bei einer Getriebesteuerung werden zusätzlich im allgemeinen noch
die Motordrehzahl und/oder die Getriebeeingangsdrehzahl sowie die
Abtriebsdrehzahl am Getriebe und die Motorlast gemessen. Zusätzlich zu
dieser Standardsensorik werden nun der Lenkwinkel und die Giergeschwindigkeit
und/oder die Querbeschleunigung des Fahrzeugs über Sensoren erfaßt. Weitere
benötigte
Größen werden
auf Basis der vorhandenen Sensorik geschätzt. Das Hauptziel des beschriebenen
Ausführungsbeispiels
besteht darin, daß Fahrzeug
in kritischen Fahrsituationen zu stabilisieren. Die Verbesserung
der Stabilisierung in kritischen Fahrzuständen ist insbesondere aber
nicht nur bei starken Bremsmanövern
zu gewährleisten.