-
Die
Erfindung betrifft ein Bremssystem für Kraftfahrzeug.
-
Insbesondere
betrifft die Erfindung das Erstellen von Sollwerten oder Verlangsamungsbefehlen,
die dazu bestimmt sind, an die Bremsbetätiger eines Kraftfahrzeugs
angewandt zu werden.
-
Wie
bekannt, nimmt der Fahrer eines Kraftfahrzeugs, wenn er sein Fahrzeug
anhalten will, oft ein Dosieren der Kraft vor, die auf das Bremspedal
beim Annähern
an den Stillstand angelegt wird, um zu vermeiden, dass sich ein
Ruck ergibt, der für
die Insassen des Fahrzeugs unangenehm ist. Dieser Ruck ergibt sich
aus dem Unterschied zwischen der Beschleunigung des Fahrzeugs im
Laufe des Bremsens, die einen stark negativen Wert hat, und der
Beschleunigung des Fahrzeugs beim Stillstand, die gleich Null ist.
-
Um
daher diesen Nachteil zu vermeiden, muss der Fahrer den Druck modulieren,
den er auf das Bremspedal anlegt, indem er diesen Druck mehr oder
minder kurz vor dem Stehenbleiben des Fahrzeugs allmählich nachlässt.
-
Dieses
Dosieren hängt
von der Amplitude der Bremskraft ab, die an die Bremsscheiben angelegt
wird, von dem Gesetz, das den Hub des Pedals und das erzielte Bremsen
verbindet, sowie von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Der Fahrer
muss daher sein Fahrzeug gut kennen und ausreichend konzentriert
sein, um sein Fahrzeug bequem anzuhalten.
-
Angesichts
des oben Gesagten, besteht das Ziel, das die Erfindung verwirklichen
will, darin, ein Bremssystem sowie ein Verfahren zum Erstellen eines
Verlangsamungssollwerts für
Kraftfahrzeug-Bremsbetätiger,
zu liefern, die es erlauben, unangenehme Rucke zu eliminieren, die
die Insassen eines Fahrzeugs im Laufe seines kompletten Stehenbleibens
empfinden, ohne eine besondere Aktion seitens des Fahrers zu benötigen.
-
Ein
Bremssystem und ein Verfahren zum Erstellen eines Verlangsamungssollwerts
gemäß den Oberbegriffen
der Ansprüche
1 und 7 sind in dem Dokument
US
4 760 529 beschrieben.
-
Erfindungsgemäß wird ein
Bremssystem für
Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das Bremsbetätiger und einen zentralen Rechner
aufweist, der Mittel aufweist, um einen Verlangsamungssollwert ausgehend
von einem Bremssollwert zu erstellen, der aus dem Betätigen eines
Bremspedals des Fahrzeugs hervorgeht, um das Verlangsamen des Fahrzeugs
von dem Verlangsamungssollwert abhängig zu machen.
-
Gemäß einem
allgemeinen Merkmal dieses Bremssystems weist der Rechner Mittel
auf, um einen gedämpften
Verlangsamungssollwert ausgehend von einem Differential des Beschleunigungssollwerts
des Fahrzeugs, der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und von einem Endverlangsamungssollwert,
der bis zum Stillstehen des Fahrzeugs zu erreichen ist, zu berechnen,
wobei der Verlangsamungssollwert aus dem Mindestwert zwischen dem
gedämpften
Verlangsamungssollwert und dem Bremssollwert besteht.
-
Der
Fahrer des Fahrzeugs wird daher bei dem Anhalten seines Fahrzeugs
unterstützt
und ist nicht mehr gezwungen, sein Bremsen zu dosieren, insofern
als das Bremssystem es übernimmt,
ein automatisches und allmähliches
Verringern der Bremskraft sicherzustellen, bis eine Verlangsamung
erzielt wird, die einem zu erreichenden Endverlangsamungssollwert
entspricht.
-
Ferner
behält
der Fahrer die Beherrschung des Bremsens seines Fahrzeugs, denn
ein größeres Hineindrücken des
Pedals bewirkt eine Steigerung der Bremskraft, und ein Freigeben
verringert diese Letztere. Außerdem
kann die Amplitude des abschließenden
Rucks beherrscht werden, denn das abschließende Verlangsamen kann einen
Einstellparameter des erfindungsgemäßen Bremssystems bilden.
-
Außerdem hängt das
Dämpfen
des Bremsens von der Dringlichkeit des Bremsens ab. Die Parameter des
Bremssystems hängen
von der Fahrsituation ab. In einer Notsituation kann das System
inhibiert werden, um beim Bremsen nicht einzugreifen.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung wird der gedämpfte Verlangsamungssollwert γa gemäß der folgenden
Formel erstellt:
in welcher:
- γf
- der Endverlangsamungssollwert
ist,
- V
- die Geschwindigkeit
des Fahrzeugs ist, und
- W
- das Differential des
Beschleunigungssollwerts des Fahrzeugs ist.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung weist der Rechner Mittel zu Berechnen
eines Werts des Differentials W des Beschleunigungssollwerts des
Fahrzeugs auf, die es erlauben, eine Steigerung X des Bremswegs
des Fahrzeugs zu erzielen, die aus dem Anwenden eines gedämpften Verlangsamungssollwerts gemäß der folgenden
Gleichung hervorgeht:
bei der γc der Bremssollwert ist.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform
weist der Rechner ferner Mittel auf, um eine Verlangsamungskomponente
zu berücksichtigen,
die direkt ausgehend von einer Aktion auf das Bremspedal erstellt wird,
sowie eine externe Störungskomponente,
die auf das Verlangsamen des Fahrzeugs einwirken kann, wobei die
Summe der Verlangsamungskomponente und der externen Störungskomponente
den Bremsbefehl bildet.
-
Es
ist auch möglich,
jeden Typ von Störung,
der das Bremsen stören
kann, zu berücksichtigen,
und insbesondere das Verringern der Verlangsamung des Fahrzeugs
bis zu dem abschließenden
Verlangsamen, insbesondere die Störung, die aus dem Fahren des
Fahrzeugs auf einer Steigung hervorgeht.
-
Diese
Störung
kann ausgehend von Werten berechnet werden, die von Sensoren geliefert
werden, oder die aus Mitteln stammen, die die Störungskomponente ausgehend von
einer Modellierung des Bremssystems schätzen können.
-
Erfindungsgemäß wird auch
ein Verfahren zum Erstellen eines Verlangsamungssollwerts für Bremsbetätiger für Kraftfahrzeug
vorgeschlagen, das anhand eines wie oben definierten Bremssystems
umgesetzt wird.
-
Dieses
Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte aufweist,
die aus Folgendem bestehen:
- – Berechnen
des Werts des Differentials der Sollwertbeschleunigung des Fahrzeugs
ausgehend von einem Bremssollwert, der sich aus dem Betätigen eines
Bremspedals des Fahrzeugs, einer Steigerung X des Bremswegs des
Fahrzeugs, die sich aus dem Anwenden eines gedämpften Verlangsamungssollwerts
und aus einem Endverlangsamungssollwert, der bis zum Stillstehen
des Fahrzeugs zu erreichen ist, ergibt,
- – Berechnen
des Werts eines gedämpften
Verlangsamungssollwerts ausgehend von dem berechneten Wert des Beschleunigungssollwertdifferentials
ausgehend von dem Endverlangsamungssollwert und der Geschwindigkeit
des Fahrzeugs, und
- – Bestimmen
des Mindestwerts zwischen dem gedämpften Verlangsamungssollwert
und dem Bremssollwert, der sich aus dem Betätigen des Bremspedal des Fahrzeugs
ergibt, wobei der Verlangsamungssollwert ausgehend von dem so bestimmten
Mindestwert erstellt wird.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
dieses Verfahrens und vor dem Berechnen des Differentials des Beschleunigungssollwerts,
berechnet man den Bremssollwert durch Berechnen der Summe eines
Verlangsamungssollwerts, der direkt ausgehend von einer Aktion auf
das Bremspedal erstellt wird, und einer Verlangsamungskomponente,
die aus Störungen
hervorgeht, die auf das Bremsen einwirken können.
-
Gemäß einer
weiteren Umsetzung dieses Verfahrens und vor dem Berechnen des Differentials
des Beschleunigungssollwerts berechnet man einen Endverlangsamungssollwert
durch Extrahieren des maximalen Werts zwischen dem Endverlangsamungssollwert
und der Verlangsamungskomponente.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und nach dem Schritt des Bestimmens des Mindestwerts zwischen dem
gedämpften
Verlangsamungssollwert und dem Bremssollwert, berechnet man den
Bremsbefehl durch Summieren des Mindestwerts mit der Verlangsamungskomponente,
die sich aus Störungen
ergibt, die auf das Bremsen einwirken können.
-
Weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich bei der
Lektüre
der folgenden Be schreibung, die allein beispielhaft und nicht einschränkend gegeben
wird und sich auf die anliegenden Zeichnungen bezieht, auf welchen:
-
1 die
allgemeine Struktur eines Bremssystems für Kraftfahrzeug veranschaulicht,
-
2 ein
Wirkbild ist, das die allgemeine Struktur eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Bremssystems veranschaulicht,
-
3 Kurven
zeigt, die die Variation der Verlangsamung des Fahrzeugs in Abhängigkeit
von seiner Geschwindigkeit für
verschiedene Bremssollwerte gibt, die durch den Fahrer des Fahrzeugs
auferlegt werden,
-
4 ein
Organigramm ist, das die wichtigsten Phasen des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Erstellen des Verlangsamungssollwerts zeigt,
-
5 eine
Kurve ist, die die Variation des Verlangsamungssollwerts zeigt,
die an die Bremsbetätiger des
Fahrzeugs in Abhängigkeit
von der Zeit angewandt werden,
-
6 ein
Organigramm ist, das eine Variante der Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist, die die Gegenwart einer Störung
berücksichtigt,
und
-
7 die
Struktur eines erfindungsgemäßen Bremssystems,
gemäß einer
weiteren Ausführungsform, die
die Störungskomponente
ausgehend von einer Modellierung des Systems bestimmen kann, veranschaulicht.
-
In 1 wurde
ein Kraftfahrzeug-Bremssystem dargestellt.
-
Auf
dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 10 den zentralen
Rechner, der an Bord des Fahrzeugs mitgeführt wird, und das Bezugszeichen 12 bezeichnet
die vier Bremsbetätiger
des Fahrzeugs.
-
Dieses
Bremssystem weist eine Einheit von Sensoren zum Messen der Drehzahl
der Räder
des Fahrzeugs auf, wie zum Beispiel 14, sowie einen Sensor 16 zum
Messen der Position des Bremspedals des Fahrzeugs.
-
Der
Rechner 10 umfasst Softwaremittel, die es erlauben, einen
Verlangsamungssollwert ausgehend von einem Bremssollwert zu erstellen,
der ausgehend von der Position des Bremspedals erstellt wurde, die aus
dem Sensor 16 stammt, um das Verlangsamen des Fahrzeugs
abhängig
zu machen.
-
Um
insbesondere jedes Rucken zu vermeiden, ja sogar einzuschränken, das
beim kompletten Stehenbleiben des Fahrzeugs auftreten kann, umfasst
der Rechner 10 Mittel, um einen gedämpften Verlangsamungssollwert
zu berechnen, der in Abhängigkeit
von der Zeit und bis zu einem Endverlangsamungsniveau geringer wird,
das ausreichend klein ist, um eine solche Zielsetzung zu verwirklichen.
-
Der
an die Bremsbetätiger 12 des
Fahrzeugs angewandte Verlangsamungssollwert besteht daher aus dem
Mindestwert zwischen dem Verlangsamungssollwert, der sich aus dem
Anwenden einer Bremskraft auf das Bremspedal ergibt, und dem Verlangsamungssollwert,
der so berechnet wird.
-
In 2 wurde
ein allgemeines Blockschaltbild dargestellt, das das Bilden der
Softwarearchitektur des Rechners 10 veranschaulicht, die
einerseits das Berechnen des gedämpften
Sollwerts γa
erlaubt und andererseits das Erstellen des Bremsbefehlswerts C,
der dazu bestimmt ist, an die Bremsbetätiger angewandt zu werden.
-
Wie
man in dieser Figur sieht, umfasst der Rechner 10 ein erstes
Softwaremodul 18, das dazu bestimmt ist, den Wert γa des gedämpften Verlangsamungssollwerts
einerseits ausgehend von dem Bremssollwert γc, der von dem Fahrer angelegt
wird, von der Geschwindigkeit V des Fahrzeugs und optional aus den Störungen δ des Fahrzeugs
und andererseits von einstellbaren Parametern zu berechnen, die
aus der Steigerung X des Bremswegs im Vergleich zu einem Bremsen
ohne gedämpftes
Verlangsamen und aus dem Endverlangsamungswert γf bestehen, der bis zum kompletten
Stillstehen des Fahrzeugs zu erreichen ist, um Rucke beim Bremsen
zu vermeiden oder einzuschränken.
-
Ferner
umfasst der Rechner 10 ein zweites Softwaremodul 20,
das dazu bestimmt ist, den Befehl C durch Bestimmen des Mindestwerts
zwischen dem gedämpften
Verlangsamungssollwert γa
und dem Bremssollwert γc
zu berechnen.
-
Was
das Berechnen des gedämpften
Verlangsamungssollwerts betrifft, berechnet das erste Modul
18 diesen
gedämpften
Verlangsamungssollwert γa
ausgehend von dem Endverlangsamungssollwert und dem Jerk oder Differential
W der Sollbeschleunigung des Fahrzeugs, ausgehend von der folgenden
Beziehung:
-
Der
Jerk wird mit der folgenden Gleichung berechnet:
-
Diese
Berechnungen erlauben das Erstellen eines Verlangsamungsprofils,
das, ausgehend von der von dem Fahrer verlangten Verlangsamung das
Stehenbleiben des Fahrzeugs mit einer Endverlangsamung γf auferlegt
und gleichzeitig eine Steigerung des Bremswegs gleich X garantiert.
-
Der
Fahrer behält
daher die Beherrschung über
sein Bremsen, denn wenn γc
zunimmt, verringert sich der Referenzbremsweg, und der gedämpfte Sollwert
wird sofort erhöht.
-
In 3 wurde
nämlich
die Entwicklung des gedämpften
Verlangsamungssollwerts γa
in Abhängigkeit von
der Geschwindigkeit V für
verschiedene Bremssollwerte γc,
die von dem Fahrer auferlegt werden, dargestellt.
-
Unten
werden in Bezugnahme auf 4 die verschiedenen Phasen des
Verfahrens zum Erstellen des Verlangsamungssollwerts beschrieben,
der dazu bestimmt ist, an die Bremsbetätiger 12 des Fahrzeugs
angewandt zu werden.
-
Im
Laufe eines ersten Schritts 22 des Verfahrens erstellt
der Rechner 10 den Bremssollwert γc, der von dem Fahrer des Fahrzeugs
auferlegt wird, ausgehend von der Position P des Bremspedals, die
aus dem Sensor 16 stammt.
-
Im
darauf folgenden Schritt 24 nimmt der Rechner 10 einen
Vergleich zwischen dem Bremssollwert γc, der so berechnet wurde, und
dem Endverlangsamungssollwert γf
derart vor, dass bestimmt wird, ob der von dem Fahrer auferlegte
Bremssollwert niedriger ist als der Endverlangsamungssollwert.
-
Ist
das der Fall, wird der Verlangsamungssollwert C von dem Bremssollwert γc gebildet
(Schritt 26).
-
Ist
das jedoch nicht der Fall, das heißt, wenn der Bremssollwert
größer ist
als der Endverlangsamungssollwert, nimmt der Rechner 10 in
der darauf folgenden Phase 28 die Berechnung eines gedämpften Verlangsamungssollwerts
und eines Verlangsamungssollwerts C vor.
-
Dazu
berechnet der Rechner 10 im darauf folgenden Schritt 30 den
Jerk W ausgehend von dem Bremssollwert γc, der zu erzielenden Steigerung
des Bremswegs und der zu erzielenden Endverlangsamung γf mit Hilfe
der Gleichung (2), die oben erwähnt
wurde.
-
In
dem darauf folgenden Schritt 32 nimmt der Rechner 10 die
Berechnung der gedämpften
Verlangsamung γa
gemäß der Gleichung
(1), die oben erwähnt
wurde, vor. Der Mindestwert zwischen dem Bremssollwert γc und dem
gedämpften
Verlangsamungssollwert γa
wird als Verlangsamungssollwert C verwendet.
-
Wie
man in 5 sieht, nimmt die so erzielte Verlangsamung in
Abhängigkeit
von der Zeit von t0 bis tr bis zu dem Endverlangsamungswert γf ab, der
es am besten erlaubt, jedes Rucken beim Bremsen zu eliminieren.
-
Unter
Bezugnahme auf 6, ist es gemäß einer
weiteren Umsetzungsart eines erfindungsgemäßen Verfahrens ebenfalls möglich, Störungen zu
berücksichtigen,
die sich auf das Verlangsamen des Fahrzeugs auswirken können, wie
zum Beispiel das Fahren des Fahrzeugs auf Steigung. Es wird zuerst
davon ausgegangen, dass der Wert der Steigung δ ein Parameter ist, der mit
Hilfe entsprechender Sensoren gemessen wird. Es wird vereinbart,
dass diese Steigung δ beim
Aufwärtsfahren
negativ ist, denn sie trägt
zu einer negativen Beschleunigung des Fahrzeugs bei.
-
Bei
einer Steigung müssen
die vorhergehenden Berechnungen erneuert werden, denn das Verlangsamen
ist nicht mit dem Befehl gleich, der angewandt wurde, sondern mit
der Summe des Bremsens und der Verlangsamung aufgrund der Steigung.
-
In
diesem Fall und nach Umsetzen eines Schritts 34 zum Berechnen
des Bremssollwerts γc
ausgehend von der Position P des Bremspedal des Fahrzeugs, berechnet
der Rechner 10 als Bremssollwert den Unterschied zwischen
dem Bremssollwert, der so berechnet wurde, γc, und der Steigung δ, so dass γc = φ – δ.
-
In
dem darauf folgenden Schritt 36 nimmt der Rechner 10 einen
Vergleich zwischen dem Bremssollwert γc, der so erstellt wurde, und
dem größeren Wert
zwischen der Steigung und der Endverlangsamung vor.
-
Die
Endverlangsamung kann nämlich
nicht frei auferlegt werden. Beim Aufwärtsfahren kann die Endverlangsamung
nicht kleiner sein als die auf die Steigung zurückzuführende Verlangsamung.
-
In
dem Fall, in dem γc
kleiner ist als max(–δ, γf), besteht
der Verlangsamungssollwert C aus dem Bremssollwert γc, der von
dem Fahrer auferlegt wird.
-
Ist
das nicht der Fall, nimmt der Rechner 10 bei dem darauf
folgenden Schritt 38 einerseits die Berechnung des Jerk
W (Schritt 40) ausgehend von dem Bremssollwert γc, der von
dem Fahrer auferlegt wird, der Endverlangsamung, bestehend aus dem
maximalen Wert zwischen der Steigung und dem Endverlangsamungssollwert
und der zu erzielenden Steigerung des Bremswegs X vor, und berechnet
andererseits die gedämpfte
Verlangsamung γa
(Schritt 42) ausgehend von dem Jerk W, der so berechnet
wurde, und von der Geschwindigkeit V des Fahrzeugs.
-
In
dem darauf folgenden Schritt 44 und wie bei der zuvor erwähnten Ausführungsform,
wird der Mindestwert zwischen der gedämpften Verlangsamung γa und dem
Bremssollwert γc
extrahiert, um einen Verlangsamungssollwert γ zu erstellen, und dann wird
in Schritt 46 der Verlangsamungssollwert C, der zu verwenden
ist, berechnet, indem der zuvor berechnete Verlangsamungssollwert γ und die
Steigung δ summiert
werden.
-
Oben
wurde davon ausgegangen, dass das Fahrzeug mit Sensoren versehen
ist, die es erlauben, die Störungskomponente
in der Verlangsamung des Fahrzeugs, insbe sondere die Steigung zu
bestimmen.
-
Bei
Fehlen solcher Sensoren, kann diese Störungskomponente ausgehend von
einer Modellierung des Bremssystems des Fahrzeugs geschätzt werden.
-
In 7 wurde
die Softwarestruktur des Rechners 10 gemäß dieser
Ausführungsform
dargestellt.
-
In
diesem Fall umfasst der Rechner 10 einen Beobachter 48,
der ein Modell des Bremssystems besitzt und die Geschwindigkeit
sowie die Störungen
während
des Bremsens ausgehend von einer Messung der Geschwindigkeit V des
Fahrzeugs und dem an die Bremsbetätiger gesendeten Befehl K schätzt.
-
Er
liefert daher dem ersten Modul 18 zum Berechnen der gedämpften Verlangsamung γa einen geschätzten Geschwindigkeitswert ^V und einen geschätzten Störungswert ^δ, die gemeinsam mit dem
von dem Fahrer auferlegten Bremssollwert γc, der zu erzielenden Steigerung
des Bremswegs X und einer zu erzielenden Endverlangsamung γf das Berechnen
dieser gedämpften
Verlangsamung γa
erlauben, die, wie oben angegeben, von dem zweiten Modul 20 verwendet
wird, um den Verlangsamungssollwert C zu liefern.
-
Was
den Beobachter
48 betrifft, berechnet dieser die geschätzte Geschwindigkeit
^V und die Störungen
^δ ausgehend von den folgenden
Zustandsgleichungen:
wobei F(u) die Bremskraft
bezeichnet, die an die Bremsbetätiger
angelegt wird.
-
In
Zustandsform wird der Beobachter daher wie folgt geschrieben:
