Fahrstabilitätsregler mit reibwertabhängiger Begrenzung der Referenzgierrate
Die Erfindung betrifft einen Regelkreis zur Regelung der Fahrstabilität. Derartige Regelkreise haben die Aufgabe, das Fahrverhalten des Fahrzeugs in Abhängigkeit von dem Fahrerwunsch zu verbessern. Beispielsweise soll aufgrund der
Steuerung des Bremsdrucks an den einzelnen Rädern dafür gesorgt werden, daß durch Ausnutzung des hierdurch
gebildeten Drehmoments am Fahrzeug dieses dem Fahrerwunsch auch dann folgt, wenn aufgrund der äußeren Gegebenheiten ( z .B . glatte Fahrbahn) das Fahrzeug diesem Fahrerwunsch ohne ein zusätzliches korrigierendes Drehmoment nicht folgen würde. Das kann beispielsweise dann passieren, wenn der Fahrer auf einer vereisten Fahrbahn eine Kurve fahren möchte, das Fahrzeug aber trotz eingeschlagener Lenkräder geradeaus bewegt.
Prinzipiell ist somit erwünscht, daß das Fahrzeug dem eingeschlagenen Lenkradwinkel folgt. Es gibt nun allerdings auch Zustände, bei denen es für den Fahrer gefährlich werden kann, wenn der korrigierende Regelkreis das Fahrzeug zwingt, dem vom Fahrer eingestellten Lenkradwinkel bedingungslos zu folgen. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn der Fahrer, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten, den
Lenkwinkel versehentlich zu stark einschlägt. Während hier ohne Regelkreis der für den Fahrer günstigere Fall eintreten kann, daß das Fahrzeug gegenüber dem eingestellten Lenkradwinkel erheblich untersteuert und somit im wesentlich geradeaus fährt, würde im Normalfall der oben geschilderte
Regelkreis bedingungslos dafür sorgen, daß das Fahrzeug dem zu groß eingestellten Lenkradwinkel folgt. Als Folge davon beginnt das Fahrzeug in Form einer Schleuderbewegung sich um die eigene Achse zu drehen, während der Schwerpunkt des
Fahrzeugs sich geradeaus bewegt.
Als Abhilfe hierzu ist bereits vorgeschlagen, für den Fall zu großer Lenkwinkeleinschläge, den durch den Regelkreis erzwungenen Schwimmwinkel des Fahrzeugs zu begrenzen. Der Schwimmwinkel ist der Winkel, dessen Schenkel die Fahrtrichtung des Fahrzeugs und dessen Längsachse bilden (siehe Fig. 12). Eine derartige Schwimmwinkelbegrenzung ist nur relativ schwer darzustellen, da die hierzu notwendigen
Fahrzeugmodelle recht komplex aufgebaut sind. Derartige
Modelle neigen auch erheblich zu Fehlern, da sich die
notwendigerweise zu bestimmende Querbeschleunigung des
Fahrzeugs nur schwer messen läßt.
Die Erfindung geht daher aus von einem Regelkreis der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gattung. Aufgabe der Erfindung ist es, die Gierrate mit Hilfe anderer, leichter meßbarer Parameter zu begrenzen. Die Aufgabe wird durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ergebende Merkmalskombination gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, den augenblicklich geltenden Reibwert zu
ermitteln, einen für die Rechnung maximalen Reibwert festzulegen und aufgrund dieses festgelegten Reibwertes unter Berücksichtigung anderer durch Modellversuche ermittelter Werte die maximal zulässige Gierrate festzulegen, welche durch das Ausgangssignal des Fahrzeugmodells nicht überschritten werden darf.
Um die Rechnungen innerhalb des Fahrzeugmodells zu vereinfachen und um auf einfache Rechenregeln zu kommen, empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 2. Danach wird aus dem festgelegten maximalen
Reibwert die höchste zulässige Querbeschleunigung bestimmt und aus dieser wiederum über die bestehende Fahrgeschwindigkeit der Grenzwert der Sollgierrate festgelegt.
Um die Rechengrößen, die zu der oben beschriebenen Rechnung benötigt wird, festzulegen, werden diese Größen in einfacher Weise aus dem Modell der stationären Kreisfahrt bestimmt
(siehe Anspruch 3).
Ein Ausführungbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Dabei ergibt sich der allgemeine Aufbau einer erfindungsgemäßen Regelung aus den Abschnitten 1 und 2.1 der Beschreibung.
System zur Fahrstabilitätsregelung
1. Allgemeine Struktur der Fahrstabilitätsregelung (FSR)
Unter dem Begriff Fahrstabilitätsregelung (FSR) vereinigen sich vier Prinzipien zur Beeinflussung des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs mittels vorgebbarer Drücke in einzelnen
Radbremsen und mittels Eingriff in das Motormanagement des Antriebsmotors. Dabei handelt es sich um Bremsschlupf-regelung (ABS), welche während eines Bremsvorgangs das Blockieren einzelner Räder verhindern soll, um Antriebsschlupfregelung (ASR), welche das Durchdrehen der angetriebenen Räder
verhindert, um elektronische Bremskraftverteilung (EBV), welche das Verhältnis der Bremskräfte zwischen Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs regelt, sowie um eine Giermomentregelung (GMR), welche für stabile Fahrzustände beim
Durchfahren einer Kurve sorgt.
Mit Fahrzeug ist also in diesem Zusammenhang ein Kraftfahrzeug mit vier Rädern gemeint, welches mit einer hydraulischen Bremsanlage ausgerüstet ist. In der hydraulischen Bremsanlage kann mittels eines pedalbetätigten Hauptzylinders vom Fahrer
ein Bremsdruck aufgebaut werden. Jedes Rad besitzt eine
Bremse, welcher jeweils ein Einlaßventil und ein Auslaßventil zugeordnet ist. Über die Einlaßventile stehen die Radbremsen mit dem Hauptzylinder in Verbindung, während die Auslaßventile zu einem drucklosen Behälter bzw. Niederdruckspeicher führen. Schließlich ist noch eine Hilfsdruckquelle vorhanden, welche auch unabhängig von der Stellung des Bremspedals einen Druck in den Radbremsen aufzubauen vermag. Die Einlaß- und
Auslaßventile sind zur Druckregelung in den Radbremsen
elektromagnetisch betätigbar.
Zur Erfassung von fahrdynamischen Zuständen sind vier
Drehzahlsensoren, pro Rad einer, ein Giergeschwindigkeitsmesser, ein Querbeschleunigungsmesser und mindest ein
Drucksensor für den vom Bremspedal erzeugten Bremsdruck vorhanden. Dabei kann der Drucksensor auch ersetzt sein durch einen Pedalweg- oder Pedalkraftmesser, falls die
Hilfsdruckquelle derart angeordnet ist, daß ein vom Fahrer aufgebauter Bremsdruck von dem der Hilfsdruckquelle nicht unterscheidbar ist.
Vorteilhafterweise wird bei einer solchen Vielzahl von
Sensoren eine Fall-back-Lösung verwirklicht. Das bedeutet, daß bei Ausfall eines Teils der Sensorik jeweils nur der
Bestandteil der Regelung abgeschaltet wird, der auf diesen Teil angewiesen ist. Fällt beispielsweise der Giergeschwindigkeitsmesser aus, so kann zwar keine Giermomentregelung vorgenommen werden, ABS, ASR und EBV sind aber weiter funktionstüchtig. Die Fahrstabilitätsregelung kann also auf diese drei übrigen Funktionen begrenzt werden.
Bei einer Fahrstabilitätsregelung wird das Fahrverhalten eines Fahrzeugs derart beeinflußt, daß es für den Fahrer in
kritischen Situationen besser beherrschbar wird oder daß kritische Situationen von vornherein vermieden werden. Eine kritische Situation ist hierbei ein instabiler Fahrzustand, in
welchem im Extremfall das Fahrzeug den Vorgaben des Fahrers nicht folgt . Die Funktion der Fahrstabilitätsregelung besteht also darin, innerhalb der physikalischen Grenzen in derartigen Situationen dem Fahrzeug das vom Fahrer gewünschte
Fahrzeugverhalten zu verleihen.
Während für die Bremsschlupfregelung, die Antriebsschlupfregelung und die elektronische Bremskraftverteilung in erster Linie der Längsschlupf der Reifen auf der Fahrbahn
von Bedeutung ist, fließen in die Giermomentregelung (GMR) weitere Größen ein, beispielsweise die
Gierwinkelgeschwindigkeit
.
Zur Giermomentregelung kann auf unterschiedliche FahrzeugReferenzmodelle zurückgegriffen werden. Am einfachsten gestaltet sich die Berechnung anhand eines Einspur-Modells, d.h. daß Vorderräder und Hinterräder in diesem Modell jeweils paarweise zu einem Rad zusammengefaßt sind, welches sich auf der
Fahrzeuglängsachse befindet. Wesentlich komplexer werden
Berechnungen, wenn ein Zweispur-Modell zugrundegelegt wird. Da bei einem Zweispur-Modell aber auch seitliche Verschiebungen des Massenschwerpunkts (Wank-Bewegungen) berücksichtigt werden können, sind die Ergebnisse genauer.
Für ein Einspur-Modell stehen in Zustandsraumdarstellung die Systemgleichungen:
Der Schwimmwinkel ß und die Gierwinkelgeschwindigkeit
stellen die Zustandsgrößen des Systems dar. Die auf das
Fahrzeug einwirkende Eingangsgröße stellt dabei der
Lenkwinkel δ dar, wodurch das Fahrzeug die
Gierwinkelgeschwindigkeit
als Ausgangsgröße erhält. Die
Modellkoeffizienten cii sind dabei folgendermaßen gebildet:
Dabei stehen ch und cv für die resultierenden Steifigkeiten aus
Reifen-, Radaufhängungs- und Lenkungselastizität an der
Hinter- bzw. Vorderachse. lh und lv stehen für die Abstände der
Hinterachse und der Vorderachse vom Fahrzeugschwerpunkt, ⊝ ist das Gierträgheitsmoment des Fahrzeugs, also das
Trägheitsmoment des Fahrzeugs um seine Hochachse.
In diesem Modell werden Längskräfte und Schwerpunktverlagerungen nicht berücksichtigt. Auch gilt diese Näherung nur für kleine Winkelgeschwindigkeiten. Die Genauigkeit dieses Modells nimmt also mit kleineren Kurvenradien und größeren Geschwindigkeiten ab. Dafür ist jedoch der Rechenaufwand überschaubar. Weitere Ausführungen zu diesem Einspur-Modell finden sich im Buch "Fahrwerktechnik: Fahrverhalten" von Adam Zomotor, Vogel Buchverlag, Würzburg 1987.
In der DE- 40 30 704 A1 wird ein Zweispur-Modell für ein
Fahrzeug vorgeschlagen, welches in seiner Genauigkeit einem Einspur-Modell überlegen ist. Auch hier bilden die
Gierwinkelgeschwindigkeit
und der Schwimmwinkel ß die
Zuständgrößen. Bei der Verwendung eines Zweispur-Modells ist jedoch zu beachten, daß eine enorme Rechenkapazität benötigt wird, um in hinreichend kurzer Zeit einen
Regeleingriff vornehmen zu können.
Wie ein derartiges System zur Fahrstabilitätsregelung
gestaltet sein kann, wird im folgenden anhand von 29 Figuren beschrieben. Den einzelnen Figuren liegen dabei folgende
Gegenstände zugrunde:
Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Gesamtstruktur eines
Systems zur Fahrstabilitätsregelung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Struktur eines
Giermomentreglers,
Fig. 3 ein Flußdiagramm über die Ermittlung einer
Fahreituation, wie z.B. Kurvenfahrt,
Fig. 4 und 5 je ein Flußdiagramm über die Bestimmung des
Fahrbahnreibwertes, wobei Fig. 5 in Fig. 4 einzufügen ist,
Fig. 6 und 8 Blockschaltbilder über ein kombiniertes
Verfahren zur Bestimmung der aktuellen Werte der Schwimmwinkelgeschwindigkeit und des Schwimmwinkels in unterschiedlicher
Darstellungsweise,
Fig. 7 ein Blockschaltbild zur direkten Bestimmung der Schwimmwinkelgeschwindigkeit aus kinematischen Betrachtungen als Teil des kombinierten Verfahrens von Fig. 6,
Fig. 9 ein Regelkreis zur Fahrstabilitätsregelung mit von der Fahrgeschwindigkeit abhängigem Wechsel des Rechenmodells für das Fahrzeug,
Fig. 10 und 11 Diagramme, aus denen die Abhängigkeit der
Schräglaufwinkeldifferenz eines Fahrzeugs vom Schwimmwinkel und dem
Geschwindigkeitsvektor der einzelnen Räder entnommen werden kann,
Fig. 12 bis 15 ein Blockschaltbild einer Regelschaltung zur
Regelung der Fahrstabilität, bei der die in dem Vergleicher miteinander verglichenen Größen Ableitungen der Gierwinkelgeschwindigkeit darstellen,
Fig. 16 eine Regelschaltung zur Ermittlung der
Fahrstabilität, bei der als Regelgröße der Druckgradient und/oder die Ventilschaltzeit der Fahrzeugbremse Verwendung findet,
Fig. 17 Blockschaltbild zur Beschreibung des Reglers zur Berechnung des Zusatzgiermoments,
Fig. 18 Blockschaltbild zur Beschreibung eines
Tiefpaßfilters,
Fig. 19 Flußdiagramm zur Berechnung einer
korrigierten Sollgierwinkelgeschwindigkeit,
Fig. 20 Blockdiagramm zum Berechnen eines
korrigierten Zusatzgiermoments,
Fig. 21 schematische Darstellung eines
Kraftfahrzeugs,
Fig. 22 Blockschaltbild zur Beschreibung der
Verteilungslogik,
Fig. 23 schematische Darstellung eines
Kraftfahrzeugs und den angreifenden Kräften bei eingeschlagenem Lenkrad,
Fig. 24 Diagramm zur Beschreibung der Seiten- und
Längskraftbeiwerte in Abhängigkeit vom
Radschlupf,
Fig. 25A, B schematische Darstellung von Kraftfahrzeugen zur Beschreibung des unter- und
übersteuernden Verhaltens ,
Fig. 26 Flußdiagramm mit einer Entscheidungslogik innerhalb der Verteilungslogik,
Fig. 27 Blockschaltbild zur Berechnung von
Schaltzeiten für Ein- und Auslaßventile,
Fig. 28 Diagramm zur Beschreibung von
Zeitintervallen innerhalb eines
Berechnungsflugs,
Fig. 29 prinzipielles Blockschaltbild zur Bestimmung des Radbremsdruckes.
Eine generelle Beschreibung des Ablaufs einer Fahrstabilitätsregelung erfolgt nun anhand von Fig. 1.
Das Fahrzeug bildet die sogenannte Regelstrecke:
Das Fahrzeug 1 bildet die sogenannte Regelstrecke:
Auf das Fahrzeug 1 wirken die vom Fahrer gegebenen Größen
Fahrerbremsdruck PFahrer und Lenkwinkel δ. Am Fahrzeug 1 werden die hieraus resultierenden Größen Motoristmoment
M
Motist, Querbeschleunigung a
quer, Gierwinkelgeschwindigkeit ,
Raddrehzahlen und Hydrauliksignale wie Radbremsdrücke
gemessen. Zur Auswertung dieser Daten weist die FSR-Anlage vier elektronische Regler 7,8,9 und 10 auf, die jeweils dem Antiblockiersystem ABS, der Antriebsschlupfregelung ASR, der elektronischen Bremskraftverteilung EBV bzw. der
Giermomentregelung GMR zugeordnet sind. Die elektronischen Regler für ABS 7, ASR 8 und EBV- 9 können unverändert dem Stand der Technik entsprechen.
Die Raddrehzahlen werden den Reglern für das Antiblockier-system 7, die Antriebsschlupfregelung 8 und die elektronische Bremskraftverteilung 9 zugeführt. Der Regler 8 der Antriebsschlupfregelung erhält zusätzlich noch Daten über das
herrschende Motormoment, das Motoristmoment MMotist. Diese
Information geht auch dem Regler 10 zur Giermomentregelung GMR zu. Außerdem erhält er von Sensoren die Daten über die Querbeschleunigung a
quer und die Gierwinkelgeschwindigkeit des
Fahrzeugs. Da im Regler 7 des ABS über die Einzelraddrehzahlen der Fahrzeugräder ohnehin eine Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v
Ref ermittelt wird, anhand derer ein übermäßiger Bremsschlupf eines der Räder festgestellt werden kann, muß eine derartige Referenzgeschwindigkeit nicht im GMR-Regler 10 berechnet werden, sondern wird vom ABS-Regler 7 übernommen. Wo die
Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit berechnet wird oder ob zur Giermomentreglung eine eigene Berechnung vorgenommen wird, macht für den Ablauf der Giermomentregelung nur einen kleinen Unterschied. Dasselbe gilt beispielsweise auch für die
Längsbeschleuigung along des Fahrzeugs. Entsprechend könnte der Wert hierfür auch im ABS-Regler 7 ermittelt und an den GMR-Regler 10 weitergegeben werden. Für eine Bestimmung des Fahrbahnreibwertes μ gilt dies nur eingeschränkt, da zur
Giermomentregelung ein genauer bestimmter Reibwert
wünschenswert ist, als er für das Blockierschutzsystem
ermittelt wird.
Alle vier elektronischen Regler der FSR, also die Regler für GMR 10, ABS 7, ASR 8 und EBV 9 arbeiten parallel und
unabhängig voneinander anhand Ihrer eigenen Regelstrategien
Bremsdruckvorgaben PGMR, PABS, PASR, PEBV fur die einzelnen Räder aus.
Zusätzlich werden vom ASR-Regler 8 und vom GMR-Regler 10 parallel Vorgaben MASR und MstellM für das Motormoment
berechnet.
Die Druckvorgaben pGMR des GMR-Reglers 10 für die einzelnen Radbremsdrücke werden folgendermaßen ermittelt:
Der GMR-Regler 10 berechnet zunächst ein zusätzliches
Giermoment MG, welches zur Stabilisierung des Fahrzustandes innerhalb einer Kurve führt, wenn es durch entsprechende
Bremsbetätigung erzeugt wird. Diese MG wird einer
Verteilungslogik 2 zugeführt, welche auch als Teil des GMR-Reglers 10 dargestellt werden könnte. In diese
Verteilungslogik 2 fließt außerdem ein möglicherweise
vorhandener Fahrerwunsch zur Fahrzeugverzögerung ein, der anhand des Fahrerbremsdruckes PFahrer erkannt wird. Die
Verteilungslogik 2 berechnet aus dem vorgegebenen Giermoment MG und aus dem gewünschten Fahrerbremsdruck
Giermomentregelbremsdrücke pGMR für die Radbremsen, welche individuell für die einzelnen Räder sehr unterschiedlich sein können. Diese Giermomentregelbremsdrücke PGMR werden genauso wie die von den übrigen Reglern 7, 8 und 9 für ABS, ASR und EBV zur Funktionsoptimierung berechneten Druckvorgaben einer Prioritätsschaltung 3 für die Radbremsdrücke zugeführt. Diese Prioritätsschaltung 3 ermittelt unter Berücksichtigung des Fahrerwunsches Sollraddrücke psoll für eine optimale
Fahrstabilität. Diese Solldrücke können entweder den
Druckvorgaben eines einzelnen dieser vier Regler entsprechen oder aber eine Überlagerung darstellen.
Ähnlich wie mit den Radbremsdrücken wird mit dem Motormoment verfahren. Während ABS und EBV nur auf die Radbremsen
einwirken, ist bei GMR und ASR auch ein Eingriff in das
Motormoment vorgesehen. Die im GMR-Regler 10 und im ASR-Regler 8 separat berechneten Vorgaben MstellM und MASR für das
Motormoment werden wieder in einer Prioritätsschaltung 4 ausgewertet und zu einem Sollmoment überlagert. Dieses
Sollmoment MSoll kann jedoch genausogut nur der berechneten
Vorgabe eines der beiden Regler entsprechen.
Anhand der berechneten Soll-Vorgaben für den Radbremsdruck pSoll und für das Motormoment MSoll kann nun eine Fahrstabilitätsregelung durch Bremsen- und Motoreingriff vorgenommen werden. In die Drucksteuerung 5 fließen dazu noch
Hydrauliksignale oder Werte ein, die den tatsächlichen
Radbremsdruck wiedergeben. Die Drucksteuerung 5 erzeugt hieraus Ventilsignale, die an die Regelventile der einzelnen Radbremsen im Fahrzeug 1 abgegeben werden. Das Motormanagement 6 steuert nach Maßgabe von Msoll, den Antriebsmotor des
Fahrzeugs, wodurch wiederum eine geändertes Motoristmoment erzeugt wird. Hieraus ergeben sich dann jeweils wieder neue Eingangsgrößen für die vier elektronischen Regler 7, 8, 9 und 10 der FSR-Anlage.
2. Struktur des Giermomentreglers (GMR)
Fig. 2 zeigt in einem Blockschaltbild, wie innerhalb des GMR-Reglers 10 das Zusatzgiermoment MG für die Verteilungs-logik 2 ermittelt wird. Hierzu fließen als Eingangsgrößen der
Lenkwinkel δ, die Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit vRef aus dem
ABS-Regler 7, die gemessene Querbeschleunigung a
q sowie die gemessene Gierwinkelgeschwindigkeit
ein. Die
Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit vRef durchläuft einen Filter 17, welcher bei niedrigen Geschwindigkeiten einen konstanten Wert oberhalb Null ansetzt, damit bei weiteren Rechnungen der Nenner eines Bruchs nicht gleich Null wird. Der ungefilterte Wert von vRef wird lediglich einer Aktivierungslogik 11 zugeführt, welche Fahrzeugstillstand erkennt.
Diese direkte Erfassung der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit vRef durch die Aktivierungslogik 11 kann auch wegfallen, wenn angenommen wird, daß Fahrzeugstillstand vorliegt, wenn die gefilterte Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit vRefFil ihren konstanten Minimalwert einnimmt.
Im GMR-Regler ist ein Fahrzeugreferenzmodell 12 abgelegt, welches anhand des Lenkwinkels δ, der gefilterten Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit vRefFil sowie der gemessenen
Gierwinkelgeschwindigkeit eine Vorgabe für eine
Änderung der Gierwinkelgeschwindigkeit
berechnet.
Um die Vorgaben im physikalisch möglichen Rahmen zu
halten,wird zu diesen Rechnungen auch der Fahrbahnreibwert μ benötigt, der in einer Reibwert- und Situationserkennung 13 als Schätzwert
berechnet wird. Bei hinreichender Genauigkeit des im Rahmen der Antiblockierregelung ermittelten Reibwertes kann auch letzterer verwendet werden. Oder aber im ABS-Regler 7 wird der im GMR-Regler 10 berechnete Reibwert übernommen.
Die Reibwert- und Situationserkennung 13 verwendet für ihre Rechnungen die gefilterte Referenzgeschwindigkeit vRefFil, die gemessene Fahrzeugquerbeschleunigung aqueι, die gemessene
Gierwinkelgeschwindigkeit
, sowie den Lenkwinkel δ.
Die Situationserkennung unterscheidet verschiedene Fälle wie Geradeausfahrt, Kurvenfahrt, Rückwärtsfahrt und
Fahrzeugstillstand. Fahrzeugstillstand wird dann angenommen, wenn die gefilterte Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit vRefFil ihren konstanten Minimalwert einnimmt. Anstelle der
ungefilterten Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit kann also auch diese Information zur Erkennung eines Fahrzeugstillstandes der Aktivierungslogik 11 zugeführt werden. Zur Erkennung der Rückwärtsfahrt wird ausgenutzt, daß bei gegebenem Lenkwinkel δ die Gierwinkelgeschwindigkeit
entgegengesetzt orientiert
ist wie bei Vorwärtsfahrt. Hierzu wird die gemessene
Gierwinkelgeschwindigkeit
mit der vom Fahrzeugreferenzmodell 12 vorgegebenen Soll-Giergeschwindigkeit
verglichen. Wenn die Vorzeichen stets entgegengesetzt sind und dies auch für die zeitlichen Ableitungen der beiden Kurven gilt, so liegt eine Rückwärtsfahrt vor, da
stets für
Vorwärtsfahrt berechnet wird, weil gebräuchliche Drehzahlsensoren keine Information über die Raddrehrichtung erfassen.
Schließlich wird anhand der gefilterten Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v
RefFil, der gemessenen Fahrzeugquerbeschleunigung a
quer sowie der gemessenen Gierwinkelgeschwindigkeit
eine kinematische Schwimmwinkel-Geschwindigkeitsbestimmung, kurz kinematische
-Bestimmung
vorgenommen.
Um bei starken Schwimmwinkeländerungen Spitzen abzuschneiden, durchläuft der berechnete Wert der Schwimmwinkelgeschwindigkeit einen Tiefpaß 15 erster Ordnung, welcher einen Schätzwert für die Schwimmwinkelgeschwindigkeit an die Aktivierungslogik 11 und an ein Programm 16 zur Umsetzung des Giermomentregelgesetzes weitergibt. Das Programm 16 verwendet außerdem die Änderungsvorgaben
für die Gierwinkelgeschwindigkeit, welche sich als die Differenz aus der gemessenen
Gierwinkelgeschwindigkeit
und der anhand des Fahrzeugreferenzmodells 12 berechneten Soll-Gierwinkelgeschwindigkeit
darstellt. Hieraus wird das zusätzliche Giermoment M
G für das Fahrzeug ermittelt, welches über die Bremsdrücke vermittelt werden soll.
Das Programm 16 arbeitet permanent, um stets aktuelle
Regelgrößen parat zu haben. Ob diese Stellmomente aller dings an die in Fig. 1 dargestellte Verteilungslogik 2 weitergegeben werden, hängt von der Aktivierungslogik 11 ab.
Die Aktivierungslogik 11 empfängt nicht nur den Wert der ungefilterten Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit vRef und wie beschrieben den der Schwimmwinkelgeschwindigkeit , sondern
auch betragsmäßig die Abweichung
der Soll-Gierwinkelgeschwindigkeit
von der gemessenen Gierwinkelgeschwindigkeit
sowie eine Information aus der
Situationserkennung 13, wenn Rückwärtsfahrt vorliegt.
Befindet sich das Fahrzeug in Rückwärtsfahrt, so wird die Übertragung vom MG unterbrochen. Dasselbe gilt, wenn
Fahrzeugstillstand erkannt wird oder wenn weder die geschätzte
Schwimmwinkelgeschwindigkeit noch die Vorgabe für die
Gierwinkelgeschwindigkeitsänderung
einen Betrag erreichen, der eine Regelung erforderlich macht. Die logische Schaltung zur Berechnung des Motorstellmoments M
stellM ist nicht dargestellt.
2.1 Reibwert- und Situationserkennung
In Fig. 3, 4 und 5 sind in Form von Flußdiagrammen die
logischen Abläufe bei der Reibwert- und Situationserkennung 13 dargestellt.
Fig. 3 hat die Situationserkennung zum Gegenstand. Mit dem gezeigten Ablauf können acht verschiedene Fahrsituationen unterschieden werden:
<0> Fahrzeugstillstand
<1> konstante Geradeausfahrt
<2> beschleunigte Geradeausfahrt
<3> verzögerte Geradeausfahrt
<6> Rückwärtsfahrt
<7> konstante Kurvenfahrt
<8> beschleunigte Kurvenfahrt
<9> verzögerte Kurvenfahrt
Logische Verzweigungen sind im Flußdiagramm als Rauten dargestellt.
Ausgehend von einer gegebenen, zu bestimmenden Situation 51 wird zunächst in Raute 52 festgestellt, ob ein Fahrzeugstillstand vorliegt oder nicht. Nimmt die gefilterte
Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit vRefFil ihren Minimalwert vmin ein, so wird ein Fahrzeugstillstand, also Situation <0> angenommen. Liegt vRefFil über vmin, so wird in Raute 53 das
Ergebnis des vorhergehenden Durchlaufs der Situations-erkennung abgefragt.
Wenn die zuvor festgestellte Situation auf Rückwärtsfahrt, also auf Situation <6> erkannt wurde, so liegt auch weiterhin Rückwärtsfahrt vor, da zwischenzeitlich kein Fahrzeugstillstand eingetreten ist. Sonst wäre nämlich in Raute 52 zwischenzeitlich Situation <0> erkannt worden.
Hat der vorhergehende Durchlauf der Situationserkennung eine andere Situation als Situation <6> ergeben, so wird in Raute 54 die betragsmäßige Größe der Querbeschleunigung aquer abgefragt. Ist diese kleiner als ein bestimmter Schwellenwert aquer min, so wird angenommen, daß das Fahrzeug geradeaus fährt, daß also eine der Situationen <1> bis <3> vorherrscht. Dasselbe gilt, wenn zwar die gemessene Querbeschleunigung aquer betragsmäßig über dem Schwellenwert aquermin liegt, jedoch in Raute 55 im nächsten Schritt erkannt wird, daß der
Lenkwinkel δ betragsmäßig kleiner ist als ein Schwellenwert δmin. Dann handelt es sich nämlich bei der gemessenen
Querbeschleunigung aquer um einen Meßfehler, der daraus resultiert, daß Querbeschleunigungsmesser üblicherweise fest in der Fahrzeugquerachse montiert sind und sich bei seitlicher Fahrbahnneigung mit dem Fahrzeug neigen, so daß eine
Querbeschleunigung angezeigt wird, die tatsächlich nicht vorliegt.
Befindet sich das Fahrzeug also in Geradeausfahrt, so wird in Raute 59 die Größe der Longitudinalbeschleunigung along betrachtet. Ist diese betragsmäßig kleiner als ein
Schwellenwert alongmin, so wird konstante Geradeausfahrt angenommen. Ist die Longitudinalbeschleunigung along
betragsmäßig jedoch größer als dieser Schwellenwert, so unterscheidet Raute 60 zwischen positiver und negativer
Longitudinalbeschleunigung. Liegt der Wert von along oberhalb des Schwellenwertes alongmin, dann befindet sich das Fahrzeug in beschleunigter Geradeausfahrt, also der Situation <2>.
Liegt der Wert von along unter dem Schwellenwert alongmin, so bedeutet dies nichts anderes, als daß negative
Longitudinalbeschleunigung vorliegt, also eine verzögerte Geradeausfahrt, die Situation <3>.
Liegt keine der Situationen <0> bis <3> vor und wird in Raute 55 betragsmäßig ein Lenkwinkel δ erkannt, der größer ist als der Schwellenwert δmin, so wird in Raute 56 abgefragt, ob das
Fahrzeug inzwischen rückwärts fährt. Die Erkennung einer
Rückwärtsfahrt ist erst an dieser Stelle notwendig, da bei Geradeausfahrt die Gierwinkelgeschwindigkeit
sich ohnehin kaum von Null unterscheidet und somit ein Regeleingriff nicht vorgenommen wird. Erst bei Erkennung einer Kurvenfahrt, bei welcher die Giermomentregelung an sich aktiv wird, muß eine Rückwärtsfahrt mit Sicherheit ausgeschlossen werden. Dies ist allein aufgrund der Signale der Raddrehzahlsensoren nicht möglich, da solche Sensoren die Geschwindigkeit nur
betragsmäßig weitergeben, ohne Rückschlüsse auf die
Fahrtrichtung zuzulassen.
Die Situation <6> wird, wie schon zuvor beschrieben,
ermittelt, indem die gemessene Gierwinkelgeschwindigkeit
mit der im Fahrzeugreferenzmodell 12 ermittelten SollGierwinkelgeschwindigkeit
verglichen wird. Sind die
Vorzeichen entgegengesetzt und gilt dies auch für die
zeitlichen Ableitungen der beiden Größen, die Gierwinkelbeschleunigungen
und so befindet sich das
Fahrzeug in einer rückwärts durchfahrenen Kurve. Die
Vorzeichen der Gierwinkelbeschleunigungen werden deshalb verglichen, damit ausgeschlossen werden kann, daß die
entgegengesetzten Vorzeichen der Gierwinkelgeschwindigkeiten nicht nur aus einer Phasenverschiebung herrühren, die durch die zeitlich verzögerte Berechnung der Soll-Werte bedingt ist.
Sind die Bedingungen für eine Rückwärtsfahrt nicht erfüllt, so liegt eine Kurvenfahrt in Vorwärtsrichtung vor. Ob diese
Kurvenfahrt mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt oder nicht, wird in Raute 57 untersucht. Wie schon zuvor bei der
Geradeausfahrt in Raute 59 und 60 wird in Raute 57 zunächst der Betrag der Longitudinalbeschleunigung along betrachtet.
Ist er kleiner als der Schwellwert alongmin, so liegt eine konstante Kurvenfahrt vor, Situation <7>. Bei einer
Longitudinalbeschleunigung along, die betragsmäßig größer ist als der Schwellenwert alongmin wird weiter in Raute 58 untersucht, ob die Longitudinalbeschleunigung along positiv oder negativ ist. Bei positiver Longitudinalbeschleunigung along befindet sich das Fahrzeug in einer beschleunigten
Kurvenfahrt, also Situation <8>, während bei negativer
Longitudinalbeschleunigung along eine verzögerte Kurvenfahrt erkannt wird, entsprechend Situation <9>.
Die Longitudinalbeschleunigung along kann auf verschiedene
Weise ermittelt werden. Sie kann beispielsweise aus der vom ABS-Regler 7 bereitgestellten Referenzgeschwindigkeit vRef bestimmt werden, wobei zu berücksichtigen ist, daß eine solche Referenzgeschwindigkeit vRef während eines ABS-Eingriffs von der tatsächlichen FahrZeuggeschwindigkeit abweichen kann. Für einen ABS-Fall ist also eine Korrektur von vRef angebracht.
Die Longitudinalbeschleunigung along kann aber unter Umständen auch direkt aus dem ABS-Regler übernommen werden, wenn dort eine derartige Berechnung stattfindet.
Die Situationserkennung nach Fig. 3 wird ständig aufs Neue durchfahren, wobei die zuletzt ermittelte Situation
gespeichert bleibt und in Raute 53 zur Verfügung steht.
Ein möglicher Ablauf zur Reibwertbestimmung der Fahrbahn ist in Fig. 4 und 5 dargestellt. Eine Reibwertbestimmung erfolgt danach nur dann, wenn der Giermomentregler in die Regelung eintritt. Da bei Regeleintritt aber zunächst noch kein abgeschätzter Reibwert vorhanden ist, wird zu Beginn der Regelung der Reibwert μ = 1 gesetzt.
Spricht die Giermomentregelung aufgrund einer augenblicklichen Fahrsituation an, so ist davon auszugehen, daß sich das Fahrzeug zumindest in der Nähe des Grenzbereiches zu
instabilen Fahreituationen befindet. Somit kann durch eine Betrachtung der aktuellen Meßgrößen am Fahrzeug auf den momentanen Fahrbahnreibwert geschlossen werden. Der dann beim Eintritt in die Regelung ermittelte Reibwert bietet im
weiteren Verlauf die Basis für die Begrenzung der Sollgierwinkelgeschwindigkeit
und somit auch für die an das GMR- Regelgesetz 16 weitergegebene Regeldifferenz für die
Gierwinkelgeschwindigkeit
. Die Bestimmung des Reibwerts erfolgt erstmals bei Eintritt in die Regelung, verbunden mit einer sich anschließenden Aktualisierungsphase für die
Begrenzung der Soll-Gierwinkelgeschwindigkeit auf physikalisch sinnvolle Werte. Dabei wird - ausgehend vom ursprünglich vorgegebenen Reibwert μ = 1 - beim Regelungseintritt ein maximaler Reibwert
bestimmt, der dann der Berechnung des Zusatzgiermomentes M
G zugrundegelegt wird.
Dazu wird zunächst ein interner Reibwert
aus der
gemessenen Querbeschleunigung aquer und einem berechneten Wert für die Längsbeschleunigung along berechnet, der unter der
Annahme, daß eine vollständige Kraftschlußausnutzung vorliegt, dem momentanen Reibwert entspricht. Da aber davon ausgegangen werden muß, daß beim Regelungseintritt der maximale
Kraftschluß noch nicht erreicht ist, wird dem internen
Reibwert mittels einer Tabelle, einer Kennlinie oder
eines konstanten Faktors ein höherer Reibwert
zugeordnet. Dieser Reibwert
wird dann der Regelung zugeführt. Somit ist es möglich, im nächsten Rechenschritt mit einer an den
Fahrbahnreibwert angepaßten Soll-Gierwinkelgeschwindigkeit
zu rechnen und die Regelung zu verbessern. Auch während die Giermomentregelung auf das Fahrzeug einwirkt, muß der geschätzte Reibwert
weiter aktualisiert werden, da sich
während der Regelung eine Reibwertänderung einstellen könnte. Falls die Regelung aufgrund der Anpassung des Reibwertes im Fahrzeugreferenzmodell durch die resultierende veränderte Regeldifferenz der Gierwinkelgeschwindigkeit
nicht
aktiviert wird, wird der Reibwert
bis zu einer Zahl T
μEnd von Schritten weiter aktualisiert. Wenn auch innerhalb dieser Aktualisierungsphase die Giermomentregelung nicht einsetzt, so wird der geschätzte Reibwert
auf 1 zurückgesetzt.
Eine Anpassung bzw. Aktualisierung des geschätzten Reib-wertes kann in bestimmten Situationen auch ausbleiben. Derartige Situationen sind beispielsweise Geradeausfahrt, Rückwärtsfahrt oder Fahrzeugstillstand, also die Situationen <0> bis <4>. Dies sind Situationen, in denen ohnehin keine Giermomentregelung vorgenommen wird, so daß auch eine Reibwertabschätzung unnötig ist. Eine Aktualisierung des Reibwertes kann dann unterbleiben, wenn die zeitliche Ableitung des Reibwertes also negativ ist und der Betrag der zeitlichen Ableitung
des Lenkwinkels δ, also |δ| eine vorgegebene Schwelle
überschreitet. Im letzteren Fall kann davon ausgegangen werden, daß eine Änderung in der Querbeschleunigung aquer auf einer Änderung des Lenkwinkels δ beruht und nicht etwa auf einer Reibwertänderung.
Generell gilt für den auf diese Weise berechneten Reibwert, daß es sich um einen mittleren Reibwert für alle vier
Fahrzeugräder handelt. Radindividuell kann auf diese Weise der Reibwert nicht bestimmt werden.
Das Verfahren der Reibwertbestimmung wird nun anhand von Fig. 4 erläutert. In jeder Fahrsituation fließt in das
Fahrzeugverhalten der vorherrschende Fahrbahnreibwert nach Feld 61 ein. Zur Bestimmung des zugehörigen Reibwertes wird zunächst die gemessene Querbeschleunigung aquer gemäß Schritt
62 gefiltert. Das heißt, daß die gemessenen Werte entweder
geglättet werden oder aber die Kurve einen Tiefpaß durchläuft, so daß keine extremen Spitzen auftreten. Schritt 63 umfaßt die Situationserkennung nach Fig. 3. Die erkannte Fahrsituation ist später für die Aktualisierungsphase in Schritt 74 von Bedeutung. In Raute 64 wird abgefragt, ob die Notwendigkeit eines Regeleingriffes gegeben ist. Einer solchen Rechnung wird zunächst der Anfangsreibwert μ = 1 zugrundegelegt. Wird eine Regelung für notwendig erachtet, so wird in Raute 65
abgefragt, ob dies auch der Zustand bei Ende des vorherigen Durchlaufs der Reibwertbestimmung war. Für den Fall, daß es sich hier um einen Regelungeintritt handelt, hat es zuvor keine Erkennung auf Regelung ergeben, so daß folglich in
Schritt 67 ein interner Reibwert
erstmals bestimmt wird.
Seine Berechnung erfolgt anhand folgender Gleichung:
Dabei ist g die Gravitationskonstante g = 9,81 m/s2.
Als nächstes wird in Schritt 68 der Parameter regold für
Schritt 65 auf 1 gesetzt. Außerdem wird der Zählparameter Tμ auf 1 gesetzt entsprechend der Tatsache, daß die erste
Reibwertbestimmung des internen Reibwertes
erfolgt ist.
In Schritt 69 erfolgt eine Zuordnung eines geschätzten
Reibwertes
zum berechneten internen Reibwert Dies
geschieht unter der Annahme, daß die existierenden
Beschleunigungskomponenten noch nicht auf einer vollen
Kraftschlußausnutzung beruhen. Der geschätzte Reibwert
liegt also in der Regel zwischen dem ermittelten internen Reibwert
und 1. Damit ist die Reibwertbestimmung abgeschlossen.
Beim nächsten Durchlauf dieser Reibwertbestimmung wird also - unveränderte Fahrsituation vorausgesetzt - in Raute 65 auf reg
old = 1 entschieden. Auch hier wird im weiteren Verlauf dann ein bestimmt, welches an die Stelle des im
vorhergehenden Durchlauf bestimmten
tritt. Eine
Aktualisierung der in Feld 68 bestimmten Parameter erfolgt nicht, da die Aktualisierung von
während einer Regelung erfolgt ist. Schon im Durchlauf zuvor war reg
old auf 1 gesetzt worden und bleibt unverändert. Die Zahl T
μ der durchgeführten
Durchläufe bleibt weiterhin 1, da sie nur dann weitergezählt wird, wenn keine Regelung stattfindet. Auch dem aktualisierten Wert für wird dann - wie schon zuvor beschrieben -
mittels einer Tabelle, einer nicht linearen Relation oder aber eines konstanten Faktors ein geschätzter Reibwert
zugeordnet.
Wird in einem Durchlauf in Raute 64 festgestellt, daß eine Regelung nicht erforderlich ist, so wird weiter in Raute 71 abgefragt, ob der Parameter regold für die Regelung zuletzt auf 0 oder 1 gesetzt wurde. Ist er im letzten Durchlauf auf 1 gesetzt worden, so wird in Raute 72 die Zahl Tμ der
Durchläufe abgefragt. Dieses Tμ beträgt 1, wenn im letzten
Durchlauf eine Regelung erfolgt ist. Wurde eine Regelung nur im vorletzten Durchlauf vorgenommen, so ist T
μ= 2 und so weiter. Solange das T
μ im Schritt 72 ein bestimmtes T
μEnd noch nicht erreicht hat, wird es im Schritt 73 um 1 erhöht und in Schritt 74 eine erneute Aktualisierung des internen Reibwertes
vorgenommen. Wenn dann in einem der folgenden Durchläufe die Zahl T
μEnd erreicht wird, ohne daß eine Regelung
stattgefunden hat, so wird der Parameter regold für die
Regelung wieder auf 0 zurückgesetzt (75). Der geschätzte
Reibwert
wird dem Ausgangsreibwert μ = 1 gleichgesetzt.
Damit ist die Aktualisierungsphase für den Reibwert beendet.
Wenn dann beim nächsten Durchlauf in Raute 64 wieder erkannt wird, daß keine Regelung erforderlich ist, so wird in Raute 71 mit reg
old = 0 der Ausgangsreibwert
im Feld 76 beibehalten. Erst wenn in Raute 64 die Notwendigkeit eines Regeleingriffs erkannt wird, wird wieder eine
Reibwertbestimmung vorgenommen.
Die Kriterien für eine Aktualisierung des internen Reibwerts nach Schritt 74 sind in Fig. 5 dargestellt. Ausgehend von
der Vorgabe im Feld 77, daß der interne Reibwert zu
aktualisieren ist, werden in Schritt 78 die zeitlichen
Ableitungen der zuvor gebildeten geschätzten Reibwerte oder
sowie des Lenkwinkels δ gebildet.
Wenn dann in Raute 79 erkannt wird, daß das Fahrzeug weder stillsteht noch geradeausfährt, daß also eine der Situationen <6> bis <9> vorliegt, so werden die Ergebnisse aus Schritt 78 in Schritt 80 ausgewertet. Nur dann, wenn - wie bereits zuvor erläutert - ein sinkender Reibwert nicht auf ein Lenkmanöver zurückzuführen ist, wird eine Reibwertbestimmung vorgenommen. Keine Reibwertaktualisierung erfolgt, wenn entweder das Fahrzeug sich bei einer Geradeausfahrt - vorwärts oder rückwärts - oder im Fahrzeugstillstand befindet oder aber ein Absinken des geschätzten Reibwertes auf ein Lenkmanöver
zurückzuführen ist.
2.2 und -Bestimmung
Ein Maß für die Stabilität eines Fahrzustandes ist der vorherrschende Schwimmwinkel ß sowie dessen zeitliche
Ableitung, die Schwimmwinkelgeschwindigkeit
. Die Bestimmung dieser Werte wird im folgenden erläutert.
2.2.1 Kinematische
-Bestimmung
Die kinematische Bestimmung 14 beinhaltet nichts anderes,
als daß - losgelöst von irgendwelchen Fahrzeugmodellen - die Schwimmwinkelgeschwindigkeit aus gemessenen bzw. aus anhand
gemessener Werte berechneten Größen folgendermaßen nach rein physikalischen Betrachtungen ermittelt wird:
Die Beschleunigung aquer des Fahrzeugschwerpunktes quer zur
Längsachse in der Bewegungsebene wird gemessen. Der
Schwerpunkt des Fahrzeugs bewegt sich mit dem
Geschwindigkeitsvektor v relativ zu einem Intertialsystem:
Dabei bezeichnet ψ den Gierwinkel und ß den Schwimmwinkel. Der Beschleunigungsvektor a ergibt sich als Ableitung nach der Zeit t zu:
Der Beschleunigungssensor mißt die Projektion des
Beschleunigungsvektors auf die Querachse des Fahrzeugs:
Nach einer Linearisierung der trigonometrischen Funktionen (sinß=ß; cosß=1) kann man die Gleichung umformulieren zu
Die Schwimmwinkelgeschwindigkeit kann nun entsprechend der
obigen Differentialgleichung berechnet werden. Als Meßgröße gehen neben der Querbeschleunigung a
quer die Gierwinkelgeschwindigkeit
, die skalare Fahrzeuggeschwindigkeit v und deren zeitliche Ableitung
ein. Zur Ermittlung von ß kann das der vorherigen Rechnung numerisch integriert werden, wobei für die erste
-Bestimmung
angenommen wird. Eine
Vereinfachung ergibt sich, wenn generell der letzte Term vernachlässigt wird, so daß kein ß bestimmt werden muß.
Das vorgeschlagene Verfahren hat den Vorteil, daß die
Schwimmwinkelgeschwindigkeit direkt aus den Sensorsignalen
hergeleitet ist und damit auch im nichtlinearen Bereich der Querdynamik ermittelt werden kann. Nachteilig wirken sich die Empfindlichkeit des Verfahren gegenüber Meßrauschen und das Aufintegrieren von Meßfehlern aus, wodurch eine
Schwimmwinkelbestimmung möglicherweise sehr ungenau wird.
Diese Nachteile werden durch die Kombination mit einem
modellgestützten Verfahren umgangen. Wie eine derartige
Kombination von kinematischer und auf ein Beobachtermodell gestützter Bestimmung der Schwimmwinkelgeschwindigkeit
gestaltet sein kann, zeigt Fig. 6, die anstelle des
gestrichelt eingezeichneten Blocks 18 in Fig. 2 einfügbar ist. In ein solches modellgestütztes Verfahren fließt zusätzlich noch als Eingangsgröße der Lenkwinkel δ ein, wie durch einen gestrichelten Pfeil angedeutet ist. Durch eine gegenseitige Beeinflussung und Korrektur der kombinierten Bestimmungsmethoden der Schwimmwinkelgeschwindigkeit wird auch eine
weniger fehlerhafte Berechnung des Schwimmwinkels ß selbst möglich, so daß dieser dann auch als der Regelung zur
Verfügung gestellt werden kann. Dies ist ebenfalls durch einen gestrichelten Pfeil angedeutet.
2.2.2 Kombination der kinematischen
-Bestimmung mit einem Beobachterfahrzeugmodell
Mit der Darstellung nach Fig. 6 läßt sich der gestrichelt umrandete Bereich 18 aus Fig. 2 ersetzen. Damit wird es möglich, nicht nur die vorliegende Schwimmwinkelgeschwindigkeit
, sondern auch den vorherrschenden
Schwimmwinkel ß zu bestimmen.
Im Gegensatz zu einer rein kinematischen Berechnung der
Schwimmwinkelgeschwindigkeit wird hier zusätzlich zur kinematischen Bestimmung 83 ein Beobachterfahrzeugmodell 84
zur Feststellung des Fahrzustandes herangezogen. Als
Eingangsgröße erhält das Beobachterfahrzeugmodell 84 - genauso
wie das Fahrzeugreferenzmodell 12 zur Bestimmung der
Gierwinkelgeschwindigkeit - den Lenkwinkel δ. Die gefilterte Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit vRefFil fließt als Parameter ein. Die meßbaren Ausgangsgrößen Querbeschleunigung aquer und
Gierwinkelgeschwindigkeit werden zur kinematischen
Bestimmung 83 benötigt, nicht jedoch für das
Beobachterfahrzeugmodell 84, welches diese Größen im Prinzip selbst kreiert. Ein weiter Term Y, der im einfachsten Fall identisch ist mit dem vom GMR-Regelgesetz berechneten
Zusatzgiermoment, stellt die Änderungen des Fahrzeugverhaltens dar, die durch einen Regeleingriff verursacht sind. Y dient also dazu, das nachgebildete Fahrzeug des Beobachters
denselben Bedingungen auszusetzen, wie das reale Fahrzeug.
Außer einer Schwimmwinkelgeschwindigkeit
gibt das
Beobachterfahrzeugmodell auch noch einen Wert für die
Gierwinkelbeschleunigung
. Die aus der kinematischen
Bestimmung herrührende Größe für die Schwimmwinkelgeschwindigkeit wird nach Durchlauf des Tiefpasses mit einem
Wichtungsfaktor k multipliziert, während die aus dem
Beobachterfahrzeugmodell stammende Größe für die Schwimmwinkelgeschwindigkeit Y nach Addition mit einem
Korrekturfaktor aus der gemessenen Gierwinkelge-schwindigkeit multipliziert mit einem die Größe der Korrektur bestimmenden Faktor h - mit einem Wichtungsfaktor (1-k) multipliziert wird. Der Wert von k liegt dabei immer zwischen 0 und 1. Ohne
Beobachterfahrzeugmodell wäre k = 1. Nach Addition der beiden Schwimmwinkelgeschwindigkeiten wird die Summe aufintegriert zu einem geschätzten Schwimmwinkel
. Dieser wird neben der kinematischen Schwimmwinkelgeschwindigkeit ebenfalls der
Regelung zur Verfügung gestellt. Außerdem wird der Schwimmwinkel
sowohl zur kinematischen
-Bestimmung 83 als auch zum Beobachterfahrzeugmodell 84 weitergegeben. Eine ähnliche Korrekturgroße stellt die vom
Beobachterfahrzeugmodell 84 berechnete
Gierwinkelbeschleunigung
dar.
Zunächst wird diese zu einer Gierwinkelgeschwindigkeit aufintegriert und fließt zum einen an das Beobachterfahrzeugmodell 84 zurück und wird andererseits von der gemessenen Gierwinkelgeschwindigkeit
abgezogen. Diese Differenz wird mit einem Faktor h
2 multipliziert, welcher die Größe der kommenden Regelschritte in der Korrektur des Beobachterfahrzeugmodells 84 bestimmt und mit der Dimension 1/s versehen ist. Die mit diesem Faktor h
2 multiplizierte Gierwinkelgeschwindigkeit hat somit dieselbe Dimension wie die
Gierwinkelbeschleunigung
, so daß beide Größen miteinander addiert werden können und nach weiterer Integration eine rückfließende Korrekturgröße für die Gierwinkelgeschwindigkeit bilden. Im Verlauf einer Giermomentregelung nimmt der Term Y von Null abweichende Werte entsprechend dem aufgebrachten Zusatzgiermonent M
G an. Durch Division durch das Gierträgheitsmoment 0 des Fahrzeugs enthält Y ebenfalls die Dimension einer Gierwinkelbeschleunigung und wird zur Summe der
Gierwinkelbeschleunigungen hinzuaddiert, so daß die
aufintegrierte Korrekturgröße auch die Regeleinflüsse
berücksichtigt.
Wenn nach Fig. 6 ein Beobachterfahrzeugmodell 84 vorhanden ist, welches eine zuverlässigere Bestimmung des Schwimmwinkels ß erlaubt, als es mit einer reinen kinematischen
Bestimmung der Schwimmwinkelgeschwindigkeit und Aufintegra
tion möglich wäre, kann der so bestimmte Schwimmwinkel
auch an den eigentlichen Giermomentregler 10 weitergegeben werden.
Die kinematische
-Bestimmung, die in Kombination mit einem
Beoachterfahrzeugmodell abläuft, ist in Fig. 7 dargestellt. Wie schon aus Fig. 6 ersichtlich, gehen die Querbeschleunigung a
quer und die Gierwinkelgeschwindigkeit
als gemessene Ausgangsgrößen in die Rechnung 91 nach Gleichung
F 2.6 ein.
Die gefilterte Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit vRefFil wird in
Feld 93 differenziert zur Fahrzeugreferenzbeschleunigung
die in Feld 94 durch die gefilterte Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v
RefFil dividiert wird, was nach nichtlinearer
Multiplikation 95 zu einem Faktor fß führt. Diese nichtlineare
Multiplikation 95 bewirkt, das bei kleinem Quotienten aus
und v
RefFil der Faktor f
ß gleich Null gesetzt wird, so daß dieser Faktor, der vor dem Schwimmwinkel
steht, vernachlässigt werden Kann. Nur dann, wenn die Fahrzeugbeschleunigung
eine signifikante Größe erreicht, wird der Schwimmwinkel ß bei der kinematischen
Bestimmung berücksichtigt. Das hierbei verwendete
ist das kombinierte
, wie es sowohl als Größe für die Regelung als auch zur Rückkopplung nach Fig. 6 verwendet wird. Nach der Rechnung 91 durchläuft der ermittelte Wert für die Schwimmwinkelgeschwindigkeit wie schon zuvor beschrieben einen Tiefpaß 92 und ergibt die geschätzte
Schwimmwinkelgeschwindigkeit .
Die gefilterte Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit vRefFil wird in
Feld 93 differenziert zur Fahrzeugreferenzbeschleunigung ,
die in Feld 94 durch die gefilterte Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v
RefFil dividiert wird, was nach nichtlinearer
Multiplikation 95 zu einem Faktor f
ß führt. Diese nichtlineare
Multiplikation 95 bewirkt, das bei kleinem Quotienten aus
und v
RefFil der Faktor f
ß gleich Null gesetzt wird, so daß dieser Faktor, der vor dem Schwimmwinkel
steht, vernachlässigt werden kann. Nur dann, wenn die Fahrzeugbeschleunigung
eine signifi-kante Größe erreicht, wird der Schwimmwinkel ß bei der kinematischen Bestimmung berücksichtigt. Das
hierbei verwendete ist das kombinierte , wie es sowohl als
Größe für die Regelung als auch zur Rückkopplung nach Fig. 6 verwendet wird. Nach der Rechnung 91 durchläuft der ermittelte Wert für die wie schon zuvor beschrieben einen Tiefpaß 92 und ergibt die geschätzte Schwimmwinkelgeschwindigkeit .
Wie das Beobachterfahrzeugmodell 84 aus Fig. 6 arbeitet, ist in Fig. 8 dargestellt. Hierbei wurde eine Matrizendarstellung gewählt, wobei "→" skalare und "⇒" mehrdimensionale Gebilde darstellen.
Die Matrizendarstellung geht aus von den Gleichungen F 1.1 bis F 1.3. Dabei sind die Zustandsgrößen ß und
zu einem
Zustandsvektor x(t) zusammengefaßt, so daß sich folgendes Gleichungssystem ergibt:
mit der Systemmatrix A(v(t)), der Eingangsmatrix B(v(t)), dem Zustandsvektor x(t) und dem Eingangsvektor u(t):
Der Eingangsvektor u(t) enthält als Eingangsgrößen den
Lenkwinkel δ und den Term Y, der das durch die
Giermomentregelung erzeugte Zusatzgiermoment darstellt.
Anstelle von Wichtungsfaktoren werden zur gewichteten Addition der ermittelten Größen eine Wichtungsmatrix K1 und ein
Wichtungsvektor k2 verwendet.
Zur Ausblendung der Zustandsgrößen werden zwei Vektoren cß und eingeführt, die jeweils eine Komponente des
Zustandsvektors x(t) löschen:
Die Dynamik des Beobachter-Fahrzeugmodells, also die Größe der Korrekturschritte wird durch einen Vektor h bestimmt, dessen erste Komponente h1 dimensionslos ist und dessen zweite
Komponente h2 die Dimension (1/s) aufweist:
Ausgehend von dem Fahrzeugmodell in der Zustandsraumbeschreibung (F1.1 und F1.2) ergibt sich dann die im folgenden beschriebene Struktur zur Bestimmung des Schwimmwinkels ß mittels eines Beobachters nach Fig 8.
In Fig. 8 ist das Fahrzeug 101 lediglich zur Unterscheidung zwischen Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen dargestellt. Es ist nicht Bestandteil des kombinierten Verfahrens zur Bestimmung der Schwimmwinkelgeschwindigkeit
.
Im Addierer 104 werden die Systemgleichungen nach F 2.7 gebildet. Hierzu wird die System-Matrix A mit dem
Zustandsvektor x multipliziert und die Eingangsmatrix d mit den Eingangsgrößen δ und Y also dem Eingangsvektor u
multipliziert.
Als einziger veränderlicher Parameter fließt sowohl in die System-Matrix A als auch in die Eingangsmatrix B die aktuelle
Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit vRefFil ein. Die durch Addition im Addierer 104 gebildete zeitliche Ableitung ẋ des
Zustandvektors x wird nun mit der Wichtungsmatrix K1 nach F 2.9 multipliziert und einem weiteren Addierer 105 zugeführt.
Parallel zu diesen Vorgängen wird im direkten Verfahren 103 eine Schwimmwinkelgeschwindigkeit abgeschätzt. Hierzu
werden die gefilterte Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v
RefFil sowie deren im Differenzierer 102 (identisch mit 93 in Fig. 7) ermittelte zeitliche Ableitung
, die gemessene Querbeschleunigung a
quer sowie die gemessene Gierwinkelgeschwindigkeit
nach Gleichung F 2.6 verwendet. Dabei wird im ersten Schritt der letzte Term der Gleichung vernachlässigt, da noch kein Wert des Schwimmwinkels ß vorliegt. Nach
Ermittlung der Schwimmwinkelgeschwindigkeit durchläuft diese noch, wie bereits in Fig. 7 dargestellt, den Tiefpaß 92, worauf die daraus resultierende geschätzte Schwimmwinkelgeschwindigkeit
der weiteren Rechnung zur Verfügung gestellt wird. Dieses
entspricht dem , welches in Fig. 2 aus dem
gestrichelt eingezeichneten Feld herausgeführt ist. Der Skalar wird mit dem Wichtungsvektor k2 multipliziert, so daß daraus ein Vektor resultiert, dessen erste Komponente die Dimension einer Winkelgeschwindigkeit hat und dessen zweite Komponente gleich Null ist. Auch dieser Vektor wird dem Addierer 105 zugeführt. Der aus der Summe der nach Gleichung F 2.7
gebildeten zeitlichen Ableitungẋ des Zustandsvektors x und des aus der Multiplikation mit k2 gewonnenen Vektors
resultierende Vektor wird im Integrierer 106 zum
Zustandsvektor x aufintegriert. Durch skalare Multiplikation mit Vektoren c
ß und wird jeweils eine der Komponenten ß bzw.
aus dem Zustandsvektor als Skalar ausgeblendet und
weiter verarbeitet. Während das ausgeblendete
zum einem dem
GMR-Regelgesetz 16 und zum anderen dem direkten Verfahren 103 zugeführt wird, wird das berechnete
innerhalb des
kombinierten Verfahrens lediglich als Zustandsgröße innerhalb des Beobachters und zur Schätzfehlerbestimmung verwendet. Im Addierer 107 wird hierzu die Differenz gebildet zwischen der aus dem Beobachterfahrzeugmodell ermittelten Gierwinkelgeschwindigkeit
und der gemessenen Gierwinkelgeschwindigkeit
. Diese Differenz wird mit einem Vektor h multipliziert, dessen erste Komponente dimensionslos ist und die Größe der Korrekturschritte für die Schwimmwinkelgeschwindigkeit
festlegt und dessen zweite Komponente die Dimension s
-1 trägt und die Größe der Regelschritte bei der Korrektur der
Gierwinkelgeschwindigkeit
bestimmt.
Auch der Schwimmwinkel
wird als Korrekturgröße rückgeführt und zwar in das direkte Verfahren der kinematischen
Bestimmung nach Fig. 7, so daß im darauffolgenden Regelschritt auch der letzte Term der Gleichung F 2.6 mit einem Wert belegt werden kann.
Durch die gegenseitige Korrektur der beiden Rechenver-fahren, also der Berechnung anhand eines Fahrzeugmodells und der Berechnung anhand kinematischer Betrachtungen, ist eine wesentlich genauere Bestimmung des Schwimmwinkels möglich,
so daß auch dieser als Regelgröße dem GMR-Regelgesetz 16 zugeführt werden kann.
2.3 Fahrzeugreferenzmodelle
Nachfolgend wird das Fahrzeugreferenzmodell anhand der Fig. 9 bis 15 erläutert.
In Fig. 9 ist der Regelkreis gemäß Fig. 1 und Fig. 2 zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs nochmals
vereinfacht dargestellt. Dabei wurden die Regler 7 bis 9 in Fig. 1, die zugehörige Prioritätsschaltung 3 und das
Motormanagement 6 weggelassen sowie die Verteilungslogik 2 mit der Drucksteuerung 5 vereint dargestellt. Innerhalb des
Regelkreises wird ein zusätzliches Giermoment MG um die
Hochachse des Fahrzeuges berechnet und eingestellt, damit die vom Fahrer gewünschte Kurvenbahn eingehalten wird. Das zusätzliche Giermoment MG wird dabei durch gezielte
Bremsvorgänge an den einzelnen Rädern erzeugt, wobei der
Verlauf der Bremsvorgänge und die Auswahl der zu bremsenden Räder durch die Verteilungslogik 2 festgelegt wird. Die gewünschte Fahrtrichtung legt der Fahrer durch eine
entsprechende Winkelstellung des Lenkrades fest. Das Lenkrad ist in einem festen Übersetzungsverhältnis (Lenkübersetzung) mit dem gelenkten Rädern gekoppelt. Auf diese Weise wird ein bestimmter Lenkwinkel δ der Räder eingestellt.
2.3.1 Dynamisches Einspurmodell
In dem GMR-Regler 10 ist ein sog. Fahrzeugreferenzmodell 12 (Fig. 2) = 302 (Fig. 9) vorgesehen, das mit Eingangsdaten (Geschwindigkeit v, repräsentiert durch vRef, Lenkwinkel δ) beliefert wird. Im Fahrzeugreferenzmodell 302 wird aufgrund der Eingangsdaten berechnet, wie groß die Änderung des
Gierwinkels pro Zeiteinheit (Gierwinkelgeschwindigkeit
) sein soll. In einem nachgeschalteten Vergleicher 303 wird der Sollwert der Gierwinkelgeschwindigkeit
mit dem gemessenen Istwert der Gierwinkelgeschwindigkei
verglichen. Als Ausgangswert gibt der Vergleicher 303 eine Ausgangsgröße ab, die der Differenz zwischen und entspricht.
Der so festgestellte Differenzwert wird einem Regelgesetz 16 zur Steuerung des Giermoments zugeführt. Das Regelgesetz errechnet aufgrund von
ein zusätzliches Giermoment M
G, welches der Verteilungslogik 2 zugeführt wird. Die Verteilungslogik 2 legt aufgrund des zusätzlichen Giermoments M
G und ggf. eines Wunsches des Fahrers nach Druckaufbau in den Bremsen p
Fahrer Ausgangsgrößen fest. Dies können
Bremsdruckwerte oder Ventilschaltzeiten sein.
Auch im Bereich kleiner Geschwindigkeiten ist eine optimale Arbeitsweise des Fahrzeugreferenzmodells 302 wichtig. Zu diesem Zweck kann das Fahrzeugreferenzmodell 302 zusätzlich zu dem oben beschriebenen linearen dynamischen Einspurmodell 311 auch mit einem stationären Kreisfahrtmodell 306 versehen sein.
Für die stationäre Kreisfahrt gilt
Dabei gilt: v = vorn; h = hinten; m = Masse; l = Abstand der Achse vom Schwerpunkt;
β
korr = Korrekturglieder für
, ß.
Für das lineare dynamische Einspurmodell gelten die
Systemgleichungen F1.1 und F1.2.
Die Umschaltung zwischen den Rechenmodellen 306 und 311 wird durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten Umschalter im Fahrzeugreferenzmodel 302 in Abhängigkeit von der
Geschwindigkeit des Fahrzeugs automatisch vorgenommen. Dabei ist für die Umschaltvorgänge von einem Modell zum anderen eine Hysterese von einigen km/h vorgesehen. Unterhalb der
Schaltschwelle wird die Soll-Gierwinkelgeschwindigkeit
nach dem Modell der stationären Kreisfahrt 306 berechnet, überschreitet die Geschwindigkeit von einer niedrigen
Geschwindigkeit kommend die in dieser Richtung geltende
Schwelle, so wird die Berechnung des Sollwertes der
Gierwinkelgeschwindigkeit
mit Hilfe des dynamischen
Einspurmodells 311 vorgenommen. Hierdurch lassen sich die für die Regelung bei höheren Geschwindigkeiten besonders wichtigen dynamischen Vorgänge in das Modell miteinbeziehen.
Beim Übergang von dem Kreisfahrtmodell 306 zu dem Einspurmodell 311 werden die durch das Kreisfahrtmodell berechneten Sollwerte wie und ß als Startwerte für das
Einspurmodell eingesetzt. Hierdurch werden Einschwingvorgänge beim Umschalten vermieden. Die weitere Berechnung erfolgt nun mit Hilfe des Einspurmodells 311 solange, bis die bei abnehmender Geschwindigkeit niedrigere
Geschwindigkeitsschwelle unterschritten wird. Um auch hier Einschwingvorgänge gering zu halten, werden die für das Kreisfahrtmodell notwendigen Korrekturfaktoren und ß
korr
mit den zuvor in dem Einspurmodell berechneten Werten für
und ß sowie mit den Eingangsgrößen Geschwindigkeit v
ref
Lenkwinkel δ errechnet.
Die Korrekturwerte haben folgende Größe:
Diese Korrekturfaktoren nehmen in ihrem Einfluß über die Zeit exponentiell ab nach der Gesetzmäßigkeit:
F 2.17 korr (n+1 ) = korr (n) * λ wobei λ Werte zwischen 0 und kleiner 1 annehmen kann. Mit n bzw. n+1 werden die Rechendurchläufe gezählt.
Hierdurch werden sprungartige Änderungen vermieden, da im stationären Fall die beiden Berechnungsmethoden unterschiedliche Ergebnisse liefern. Somit ist durch den Rechenmodellwechsel die Möglichkeit gegeben, bis zu Geschwindigkeiten von v = 0 km/h die Sollwerte für die Regelung recht präzise zu bestimmen.
Im Zusammenhang mit Fig. 9 wurde erläutert, daß als Fahrzeugrechenmodelle unterschiedliche Modelle in Frage kommen. Ein bevorzugtes Modell kann dabei das der stationären
Kreisfahrt sein. Nach diesem Modell läßt sich die
Gierwinkelgeschwindigkeit
nach der oben angegebenen
Formel berechnen. Will man nun ein derartiges Fahrzeugrechenmodell darstellen, so bietet es sich an, einer Rechenschaltung die gemessenen Werte λ und vRef zuzuführen und als Ausgangswert dann den Sollwert der Gierwinkelgeschwindigkeit
abzugreifen.
2.3.3 Vereinfachtes Modell
Im folgenden wird ein äußerst einfaches Modell zum Ermitteln einer Sollgierwinkelgeschwindigkeit hergestellt. Es soll eine Alternative sein zu dem vorher beschriebenen
Kombinationsmodell. Es zeichnet sich dadurch aus, daß mit wenig Rechenieistung ein akzeptables Ergebnis erzielt wird.
Nach diesem Modell wird die Sollgierwinkelgeschwindigkeit
berechnet zu
Diese Gleichung ergibt sich aus F2.12, mit Gleichung F 2.14 und F 2.15, wenn man die Steifigkeiten cv und ch sehr groß annimmt.
Dieser Ansatz beruht auf den folgenden Überlegungen.
Bei dem bisher beschriebenen Fahrzeugreferenzmodell wird die Sollgierwinkelgeschwindigkeit entweder mittels eines
dynamischen Fahrzeugmodells (z.B. eines Einspurmodells) oder durch ein statisches Modell (stationäre Kreisfahrtwert
genannt) berechnet und mit der gemessenen
Gierwinkelgeschwindigkeit
verglichen. Bei jedem dieser
Ansätze hängt aber die Vorgabe (und damit auch der
Regelungseingriff) direkt von der Güte des Fahrzeugmodells ab. Da es sich hierbei um lineare Ersatzmodeile handelt, weicht das Modell in einigen Fällen deutlich vom tatsächlichen
Fahrzeugverhalten ab.
Verändert sich zusätzlich das wirkliche Fahrzeugverhalten aufgrund von z.B. Beladung oder Verschleiß einzelner
Komponenten, so beschreibt das Modell das Fahrzeug nur
unzureichend. Demzufolge sollte mittels einer fortlaufenden Parameterschätzung eine Modellanpassung durchgeführt werden, wobei folgende Probleme auftreten:
Für die Schätzung muß eine Anregung vorhanden sein, d.h. der Fahrer müßte das Fahrzeug mittels Lenkvorgabe im linearen Bereich (<0.4g) ausreichend anregen. Dies trifft bei normaler Fahrt kaum zu.
Weiter ist es nicht möglich, alle Parameter des linearen
Einspurmodells direkt zu schätzen. Somit müßten bestimmte Parameter fest vorgewählt werden.
Die Regelung auf der Basis von Modellannahmen kann also immer nur bezüglich der Modellvorgaben eine zufriedenstellende
Lösung bieten. In vielen Fällen kann es daher ausreichend sein, nach einem einfacheren Regelungsprinzip vorzugehen.
Ein wichtiges Ziel der Fahrstablitätsregelung ist es, das Fahrverhalten so abzustimmen, daß die Reaktion des Fahr-zeugs auf Lenk-, Brems- und Gaspedaleingaben des Fahrers stets vorhersehbar und gut kontrollierbar ist. Demzufolge müssen unter- und übersteuernde Betriebszustände des Fahrzeugs erkannt und durch einen entsprechenden Bremsen- bzw.
Motormanagementeingriff auf neutrales Verhalten hin korrigiert werden.
Die Idee für ein vereinfachtes Regelungsprinzip besteht darin, ein direktes Maß für unter-/übersteuerndes Verhalten als
Regelgröße zu verwenden. Nach einer der Definition für das Steuerverhalten eines Kraftfahrzeuges werden dazu die
mittleren Schräglaufwinkel der Vorder- und Hinterachse (αv,αH) verglichen. Bei größeren Schräglaufwinkeln vorn hat das
Fahrzeug danach ein untersteuerndes, im umgekehrten Fall ein übersteuerndes Verhalten. Neutrales Verhalten liegt
definitionsgemäß vor, wenn die Schräglaufwinkel vorne und hinten gleich sind.
Somit gilt
F2.19
> 0: untersteuernd
αv-αh = 0: neutral
< 0: übersteuernd
Auf Basis der Schräglaufwinkeldifferenz ist es also möglich, den augenblicklichen Fahrzustand des Fahrzeugs direkt zu bestimmen. Verwendet man als Ansatz das EinspurFahrzeugmodell (Fig. 10), lassen sich daraus die
Schräglaufwinkel in Abhängigkeit vom Lenkwinkel δ, dem
Schwimmwinkel ß, der Gierwinkelgeschwindigkeit
und der
Fahrzeuggeschwindigkeit v ableiten, und zwar wie folgt:
Da der Schwimmwinkel nicht direkt meßbar bzw. einfach berechenbar ist, kann keine explizite Berechnung der
einzelnen Schräglaufwinkel vorgenommen werden. Wird aber deren Differenz gebildet, so ist es möglich, diese Größe auf Basis der vorhandenen Meßgrößen (Lenkwinkel,
Gierwinkelgeschwindigkeit), der aus dem ABS-Regler bekannten Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit vRef und dem konstanten
Damit steht eine Größe zur Verfügung, die als Maß für
Unter-/Übersteuern verwendet werden kann.
Betrachtet man weiter den bekannten Zusammenhang zwischen dem momentanen Kurvenradius R der Kurvenbahn des Fahrzeugschwerpunktes und der Schräglaufwinkeldifferenz
so ist zu erkennen, daß unter der Annahme F 2.23 α
v - α
h = 0
eines neutralen Fahrzustande F2.19 der Kurvenradius R nur noch durch den Lenkwinkel α bestimmt wird, nämlich
Es ist daher eine Regelung möglich, die als Regelgröße direkt die berechnete Schräglaufwinkeldifferenz verwendet. Vorgabe für diese Regelung ist es, die Regelgröße betragsmäßig klein zu halten, um so in etwa neutrales Verhalten zu erreichen. Eventuell ist es sinnvoll, diese Toleranzschwelle
asymmetrisch anzusetzen, so daß in Richtung übersteuerndes Verhalten die Toleranz geringer gewählt werden kann.
Nach diesen Überlegungen läßt sich die
Sollgiergeschwindigkeit
berechnen (F2.18). Diese
Sollgiergeschwindigkeit
wird dann mit
verglichen und gemäß Fig. 1 der Regelung zugrundegelegt.
2.3.5 Sollwertbegrenzung
Eine Regelung des Fahrverhaltens des Fahrzeugs hat nur solange Sinn, wie die Haftung der Fahrzeugräder auf der Fahrbahn erlaubt, das errechnete Zusatzdrehmoment am Fahrzeug wirksam werden zu lassen.
Beispielsweise ist es unerwünscht, daß die Regelung das Fahrzeug auf jeden Fall auf die durch den Lenkwinkel δ vorgegebene Kurvenbahn zwingt, wenn das Lenkrad zu stark oder zu schnell hinsichtlich der bestehenden Fahrzeuggeschwindigkeit eingeschlagen wurde.
Es sollte daher verhindert werden, daß unter allen Um
ständen, gemäß dem gewählten Fahrzeugreferenzmodell zur
Vorgabe gemacht wird. Folgt man allein dem Referenzmodell, dann kann dies nämlich unter unglücklichen Umständen dazu führen, daß bei versehentlich zu groß eingestelltem Lenkradwinkel bei gleichzeitig hoher Geschwindigkeit über das dann auch zu große
die tatsächliche Gierwinkelgeschwindigkeit
so weit verstellt wird, daß im Extremfall das Fahrzeug sich um die eigene Achse dreht, während es sich mit seinem Schwerpunkt im wesentlichen geradeaus bewegt. Dieser Zustand ist für den Fahrer noch sehr viel ungünstiger als der Zustand, bei dem das Fahrzeug aufgrund der schlechten Reibungsverhältnisse dem Fahrerwunsch nicht zu folgen vermag und stark untersteuernd geradeausschiebt. Denn in letzterem Falle wird das Fahrzeug wenigstens nur geradeausfahren und sich nicht gleichzeitig dabei um die eigene Achse drehen. Um diese in Sonderfällen nachteiligen Folgen zu vermeiden, sind im
Fahrzeugreferenzmodell zusätzlich Rechenalgorithmen vorgesehen, welche es gestatten, über den Reibwert
die für die gerade gemessene Geschwindigkeit gültige maximale
Gierwinkelgeschwindigkeit
festzulegen. Das
wird in der Reibwerterkennung 13 bestimmt. Die Rechenalgorithmen basieren auf der Theorie der stationären Kreisfahrt, für die gilt, daß ist (F2.18).
Die maximal zulässige Querbeschleunigung aqlim läßt sich im wesentlichen als Funktion des Reibwertes der Geschwindigkeit v, der Längsbescheunigung along sowie ggf. weiterer Parameter bestimmen. Damit wird F 2.25 aqlim = f(mu,v,along,...)
Die maximale Gierwinkelgeschwindigkeit berechnet sich zu.
Es ist daher möglich, einen Grenzwert für die Gierwinkelgeschwindigkeit festzulegen, der dem Fahrerwunsch nicht mehr direkt Rechnung trägt, sondern mit dazu beitragen soll, daß beim Ausbrechen des Fahrzeugs dieses nicht zusätzlich auch noch um seine Hochachse dreht.
Einzelheiten zur geeigneten μ-Bestimmung sind weiter unter Punkt 2.1 ausführlich abgehandelt.
Es kann auch vorgesehen sein, einen Regeleingriff nur unter bestimmten Rahmenbedingungen zuzulassen. Eine Möglichkeit hierzu kann z.B. darin bestehen, daß die Aktivierungslogik 11 in Fig. 2 kein aktuelles M
G an die Verteilungslogik 2 weiterleitet, wenn ein zu großer Schwimmwinkel
festgestellt wird, was in Abhängigkeit von der gerade herrschenden Geschwindigkeit geschehen kann.
2.4 Regelgesetz
Im folgenden wird die Programmstruktur des Regelgesetzes 16 des Giermomentenreglers 10 beschrieben. Das Programm errechnet aus vier Eingangsgrößen das zusätzliche Giermoment MG um die Hochachse des Fahrzeuges, das notwendig ist, um ein stabiles Fahrzeugverhalten vor allem bei Kurvenfahrt zu erhalten. Das errechnete Giermoment MG ist Grundlage für die
Berechnungen der in die Radbremsen einzusteuernden Drücke.
Als Eingangsgrößen für das Regelgesetz stehen zur Verfügung ( siehe Fig. 17)
Für den Fall, daß als Grundlage die Schräglaufwinkeldifferenz herangezogen wird, liegt am Eingang 500 Δλ und am Eingang 501 Δλ an.
Der Eingang 503 ist fakultativ. Er steht insbesondere dann zur Verfügung, wenn im Gesamtberechnungssystem ein sogenanntes Beobachterfahrzeugmodell 84 vorgesehen ist.
Der Wert am Eingang 500 ergibt sich als Differenz zwischen der gemessenen Gierwinkelgeschwindigkeit
und der mit Hilfe eines Fahrzeugreferenzmodells 12 errechneten Sollgierwinkelgeschwindigkeit
.
Der Wert am Eingang 501 ergibt sich entweder als zeitliche Änderung der Größe am Eingang 500 von Berechnungsloop zu Berechnungsloop dividiert durch die Loopzeit T0, oder als
Differenz der zeitlichen Ableitung der gemessenen
Gierwinkelgeschwindigkeit und der zeitlichen Ableitung der errechneten Sollgierwinkelgeschwindigkeit.
Unter einem Berechnungsloop versteht man einen Rechendurchgang durch den FSR-Regler nach Figur 1. Ein solcher Durchgang nimmt durch seine Struktur eine bestimmte Echtzeit in
Anspruch, die Loopzeit T0. Für eine effektive Regelung muß diese ausreichend klein gehalten werden.
Die Werte an den Eingängen 500 und 501, nämlich
und
werden zunächst jeweils einem Tiefpaßfilter 510 bzw. 511 zugeführt.
Die beiden Tiefpaßfilter sind im Prinzip gleich aufgebaut und haben eine Struktur, wie sie in der Figur 18 dargestellt ist.
Die Eingangsgröße 520 des Tiefpaßfilters nach Fig. 18 wird mit u die Ausgangsgröße 521 mit y bezeichnet. Die
Ausgangsgröße 521 wird einem Register 522 zugeführt und steht bei der nächsten Berechnung als vorheriger Wert y(k-1) zur Verfügung. Der Ausgangswert 521 für die Berechnungsschleife errechnet sich dann nach folgender Formel
F 2.27
y (k) = λ*y (k-1 ) + ( 1-λ) *u*kp
wobei λ Werte zwischen 0 und 1 einnehmen kann, λ beschreibt die Wertigkeit der Tiefpaßfilters. Für den Grenzwert λ=0, ist die Rekursionfunktion eliminiert: die vorhergehenden Werte y(k-l) haben für die Berechnung des neuen Ausgangswertes 521 keine Bedeutung. Je mehr sich λ dem Wert 1 nähert, desto stärker wirken die vorhergehenden Werte, so daß sich der aktuelle Eingangswert 520 nur langsam als Ausgangswert 521 durchsetzt. kp ist ein linearer Wertungsfaktor.
Die eben beschriebene Tiefpaßfilterung erfolgt für die beiden Eingangswerte 500 und 501 und führt zu gefilterten Werten 515,516.
Eine ebensolche Tiefpaßfilterung 512 erfolgt für die Eingangsgröße 502, nämlich für Der gefilterte Wert 517 wird
ebenso wie der ungefilterte Wert 503 nichtlinearen Filtern zugeführt. Diese Filter haben die Aufgabe, für kleine
Eingangswerte den Ausgangswert zu 0 zu setzen und für Eingangswerte, die über einen bestimmten Grenzwert liegen, einen um den Grenzwert reduzierten Eingangswert weiterzuleiten. Die
Begrenzung erfolgt sowohl im negativen als auch im positiven Bereich. Die Grenzwerte
und ß
th können fest im Programm implementierte Größen sein, aber auch Größen, die von
weiteren Parametern abhängen, zum Beispielvom Reibbeiwert zwischen den Reifen und der Fahrbahn. Die Grenzwerte werden in diesem Fall gesondert als lineare Funktion des Reibwertes berechnet.
Alle vier Größen, nämlich 515,516,517 und 518 werden in einem weiteren Schritt 530,531,532 bzw. 533 mit je einem linearen Faktor gewichtet.
Diese Faktoren sind fest im Berechnungssystem implementiert. Sie lassen sich größenordnungsmäßig aus entsprechenden Fahrzeugmodellen errechnen, benötigen aber im allgemeinen eine Feinabstimmung durch Fahrversuche. Auf diese Weise wird für jedes Fahrzeug bzw. für jeden Fahrzeugtyp ein entsprechender Satz von linearen Faktoren festgelegt. Die so gewichteten Eingangsgrößen 500,501,502,503 werden addiert, wobei
(Additionsglied 540) sich das zusätzliche Giermoment MG ergibt, das dem weiteren Berechnungsgang des Programms zugrunde gelegt wird.
In der Praxis hat sich aber herausgestellt, daß noch
Modifikationen des errechneten Giermoments notwendig sind.
Dazu können zwei Ansätze gemacht werden:
1. Die Eingangsgrößen, insbesondere
, werden modifiziert.
2. Das errechnete Giermoment MG wird einer Filterung
unterzogen.
Mit beiden Ansätzen wird versucht, die Regelung nicht nur unter Berücksichtigung der Gierwinkelgeschwindigkeit sondern auch unter Berücksichtigung des Schwimmwinkels durchzuführen.
2.4.1 Modifikation der Eingangsgrößen
Mit Hilfe eines Fahrzeugreferenzmodells wird - wie schon erläutert - ein Sollwert für die Gierwinkelgeschwindigkeit errechnet. Da das verwendete Fahrzeugreferenzmodell mit den tatsächlichen Gegebenheiten nicht vollständig übereinstimmen kann, ist es in der Regel notwendig, das Ergebnis des
Modellrechnung nochmals zu korrigieren. Im Referenzmodell werden im wesentlichen die Werte ausgewertet, die ein
Gierwinkelgeschwindigkeitssensor sowie ein Lenkwinkelsensor liefern. Eine Korrektur der errechneten Sollgierwinkelgeschwindigkeit kann erfolgen, indem zusätzlich die Werte berücksichtigt werden, die ein Querbeschleunigungssensor liefert.
Die Auswertung kann auf verschiedenen Wegen erfolgen. Im folgenden wird ein Weg vorgeschlagen, bei dem zunächst die gemessene Querbeschleunigung in eine Schwimmwinkelgeschwindigkeit umgerechnet wird. Mit diesem Wert wird eine
Korrektur des Sollwertes für die Gierwinkelgeschwindigkeit vorgenommen.
Die Berechnung von
erfolgt z. B. mit Hilfe der
kinematischen
-Bestimmung 14, 15 (Fig. 2).
Das Verfahren erfolgt nach dem in Figur 19 gegebenen Schema. Der geschätzte Wert für die Schwimmwinkelgeschwindigkeit
wird ggf. nach einer Tiefpaßfilterung mit einem ersten
Schwellenwert th, verglichen (Raute 400). Die Bedeutung dieses Vergleichs ergibt sich erst nach einer Korrektur des Sollwertes für die Gierwinkelgeschwindigkeit
und wird daher im Anschluß näher erläutert.
Wenn
th
1 ist, wird der Betrag von mit einem zweiten
Schwellenwert th2 verglichen (Raute 401), wobei der zweite
Schwellenwert größer ist als der erste Schwellenwert th1.
Wird auch dieser Schwellenwert überschritten, so erfolgt zu nächst eine Integration 402 der Schwimmwinkelgeschwindigkeit über die Zeit. Dazu wird die Schwimmwinkelgeschwindigkeit mit der Loopzeit T0 multipliziert und zum vorherigen
Integrationsergebnis Intgi-1 addiert. Die
Integrationsschritte werden mit n gezählt, so daß die Zahl n nach der Integration um 1 erhöht wird (Schritt 403). Die Integrationszeit wird damit repräsentiert durch die Anzahl n der erfolgten Integrationsschritte. Das Integrationsergebnis
Intg
n
wird verglichen mit einem Schwellenwert ß
s (Raute
404). Die Schwellenwertgröße repräsentiert eine maximal zulässige Abweichung gegenüber einem theoretisch
einzuhaltenden Schwimmwinkel. Der Schwellenwert ßs liegt in der Größenordnung von ca. 5 Grad.
Wird dieser Schwellenwert überschritten, so wird die
Sollgierwinkelgeschwindigkeit
durch eine additive
Konstante S neu bewertet (Schritt 405), die abhängig ist von der momentanen Schwimmwinkelgeschwindigkeit und der Anzahl
n der Integrationsschritte. Das heißt, daß mit jedem neuen Loop, in dem der Schwellenwert ßs überschritten ist, die
Sollgierwinkelgeschwindigkeit weiter reduziert wird. Die additive Konstante S wird je nach Vorzeichen von
entweder hinzuaddiert oder subtrahiert, so daß auf jeden Fall
der betragsmäßige Wert der Sollgierwinkelgeschwindigkeit reduziert wird. Erreicht Intg
n nicht man den Schwellenwert ß
s, dann wird
nicht limitiert (Schritt 407).
Bei einem erneuten Durchgang wird wiederum überprüft, ob der Betrag der geschätzten Schwimmwinkelgeschwindigkeit kleiner als die Schwelle th1 ist. Wenn dies der Fall ist, so wird dies dahingehend interpretiert, daß das Fahrzeug sich wieder stabilisiert hat. Dies hat zur Folge, daß n in Schritt 406 wieder zu 0 gesetzt wird und daß für die Weiterberechnung im Schritt 407 eine Sollgierwinkelgeschwindigkeit zugrunde gelegt wird, die nicht korrigiert wird, also identisch ist mit dem Wert, der als Ergebnis des Fahrzeugreferenzmodells vorliegt. Außerdem wird der Startwert Intgn-1 der Integration gleich Null gesetzt.
Überschreitet eine Schwimmwinkelgeschwindigkeit betragsmäßig zwar th1, nicht jedoch th2, so bleibt der alte Wert Intgn unverändert, d.h. die Integration wird für einen Loop ausgesetzt. Die vorherige Limitierung bleibt erhalten. Sollte der Schwellenwert th2 wieder überschritten werden, wird die
Integration fortgeführt. 2.4.2 Korrektur MG
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Giermoment MG, das vom Regelgesetz 16 berechnet wird, zu manipulieren. Dazu wird die Differenz zwischen dem vorherigen Wert M1(k-1) zum aktuellen Wert M1(k) gebildet. Der Index 1 weist darauf hin, daß diese Werte die unmittelbaren Ergebnisse des
Giermomentenreglers sind, also noch nicht aufgrund der folgenden Korrektur berechnet worden sind. Diese Differenz wird auf die Loopzeit T0 bezogen und ergibt ΔM1. Zu diesem
Gradienten ΔM
1 wird ein Korrekturgradient hinzuaddiert, der
sich aus
multipliziert mit einem Korrekturfaktor ergibt.
Der so korrigierte Gradient wird multipliziert mit der
Loopzeit T0 und zum Giermoment M(k-1) der vorhergehenden
Rechnung hinzuaddiert. Das ergibt das aktuelle Moment MG(k) das der weiteren Berechnung zugrunde gelegt wird.
Realisiert wird diese Berechnung durch eine Logik wie sie in Figur 20 dargestellt ist. Die berechneten Momente, die sich aus dem Unterprogramm "Regelgesetz 16" ergeben, werden in ein Schieberegister 420 eingeführt. An der ersten Stelle 421 des Schieberegisters 420 befindet sich jeweils der aktuelle Wert M1(k); an zweiter Stelle 422 des Schieberegisters 420 befindet sich der vorherige Wert M1(k-1). Sobald ein neuer
Wert M1 vorliegt, wird der Wert aus dem Register 421 in das
Register 422 geschoben und der Wert im Register 421 durch den neuen Wert ersetzt. Die Werte in den Registern 421 und 422 werden einer Berechnungslogik 430 zugeführt, die ein ΔM nach folgender Formel berechnet:
Der Berechnungslogik 430 wird dazu außerdem aus der kinematischen
-Bestimmung die geschätzte Schwimmwinkelgeschwindigkeit zugeführt. Weiterhin ist in einem Speicher ein
Wert für einen Korrekturfaktor a festgelegt mit dem die Schwimmwinkelgeschwindigkeit in eine Momentenänderung umgerechnet wird. Die Berechnung des neuen Moments M(k) geschieht nach folgender Formel
F 2 . 29
M( k ) - M( k-1 ) + ΔM
Im Register 431 wird der aktuelle Wert des korrigierten Moments, im Register 432 der Wert aus der vorherigen Berechnung abgelegt. Der Wert im Register 431 wird der weiteren
Berechnung zugrunde gelegt.
3. Verteilungslogik
3.1 Zusatzgiermoment durch Aufbringung von Bremskräften
Um eine stabile Fahrt des Fahrzeuges auch in einer Kurve zu erreichen, ist es zunächst notwendig, den Lenkwinkel zu erfassen. Der Lenkwinkel repräsentiert die vom Fahrer gewünschte Kurvenbahn des Fahrzeugs. Bei einer stabilen
stationären Kur venfahrt, soll das Fahrzeug mit einem
annähernd konstanten Schwimmwinkel und gleichbleibender
Gierwinkelgeschwindigkeit die Bahn durchlaufen. Abweichungen von diesem Schwimmwinkel bzw. von dieser Gierwinkelgeschwindigkeit muß der Fahrer durch Gegenlenken
ausgleichen. Dies ist aber nicht immer möglich, insbesondere dann nicht, wenn der Fahrer die Kurve mit der Kurvengrenzgeschwindigkeit durchfährt. In solchen Situationen ist es notwendig, das Fahrzeug gezielt abzubremsen und zusätzliche Momente um die Hochachse auf das Fahrzeug aufzubringen, die eine Anpassung der tatsächlichen an die gewünschte Gierwinkelgeschwindigkeit hervorrufen sollen.
Regelalgorithmen, die diese Zusammenhänge beschreiben, sind zuvor beschrieben worden, brauchen daher an dieser Stelle nicht näher ausgeführt zu werden.
Es bleibt allerdings die Problematik, ein vom Regelalgorithmus berechnetes zusätzliches Giermoment MG in geeigneter
Weise durch ein gezieltes Aufbringen von Bremskräften zu verwirklichen.
Bei hydraulischen Bremsen besteht die Aufgabe daher praktisch darin, für jede einzelne Radbremse einen Bremsdruck
festzulegen. Dabei soll das zu realisierende Moment um die Hochachse mit möglichst geringen Drücken in den einzelnen Bremsen erzielt werden. Es wird daher vorgeschlagen, für jedes Rad einen Koeffizienten zu bestimmen und die
Bremsdrücke aus dem zu erzeugenden Fahrzeuggiermoment und den jeweils gewichteten Koeffizienten zu ermitteln.
Wie schon erläutert, ist es insbesondere bei Fahrzeugbremsanlagen, die auf hydraulischer Basis arbeiten, günstig, die Koeffizienten so zu bestimmen, daß unmittelbar der Bremsdruck für die einzelnen Radbremsen ermittelbar ist. Die Gewichtung der Koeffizienten erfolgt auf dem Wege, daß jeder einzelne Koeffizient durch die Summe der Quadrate aller Koeffizienten geteilt wird.
Dabei bestimmt jeder Koeffizient den Zusammenhang zwischen dem Radbremsdruck und dem Anteil der so erzeugten einzelnen Radbremskräfte am Giermoment des Fahrzeugs. Als Größen bei der Bestimmung der einzelnen Koeffizienten fließen Parameter ein, die sich während der Fahrt eines Fahrzeuges ändern.
Diese sind insbesondere
- der Lenkwinkel δ
- der Reibwert μ zwischen Reifen und Fahrbahn,
- das Fahrzeugmasse m
- die Achslastverteilung Nz.
Größen, die bei der Berechnung der Koeffizienten einfließen, und die fahrzeugspezifisch bzw. bremsspezifisch sind, sind zum Beispiel für eine Scheibenbremsanlage - die Fläche A der Bremskolben
- die Anzahl n der Kolben pro Radbremse
- der Reibungskoeffizient μR zwischen Scheibe und
Bremsbelag
- das Verhältnis s von effektivem Reibradius zu dynamischem Reifenhalbmesser
- sowie der Wirkungsgrad η der Bremse.
Die vorgeschlagene Berechnungsmethode hat den Vorteil, daß sehr schnell aus einem vorgegebenen zusätzlichen Giermoment die entsprechenden Bremsdrücke berechnet werden können.
Sollten sich die oben genannten Parameter während der Fahrt ändern, so wird dies über eine Änderung der Koeffizienten in der Bremsdruckberechnung berücksichtigt.
Während einige Einflußgrößen linear in die Berechnung der Koeffizienten eingehen, ist vor allem die Abhängigkeit der Koeffizienten vom Lenkwinkel δ nichtlinear.
Es hat sich aber gezeigt, daß eine linearisierte Abschätzung der Abhängigkeit zwischen den einzelnen Koeffizienten und dem Lenkwinkel ausreichend gute Ergebnisse liefert.
Die Figur 21 zeigt in schematischer Weise ein Fahrzeug in Geradeausfahrt mit vier Rädern 601,602,603,604. Jedem der Räder ist eine Radbremse 605,606,607,608 zugeordnet. Diese können unabhängig voneinander angesteuert werden, wobei durch die von den Radbremsen ausgeübten Radbremsmomente Bremskräfte in den Aufstandsflächen der Räder auf der Fahrbahnoberfläche erzeugt werden. So wird z.B. bei einer Ansteuerung der
Radbremse 605 am Rad 601 eine Bremskraft F erzeugt, die
wiederum ein Moment M (im Beispiel positiv gezählt) um die Hochachse erzeugt.
Derartige Momente um die Hochachse des Fahrzeuges können gezielt eingesetzt werden, um ein Fahrzeug stabil auf einer vom Fahrer gewünschten Bahn zu halten.
Im Fahrzeug sind weiterhin Sensoren vorhanden. Dazu gehören Radsensoren, die die Winkelgeschwindigkeit der Räder
601,602,603,604 erfassen. Außerdem wird der Lenkradwinkel mit einem Lenksensor 612 erfaßt. Weiterhin ist ein Sensor 613, für die Gierwinkelgeschwindigkeit vorgesehen.
Aus diesen Sensoren, die einerseits den Fahrerwunsch andererseits das Verhalten des Fahrzeuges erfassen, läßt sich ein zu realisierendes Giermoment errechnen, das, wenn es aufgebracht wird, in der Lage ist, die Gierwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeuges sowie seinen Schwimmwinkel mit dem Fahrerwunsch in Übereinstimmung zu bringen. Dazu werden die Radbremsen
605,606,607,608 unabhängig voneinander angesteuert, wozu eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die ein Teil eines komplexen Programmes zur Regelung der Fahrstabilität ist.
Die prinzipielle Situation ist in der Figur 22 dargestellt. Mit 16 ist ein Programmodul bezeichnet, das das Giermoment MG errechnet. Die Figur 22 zeigt eine Steuervorrichtung, die Drücke pxx berechnet, die in die einzelnen Radbremsen
605,606,607,608 eingesteuert werden sollen. Die ermittelten Druckwerte 622, 623,624,625 können weiter ausgewertet werden und in entsprechende Steuersignale für die Radbremsen
605,606,607,608 umgewandelt werden.
Die Steuervorrichtung selbst besteht aus zwei Teilen, nämlich aus einem ersten Teil 630, in dem Koeffizienten cxx für die einzelnen Räder berechnet werden. Die Koeffizienten cxx
stellen eine lineare Beziehung zwischen dem Druck in der Radbremse und dem anteiligen Giermoment her, das durch die Bremskraft an dem entsprechenden Rad hervorgerufen wird. Im zweiten Teil 631 werden durch Gewichtung der einzelnen
Koeffizienten sowie unter Berücksichtigung des zu realisierenden Giermomentes MG die einzelnen Druckwerte pxx
622,623,624,625 berechnet.
Die Druckwerte sowie die Koeffizienten werden mit Indizes bezeichnet.
Es gilt: v: vorne h: hinten
l: links r: rechts
x: steht entweder für v/l oder h/r
Der erste Berechnungsteil 630 berücksichtigt den Lenkwinkel der über eine Auswertung 632 des Lenksensors 612 dem Rechengang zur Verfügung gestellt wird. Zur Berechnung der Koeffizienten wird der Reibwert μ berücksichtigt, der in einer Auswerteeinheit 633 aus dem Raddrehverhalten abgeleitet wird. (s. auch Abschnitt 2.1) Das Raddrehverhalten wird wiederum durch ein Signal der Radsensoren an den einzelnen Rädern ermittelt. Weiterhin fließt die Fahrzeugmasse sowie die
Lastverteilung Nz ein, die in einer Auswerteeinheit 634 ermittelt werden, in der das Fahrzeugverhalten in verschiedenen Situationen analysiert wird. Der erste Programmteil 630 hat Zugriff zu einem Speicher 635, der die oben genannten fahrzeugspezifischen und radbremsspezifischen Werte enthält.
Aus den genannten Werten wird für jedes Rad ein Koeffizient cxx errechnet, wobei die Werte 640,641,642,643 parallel oder nacheinander berechnet werden können. Die Berechnung erfolgt nach einer Funktion, die im Programm implementiert ist. In
dieser Funktion sind die bekannten Zusammenhänge zwischen Bremsdruck und Bremskraft berücksichtigt. In der Regel ist der Zusammenhang linear. Lediglich der Lenkwinkel δ muß gesondert berücksichtigt werden. Wie in geeigneter Weise der Lenkwinkel berücksichtigt werden kann, wird weiter unten beschrieben.
In dem zweiten Berechnungsschritt 631 werden entweder parallel oder sukzessive aus den einzelnen Koeffizienten 640,641,642,643 nach folgender Formel die Druckwerte für die einzelnen Radbremsen ermittelt:
Die Berechnung der einzelnen Drücke nach dieser Formel hat den Vorteil, daß, um das berechnete Bremsmoment zu erzielen, nur relativ geringe Drücke in die Radbremsen eingesteuert werden müssen. Zum weiteren kann die Bremsdrucksteuerung sehr empfindlich und schnell auf Änderungen insbesondere des Lenkwinkels und der Reibwerte reagieren.
Der Lenkwinkel δ wird wie folgt bei der Berechnung der
Koeffizienten berücksichtigt: Figur 23 zeigt dazu eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges, wobei die
Vorderräder 601 und 602 eingeschlagen dargestellt sind. Mit S ist der Abstand der Vorderräder bezeichnet, mit lv der
Abstand des Schwerpunktes 610 zur Vorderachse.
Die Radebenen 650, 651 schließen Lenkwinkel 652,653 mit der Längsachse des Fahrzeuges ein. Der Einfachheit halber wird angenommen, daß die Lenkwinkel δ 652,653 gleich groß sind. Der effektive Hebelarm hl bzw. hr bezogen auf die Bremskraft
F, die in der Radebene 650,651 wirkt, errechnet sich aufgrund von Näherungsüberlegungen für kleine Lenkwinkel wie folgt.
Da die Näherung "kleine Lenkwinkel" nicht immer erfüllt ist, hat es sich als günstig erwiesen, ggf. mit der folgenden Formel zu rechnen.
Sollten die berechneten Hebelarme kleiner Null werden, werden sie zu Null gesetzt.
Die Radkoeffizienten cxx lassen sich nun wie folgt berechnen, nämlich zu
F 3.4 cxx =Chydxx* h l , r , wobei in chydxx alle Parameter außer dem Lenkwinkel δ
berücksichtigt sind.
Auf diese Weise lassen sich die Koeffizienten darstellen als das Produkt zweiter Terme, wobei der eine Term den effektiven Hebelarm bestimmt und der andere Term vom Lenkwinkel
unabhängig ist.
3.2 Zusatzgiermoment durch Reduzierung von Seitenkräften
Eine Methode, einseitig wirkende Bremskräfte aufzubringen, besteht darin, die Radbremsen derart anzusteuern, daß die Räder unterschiedlich stark abgebremst werden. Ein Verfahren, das dies bewerkstelligt, ist im vorherigen Abschnitt beschrieben worden.
Dieses Verfahren stößt dann an eine Grenze, wenn eine Fahrstabilitätsregelung während einer Pedalbremsung erfolgen soll, wenn also schon aufgrund der Abbremsung durch den Fahrer ein bestimmter Bremsdruck in den Radbremsen
eingestellt ist. Im Prinzip läßt sich das oben beschriebene Verfahren auch für diesen Fall anwenden. Anstelle absoluter Drücke werden Änderungen der schon eingestellten Bremsdrücke ermittelt.
Dabei treten allerdings die folgenden Probleme auf. Ist in eine Radbremse schon eine sehr hoher Druck eingesteuert, so daß sehr hohe Bremskräfte realisiert werden, so würde eine Steigerung des Bremsdruckes nicht unbedingt zu einer
Steigerung der Bremskraft führen, da die Haftgrenze zwischen Reifen und Fahrbahn erreicht ist. Der im oben genannten Modell unterstellte lineare Zusammenhang zwischen Bremsdruck und Bremskraft ist in diesem Fall nicht mehr gegeben.
Die nicht zu überschreitende Grenze der Bremskraft auf der einen Fahrzeugseite kann im Sinne einer Giermomentregelung kompensiert werden durch eine Bremskraftminderung auf der anderen Fahrzeugseite.
Dies hat allerdings den Nachteil, daß mit Minderung der
Bremskraft auch die Verzögerung des Fahrzeuges gemindert wird. Das ist nicht immer hinnehmbar, da bei einem vom Fahrer eingeleitetem Bremsvorgang das Fahrzeug auf möglichst kurze Distanz zum Stillstand gebracht werden soll. Eine zu starke Minderung der tatsächlichen Verzögerung des Fahrzeugs gegenüber dem Fahrerwunsch kann daher im allgemeinen nicht hingenommen werden. Zur Lösung dieses Problems wird folgender Weg eingeschlagen.
Die Radbremsen zumindest eines Rades wird so angesteuert, daß der Längsschlupf 2 des Rades so eingestellt wird, daß er größer ist als der Längsschlupf, bei der der maximale Kraft
schluß erreicht wird. Bei diesem Verfahren wird ausgenutzt, daß die übertragene Bremskraft, das ist die Längskraft am Reifen, ihren maximalen Wert bei einem Längsschlupf von ca. 20 % (0 % - freirollendes Rad; 100 % - blockiertes Rad) erreicht und bei Werten über 20 % die übertragbare Bremskraft nur wenig abnimmt, so daß keine erhebliche Einbuße bei der Verzögerung des Fahrzeuges bei einem Radschlupf zwischen 20 % und 100 % auftritt.
Betrachtet man aber gleichzeitig die übertragbare Seitenkraft, das ist die Kraft, die senkrecht zur Radebene wirkt, so zeigt die eine starke Abhängigkeit vom Radschlupf, der sich darin äußert, daß mit zunehmendem Schlupf die übertragbare Seitenkraft stark abnimmt. Im Schlupfbereich von über 50 % zeigt das Rad ein ähnliches Verhalten wie ein
blockiertes Rad. Das heißt es werden kaum noch Seitenkräfte aufgebracht.
Durch eine geschickte Auswahl der Räder, an denen ein hoher Längsschlupf eingestellt wird, kann ein kontrolliertes
Schleudern des Fahrzeuges provoziert werden, wobei die mit dem Schleudern hervorgerufene Änderung des Gierwinkels der gewünschten Änderung entsprechen soll. Da bei diesem Verfahren die Längskräfte im wesentlichen erhalten bleiben, die Seitenkräfte aber deutlich reduziert werden, kann eine
Kontrolle der Gierwinkelgeschwindigkeit erfolgen, ohne daß die Fahrzeugverzögerung zu stark reduziert wird.
Die Auswahl des Rades, das zumindest kurzzeitig mit einem erhöhten Längsschlupf gefahren wird, erfolgt nach folgenden Regeln. Dazu betrachtet man eine vom Fahrer gewollte
Kurvenfahrt nach rechts. Für eine Kurvenfahrt nach links gelten entsprechende "gespiegelte" Regeln. Dabei kann der Fall auftreten, daß das Fahrzeug sich nicht so stark in die Kurve hineindreht wie erwartet. Mit anderen Worten, das Fahrzeug untersteuert. In diesem Fall wird das hintere kur
veninnere Rad mit erhöhten Schlupfwerten betrieben. Dreht sich das Fahrzeug allerdings zu stark in die Kurve, dieser
Fall wird als Übersteuern bezeichnet, so wird das vordere kurvenäußere Rad mit hohen Sehlupfwerten betrieben.
Zusätzlich kann der Druckabbau an einem Vorderrad unterbunden werden. Dies geschieht nach folgenden Regeln. In einer
FahrSituation, in der das Fahrzeug sich untersteuernd verhält, wird der Bremsdruckabbau am kurvenäußeren vorderen Rad unterbunden. In einer Situation, in der sich das Fahrzeug übersteuernd verhält, wird der Druckabbau am kurveninneren vorderen Rad unterbunden.
Die tatsächliche Steuerung des Bremsdruckes kann wie folgt erfolgen. Wie schon zuvor erläutert wurde, wird der Bremsdruck in den einzelnen Radbremsen in Abhängigkeit von dem zu erzielenden Giermoment und den gewichteten Radkoeffizienten bestimmt.
Bei der Berechnung der Koeffizienten kann ein vom Bremsschlupf abhängiger Faktor eingeführt werden, der derart nachgeregelt wird, daß sich der oben beschriebene gewünschte Bremsschlupf einstellt. Die Begrenzung des Druckabbaus an einem Rad kann durch Festlegung einer unteren Schwelle für den entsprechenden Koeffizienten erzielt werden.
Im folgenden soll das in dem Steuerprogramm der Bremsanlage implementierte Verfahren näher erläutert werden.
Das Steuerprogramm berechnet aufgrund von gewichteten
Koeffizienten den Bremsdruck, der in jeder einzelnen
Radbremse erzeugt werden muß. Problematischer wird die
Berechnung, wenn das Fahrzeug gebremst wird, insbesondere dann, wenn es unter Ausnutzung der Haftschlußgrenze zwischen Reifen und Fahrbahn verzögert wird. In solchen Fällen ist es durchaus möglich, daß zunächst eine Antiblockierregelung
einsetzt, bevor eine überlagerte Fahrstabilitätsregelung erforderlich wird.
In solchen Fällen können die prinzipiellen Überlegungen für ein ungebremstes Fahrzeug nicht übernommen werden, da zum Beispiel bei der Erhöhung eines Druckes in einer Radbremse die entsprechende Bremskraft nicht linear anwächst, weil die Haftschlußgrenze erreicht ist. Eine Erhöhung des Drucks in dieser Radbremse würde also keine zusätzliche Bremskraft und damit kein zusätzliches Moment erzeugen.
Zwar kann der gleiche Effekt, ein zusätzliches Giermoment zu erzeugen, durch die Minderung des Radbremsdrucks des anderen Rades der Achse hervorgerufen werden. Damit würde aber insgesamt eine Verringerung der Bremskraft bewirkt werden, was wiederum mit der Forderung kollidiert, daß das Fahrzeug auf möglichst kurze Distanz zum Stillstand gebracht werden soll.
Es wird daher das in Figur 24 gezeigte Verhalten von
Fahrzeugrädern ausgenutzt. Diese Diagramm zeigt auf der X-Achse Schlupfwerte λ zwischen 0 und 100 %, wobei mit 0 % ein freirollendes Rad und mit 100 % ein blockiertes Rad markiert ist. Die Y-Achse zeigt die Reib- und Seitenkraftwerte μB und μs im Wertebereich zwischen 0 und 1. Die durchgezogenen
Linien zeigen die Abhängigkeit des Reibwertes vom Schlupf für unterschiedliche Schräglaufwinkel α. Insbesondere für kleine Schräglaufwinkel erkennt man, daß die Kurve einen Maximumwert im Bereich Schlupf λ = 20 % hat. In Richtung 100 % nimmt der Reibwert leicht ab. Für einen Schräglaufwinkel von 2° beträgt der maximale Reibwert ca. 0,98, während er bei λ = 100 % noch den Wert 0,93 aufweist. Betrachtet man dagegen die Seitenkraftwerte, so ergibt sich insbesondere für größere Schräglaufwinkel eine extreme Abnahme über den Schlupfbereich. Für einen Schräglaufwinkel von 10° liegt der Seitenkraftwert für einen Schlupfwert von 0 % bei 0,85 und sinkt für Schlupfwerte von nahezu 100 % auf 0,17.
Den Kurven der Figur 24 kann somit entnommen werden, daß bei Schlupfwerten im Bereich zwischen 40 und 80 % relativ hohe Bremskräfte, aber nur geringe Seitenkräfte übertragen werden können.
Dieses Radverhalten kann ausgenutzt werden, um gezielt die Seitenkraft eines bestimmten Rades am Fahrzeug zu verringern. Die Auswahl des Rades erfolgt nach dem folgenden Schema, was anhand der Figuren 25a und 25b näher erläutert werden soll.
Die Figur 25 a, b zeigt ein Fahrzeug in schematischer Darstellung in einer Rechtskurve. Entsprechend dem Kurvenradius und der Geschwindigkeit des Fahrzeuges muß sich das Fahrzeug um seine Hochachse drehen, das heißt es muß eine bestimmte Gierwinkelgeschwindigkeit im Uhrzeigersinn vorliegen.
Das Fahrzeug verfügt, wie schon erläutert, über einen Gierwinkelsensor. Weicht die gemessene Gierwinkelgeschwindigkeit von der zu erzielenden ab, so muß ein zusätzliches
Moment MG um die Hochachse des Fahrzeuges aufgebracht werden.
Weicht die gemessene Gierwinkelgeschwindigkeit in der Weise von der zu erzielenden ab, daß das Fahrzeug sich nicht genügend dreht, so liegt ein sogenanntes untersteuerndes Verhalten vor. Es muß ein zusätzliches Moment aufgebracht werden, das in dieser Situation negativ gezählt wird. Es soll bewirken, daß sich das Fahrzeug in die Kurve hineindreht. Dies könnte in vorliegendem Fall dadurch erreicht werden, daß der Bremsdruck in den rechten Fahrzeugrädern erhöht wird.
Wenn das Fahrzeug aber schon vom Fahrer gebremst wird, kann es möglich sein, daß diese Räder schon maximale Bremskraft übertragen. Wenn dies von einer Auswerteelektronik festgestellt wird, wird der Druck in der rechten Hinterradbremse so gesteigert, daß das Rad bei Schlupfwerten im Bereich zwischen 40 und 80 % läuft. Das Rad 604 ist daher mit einem "λ"
markiert. Dies hat, wie schon erläutert, eine erhebliche Senkung der Seitenkraft zur Folge. Es werden also nur noch geringe Seitenkräfte am rechten Hinterrad aufgebaut, was zur Folge hat, daß das Fahrzeug mit dem Heck nach links
ausbricht, also eine Drehung im Uhrzeigersinn beginnt. Die Minimierung der Seitenkraft wird solange beibehalten, bis die tatsächliche Gierwinkelgeschwindigkeit
der Soll-Gierwinkelgeschwindigkeit
des Fahrzeuges entspricht.
In der Figur 25b ist die Situation eines übersteuernden Fahrzeuges dargestellt. Das Fahrzeug dreht sich schneller um die Hochachse, als dies einer errechneten Soll-Gierwinkelgeschwindigkeit entspricht. In diesem Fall wird vorgeschlagen, die Seitenkraft am vorderen linken Rad 601 zu senken. Dies erfolgt ebenfalls dadurch, daß an diesem Rad Schlupfwerte zwischen 40 und 80 % eingesteuert werden. Das Rad 601 ist daher hier mit einem "λ" markiert.
Für beide Fälle kann im Steuerprogramm ein Unterprogramm abgelegt werden, das eine weitere Druckabsenkung am kurvenäußeren Vorderrad 601 für den Fall des Untersteuerns (Figur 25a) bzw. am kurveninneren Vorderrad 602 für den Fall des Übersteuerns (Figur 25b) bewirkt wird. Diese Räder sind jeweils mit "pmin" markiert. Für eine Kurvenfahrt nach links erfolgen die entsprechenden Ansteuerungen seitenverkehrt.
Die Regelung des Drucks in den einzelnen Rädern kann nun auf die Weise erfolgen, daß für jedes einzelne Rad ein Koeffizient bestimmt wird, der den Zusammenhang zwischen Druckänderung und dem berechneten zusätzlichen Giermoment MG
darstellt.
Diese Koeffizienten sind eine Funktion von Parametern, die das Fahrzeug bzw. die Radbremsen beschreiben, sowie von Größen, die sich während einer Fahrt ändern. Dies sind insbeson
dere der Lenkwinkel δ und der Reibwert μ der Paarung
Straße/Reifen (s. auch Abschnitt 3.1). Für die oben erwähnte Steuerung wird nun zusätzlich eine Abhängigkeit vom Längsschlupf des jeweiligen Rades eingeführt. Die Unterbindung des Druckabbaus an einzelnen Rädern kann dadurch realisiert werden, daß für die Koeffizienten untere Grenzen definiert werden, wobei die errechnete Größe der Koeffizienten durch den Mindestwert ersetzt wird, falls der Mindestwert
unterschritten wird.
In Figur 26 ist ein entsprechender Algorithmus dargestellt. Zunächst wird das zusätzliche Giermoment MG errechnet
(Programm 640). Aus diesem Moment werden die zugehörigen Bremskraftänderungen bzw. Bremsdruckänderungen für die einzelnen Räder ermittelt (Programm Teil 641). Die
ermittelten Bremsdrücke werden mit Schwellen pth verglichen, die unter anderem von der Reibwertpaarung Straße/Reifen bestimmt werden (Raute 642). Die Schwellen pth legen fest, ob eine weitere Steigerung des Radbremsdruckes mit einer
gleichzeitigen Erhöhung der Bremskraft möglich ist. Bleiben die einzusteuernden Drücke unterhalb dieser Grenzwerte, so erfolgt die Steuerung nach dem in Abschnitt 3.1 erwähnten Verfahren. Liegen die berechneten Bremsdrücke oberhalb dieser Schwellenwerte, so erfolgt die Berechnung der Drücke gemäß dem oben vorgestellten Schema 644.
4. Prioritätsschaltung
Aus dem Zusatzgiermoment MG werden mittels einer Verteilungslogik die in den Radbremsen einzustellenden Drücke errechnet (Abschnitt 3).
Aus diesen Druckwerten werden in einem unterlagerten Druckregelkreis Steuersignale für Ein- und Auslaßventile errechnet und ausgegeben. In diesem unterlagerten Druckregelkreis
werden die tatsächlichen Radbremsdrücke mit den errechneten in Einklang gebracht.
Wenn auch Steuersignale anderer Regler (ABS7, ASR8, EBV9) einbezogen werden sollen (Abschnitt 1.) ist es notwendig, daß auch deren Steuersignale zunächst mit Hilfe eines im Rechner abgelegten hydraulischen Modells der Radbremsen in Druckwerte umgerechnet werden.
Die Druckanforderungen des GMR-Reglers 10 werden dann mit den Druckanforderungen des ABS-Reglers und weiterer Regler in Bezug gesetzt. Dies geschieht in einer Prioritätsschaltung, die entscheidet, welchen Anforderungen der Vorzug zu geben ist, bzw. in wie weit gemittelte Drücke an die Drucksteuerung 5 für die Radbremsen ausgegeben werden. Die Drucksteuerung 5 wiederum rechnet die Drücke in Ventilschaltzeiten um.
Der Prioritätsschaltung können anstelle von Solldrücken auch Solldruckänderungen zugeführt werden (s. Abschnitt 7).
In diesem Fall führt die Prioritätsschaltung 3 die Ausgabe der Druckänderungen Δp an ihrem Ausgang nach der Regel durch, daß die Forderung nach einer Druckabsenkung an einem der Räder bevorzugt erfüllt wird und die Forderung, den Druck in einer Radbremse zu halten, Priorität gegenüber der
Forderung nach Druckerhöhung hat. Damit werden die einzelnen Forderungen an die Prioritätsschaltung nach der Regel abgearbeitet, daß bei Vorliegen einer Forderung nach Druckabbau Forderungen nach Aufrechterhaltung des Druckes oder nach Druckaufbau ignoriert werden. Auf gleiche Weise wird kein Druckaufbau vorgenommen, wenn Druckhalten gefordert ist.
5. Prioritätsschaltung mit direktem Vergleich von
Ventilschaltzeiten
Alternativ hierzu kann auch eine andere Methode angewandt werden.
Die Verteilungslogik errechnet aus dem Zusatzgiermoment MG nicht Drücke, sondern unmittelbar Ventilschaltzeiten, wie die anderen Regler auch. Die Ventilschaltzeiten des GMR können somit verglichen werden mit den angeforderten Ventilschaltzeiten beispielsweise des ABS. In der Prioritätsschaltung werden dann nicht - wie bisher - unterschiedliche Druckanforderungen bewertet, sondern unterschiedliche Ventilschaltzeiten.
Um Ventilschaltzeiten zu erhalten, errechnet die Verteilungslogik zunächst einzustellende Druckänderungen für jede Radbremse.
Mittels eines nachgeschalteten nichtlinearen Regelelements werden aus den Druckänderungen Schaltzeiten für die Ansteuerung für die einzelnen Radbremsen berechnet.
Dieses nichtlineare Regelelement kann z. B. ein Zähler sein. Dieser Zähler setzt die vorgegebenen Druckänderungen in
Taktzahlen um. Dazu wird die Loopzeit T0 in etwa 3 bis 10
Schaltintervalle (Takte) unterteilt. Die maximale Zahl der Takte pro Loopzeit ist eine feste Größe, die sich nach der zu erzielenden Regelgüte bestimmt.
Durch die errechnete Taktzahl wird festgelegt, wie lange ein Ventil innerhalb einer Loopzeit angesteuert sein soll.
Da im allgemeinen zwei Ventile pro Radbremse vorhanden sind, wobei das eine Ventil (Einlaßventil), die Druckmittelzufuhr zur Radbremse und das andere Ventil (Auslaßventil), den Druckmittelablaß aus der Radbremse regelt, sind insgesamt acht Signale zu generieren.
Diese Taktzahlen werden der Prioritätsschaltung zugeführt, die in weiteren Kanälen die Taktzahlen weiterer Regler aufnimmt.
Die Prioritätsschaltung entscheidet, welchem Regler Vorrang zu geben ist, welche Taktzahl also zur tatsächlichen Ventilsteuerung übernommen wird.
Die Reaktion des Fahrzeuges auf die durch die Betätigung der Radbremsen erzeugten Bremskräfte ist eine geänderte Gierwinkelgeschwindigkeit. Diese wird vom GMR-Regler 10 erfaßt, der nun wiederum ein neues Zusatzgiermoment ermittelt.
Es werden also an keiner Stelle des Regelkreises Bremsdrücke berechnet oder eingestellt. Die Regelalgorithmen benötigen daher keine Information über die Radbremse, insbesondere keine Information über den Zusammenhang von Volumenaufnahme der Radbremsen und den sich daraus ergebenden Bremsdrücken. Eine Möglichkeit zur Errechnung der Taktzeiten wird anhand von Fig. 27 erläutert.
Aus dem Zusatzgiermoment MG werden über die Verteilungslogik
700 Bremsdrücke errechnet, die in den einzelnen Radbremsen aufgebaut werden sollen. Wie dies geschieht, kann den Abschnitten 3.1 und 3.2 entnommen werden. Als Ergebnis der Berechnung innerhalb der Verteilungslogik liegen für ein Vierrad-Fahrzeug vier Druckwerte p1 bis p4 vor. Diese Größen müssen in Schaltzeiten für die Ventile umgesetzt werden, die die Druckmittelzufuhr (Druckerhöhung) beziehungsweise den Druckmittelablaß (Druckabbau) in bzw. aus den Radbremsen steuern. Die Schaltzeiten für die Ventile werden - wie schon erwähnt - nicht aus den Absolutwerten für die Druckvorgaben berechnet, sondern aus der Änderung in der Druckvorgabe.
Daher wird jeder Wert pn (n = 1 bis 4) einem Schieberegister
701 zugeführt. Auf dem ersten Registerplatz 702 wird der
aktuelle Wert eingeschrieben. In den zweiten Registerplatz 703 wird der vorherige Wert aus dem ersten Registerplatz 702 aufgenommen, so daß dort die Druckanforderung aus der
vorangegangenen Berechnungsschleife eingeschrieben ist.
Dieser Wert wird mit pn* bezeichnet.
In einem nächsten Schritt 705 wird aus dem ersten Registerplatz 702 die aktuelle Druckanforderung pn ausgelesen. Ist dieser Wert 0 oder kleiner als ein Minimalwert, so zweigt das Programm in eine Schleife 706 ein, mit der sichergestellt werden soll, daß der Radbremse so viel Druckmittel entnommen wird, daß der sich einstellende Druck zu Null wird. Dazu wird das Einlaßventil geschlossen und das Auslaßventil über mindestens eine Loopzeit T0 geöffnet.
Liegt der aktuelle angeforderte Druckwert über diesem Minimalwert, so wird die Differenz aus den beiden Registerwerten 702 und 703 gebildet. Dies geschieht im Differenzbildner 707. Die berechnete Druckänderung Δp kann entweder größer oder kleiner 0 sein. Ist sie größer 0, muß in der jeweiligen Radbremse der Druck erhöht werden. Ist sie kleiner 0, muß der Druck in der jeweiligen Radbremse erniedrigt werden. Für den Fall der Druckerhöhung durchläuft das Programm den rechten Entscheidungspfad 710. Unter Berücksichtigung der einzustellenden Druckdifferenz sowie der Druckanforderung oder falls entsprechende Signale vorliegen, aufgrund des
tatsächlichen Drucks in der Radbremse, wird für das
Einlaßventil eine Öffnungszeit Δtein berechnet. Die
Öffnungszeit Δtaus des Auslaßventils wird zu Null gesetzt.
Umgekehrt (Entscheidungspfad 711) wird für den Fall der angeforderten Druck-erniedrigung die Öffnungszeit Δteindes
Einlaßventils zu Null gesetzt, während die Öffnungszeit Δtaus
aus des Auslaßventils aus der angeforderten Druckdifferenz und dem aktuellen Druck in der Radbremse bzw. dem
angeforderten Druck, der im ersten Registerplatz 702
eingeschrieben ist, berechnet.
In der Regel liegt ein linearer Zusammenhang zwischen der Öffnungszeit Δt und der beabsichtigten Druckänderung Δp vor.
Wie erläutert wird nicht mit den Öffnungszeiten selbst gerechnet, sondern mit Taktzahlen. Dies ist im Diagramm der Fig. 28 näher erläutert. Die oben beschriebenen Berechnungen werden in gleichbleibenden Zeitabständen (Loopzeit T0) durchgeführt, wobei als Ergebnis einer Berechnung die Steuersignale für die Ventile der Radbremsen im nächsten Loop festgelegt werden. Eine Loopzeit T0 beträgt ca. 3 ms.
Je nach dem wie fein die Regelung laufen soll, wird jede Loop-Zeit T0 in N Zeitabsschnitte unterteilt.
In dem Diagramm der Fig. 28 ist eine Unterteilung in sechs Schritte vorgesehen. Die Schaltzeiten für die Ventile werden dann nicht mehr als Zeitgrößen ausgegeben, sondern als Anzahl der Takte innerhalb eines Loops, in der das Ventil geöffnet sein soll. Für n = 3 ergibt sich z. B., wie der Fig. 28 zu entnehmen ist, eine Öffnungszeit von 1,5 ms.
Sollte die angeforderte Öffnungszeit größer sein als die Loop-Zeit, wird n auf den jeweils maximalen Wert N gesetzt (im dargestellten Beispiel auf sechs).
Diese Berechnung wird für jede Radbremse durchgeführt, für ein Vierradfahrzeug also vier mal. Die Berechnungen können parallel oder nacheinander erfolgen. Als Ergebnis liegen acht Werte vor, vier Werte für Einlaßventile, vier Werte für Auslaßventile. Diese Werte werden einer modifizierten Priori
tätsschaltung 720 zugeführt. In diese Prioritätsschaltung 720 fließen die Schaltzeitenanforderung, ebenfalls ausgedrückt in Taktzeiten, eines ABS-Reglers sowie weiterer Regler ein.
Diese Ansteuerung wird ausgeführt, so daß sich eine Druckänderung in den Radbremsen ergibt. Damit ändern sich die Bremskräfte und die damit auf das Fahrzeug ausgeübten
Momente. So ergibt sich eine Änderung in den Größen, die die Fahr-dynamik des Fahrzeuges beschreiben. Diese werden durch Sensoren direkt oder indirekt erfaßt und wiederum der
Berechnung zugeführt.
Hieraus folgt erneut eine veränderte Momentenanforderung, die, wie oben beschrieben, in neue Steuersignale für die Ventile umgesetzt wird.
Die Berechnung der einzustellenden Druckdifferenzen basiert auf den Druckanforderungen aus dem vorhergehenden
Berechnungsloop. Diese müssen aber nicht tatsächlich eingestellt worden sein, so daß sich die tatsächlichen Drücke in den Radbremsen von-den jeweils errechneten Druckanforderungen unterscheiden. Es ist daher notwendig, in bestimmten
Situationen den tatsächlichen Druck in der Radbremse mit den Druckanforderungen abzugleichen. Dies kann am einfachsten dann geschehen, wenn die Druckanforderung Null ist, die
Verteilungslogik 700 also einen Wert fordert, der dem Druck Null in einer Radbremse entspricht. In einem solchen Fall wird nicht die Differenz zum vorhergehenden Wert gebildet und daraus die Steuersignale abgeleitet, sondern im Schritt 705 in die Schleife 706 zur Berechnung der Schaltzeiten
abgezweigt, die sicherstellen soll, daß tatsächlich ein
Druckwert Null eingestellt wird. Dies geschieht dadurch, daß die Schaltzeit Δtaus für das Auslaßventil mindestens auf die
Loop-Zeit T0 gesetzt wird.
Es kann auch notwendig werden, eine entsprechende Information an die Prioritätsschaltung 720 zu geben, so daß diese
Zeitanforderung, die zu einem Druck Null in einer Radbremse führen soll, nicht durch Vorgaben der anderen Regler
überlagert wird. Außerdem kann in dieser Information
festgelegt werden, daß der Druckabbau über mehrere LoopZeiten erfolgen soll, so daß sichergestellt ist, daß
tatsächlich ein vollständiger Druckabbau erfolgt.
6. Radbremsdruckerkennung
Der bis Abschnitt 4 beschriebene FSR-Druckregler liefert als Ergebnis Bremsdruckwerte für die Radbremsen. Diese
Wertvorgaben müssen realisiert werden. Eine Methode besteht darin, die Drücke in den Radbremsen zu messen und mit den Wertvorgaben zu vergleichen. Ein Druckregler, der nach den üblichen Gesetzen arbeitet, regelt den Radbremsdruck auf den vorgegebenen Sollwert ein. Dieses Verfahren benötigt je einen Drucksensor pro Radbremse, also für ein vierrädriges Fahrzeug vier Drucksensoren.
Im allgemeinen wird man allein schon aus Kostengründen versuchen, mit möglichst wenig Sensoren auszukommen. Außerdem stellt jeder Sensor eine weitere potentielle Störungsquelle dar. Der Ausfall eines Sensors kann dazu führen, daß das gesamte Regelsystem abgeschaltet werden muß.
Es wird daher vorgeschlagen, ein Auswertesystem vorzusehen, das aufgrund von Daten, die von den schon vorhandenen
Sensoren vorliegen, eine Druckgröße ableitet, die dem Druck in den Radbremsen entspricht. Dazu wird das folgende Konzept vorgeschlagen.
Der Druck in jeder Radbremse wird, wie schon erläutert, durch zwei Ventile geregelt. Das Einlaßventil steuert die Druckmittelzufuhr, während das Auslaßventil den Druckmittelablaß steuert.
Die Signale, die von einem Druckregler abgegeben werden, sind daher Steuerzeiten, die anzeigen, wie lange ein Ventil geöffnet bzw. geschlossen sein soll. Eine Loopzeit ist unterteilt in eine feste Zahl von Zeitabschnitten (Takte). Die Steuerzeiten können dann als Taktahl dargestellt werden, die angibt, wieviele Zeitabschnitte ein Ventil geöffnet bzw. geschlossen sein soll.
Die Grundüberlegung besteht nun darin, diese Steuersignale nicht nur an die Radbremsen zu geben, sondern auch als
Rechengrößen an ein Fahrzeugmodell. Das reale Fahrzeug reagiert auf die eingesteuerten Bremsdrücke, wobei sich eine bestimmte Schwerpunktsgeschwindigkeit v sowie Raddrehzahlen ωi der einzelnen Räder einstellen. Die Geschwindigkeit des
Fahrzeugs wird nicht direkt gemessen, sondern ebenfalls aus den Raddrehzahlen ωi der einzelnen Räder in besonderen
Rechenschritten abgeleitet. Sie wird daher als Referenzgeschwindigkeit vRef bezeichnet.
Entsprechende Werte lassen sich auch innerhalb eines
Fahrzeugmodells nachbilden.
Aus einem Vergleich der tatsächlichen Werte für ωi, vRef mit den errechneten bzw. aufgrund des Fahrzeugmodells abgeschätzten Werte für ωi und vRef läßt sich eine Korrekturgröße für den Druck in den einzelnen Radbremsen ermitteln, wobei mit Hilfe der Korrekturgröße ein über ein Hydraulikmodell errechneter Druck modifiziert werden kann, so daß eine bessere Abschätzung der Radbremsdrücke gegeben werden kann.
Die eben beschriebene prinzipielle Struktur ist in der Figur 29 näher erläutert.
Mit 800 ist eine Drucksteuerung bezeichnet die in Fig. 1 die Nummer 5 trägt. Die Drucksteuerung berechnet aus einem ersten Wert 801, der den einzustellenden Druck charakterisiert und aus einem zweiten Wert 802, der einen in der Radbremse vorhandenen, geschätzten oder gemessenen Druck markiert, Steuerzeiten für die Ventile der Radbremsen. Die Steuerzeiten sind hier als Ausgangsgröße 803 dargestellt. Mit 810 ist das
Fahrzeug bezeichnet. Damit soll dargestellt werden, daß das Fahrzeug auf die Kräfte reagiert, die durch die in den Radbremsen eingestellten Drücke hervorgerufen werden. Dabei ändern sich auch die Raddrehzahlen ωi der einzelnen Räder.
Zum Fahrzeug 810 sollen auch Radsensoren gehören, die die Raddrehzahlen der Räder erfassen, so daß die Werte ωi
unmittelbar zur Verfügung stehen.
Zum Fahrzeug 810 gehört auch eine Auswerteeinheit für ωi, die in der Regel einen Teilbereich eines ABS-Reglers darstellt, welcher unter bestimmten Randbedingungen aus den
Raddrehzahlen ωi der einzelnen Räder eine sogenannte
Referenzgeschwindigkeit vref, berechnet, die der
tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeuges entsprechen soll.
Aus den einzelnen Raddrehzahlen sowie der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit läßt sich für jedes Rad ein Schlupf λi errechnen.
Die Werte ωi, vRef stehen als Ausgangswerte 811 zur Verfügung. Der Schlupf λi steht als Wert 812 zur Verfügung.
Das verwendete Rechenmodell wird als Ganzes mit 820 bezeichnet. Es enthält drei Untermodelle, nämlich ein Hydraulikmodell 821
ein Fahrzeugmodell 822
ein Reifenmodell 823
Das Hydraulikmodell 821 beschreibt in zwei Näherungsformeln den Zusammenhang zwischen Bremsdruck p und den in der Radbremse eingeschlossenen Volumen V sowie die Änderung ΔV des Volumens, wenn das Einlaß- bzw. Auslaßventil für eine gewisse Zeit geöffnet sind.
F 6.1
p = a*V + b*V2
Die Parameter a, b und c sind Größen, die das Bremssystem beschreiben und als Werte in entsprechenden Speicher abgelegt sind, p beschreibt den aktuellen Druck in der Radbremse. V beschreibt das aktuelle Volumen, das in der Radbremse eingeschlossen ist.
Δp wird entweder über das Einlaßventil oder über das Auslaßventil gemessen, wobei bei der Messung über das Einlaßventil die Differenz zwischen einer Druckquelle und p erfaßt wird, während bei der Messung über das Auslaßventil die Differenz zwischen p und dem Druck in einem Reservoir ermittelt wird, der im allgemeinen bei 1 bar liegt und damit vernachlässigt werden kann.
Geht man davon aus, daß zu Beginn einer Regelung der Druck in den Radbremsen sowie das eingeschlossene Volumen zu 0 gesetzt werden, so läßt sich über die Verfolgung der Ventilöffnungszeiten die Volumenänderung und damit die Druckänderung in den einzelnen Radbremsen nachvollziehen.
Allerdings ist klar, daß die angegebenen Formeln die tatsächlichen Verhältnisse nur sehr grob wiedergeben können, so daß eine entsprechende Korrektur notwendig ist. Das Fahrzeug wird im Modell 822 im allgemeinen durch einen starren Körper beschrieben, der in vier Aufstandspunkten (Radaufstandsflachen) auf einer Ebene steht.
Der Körper kann sich parallel zur Ebene also in x- und y- Richtung bewegen sowie sich um seinen Schwerpunkt drehen, wobei die Drehachse senkrecht zur Bewegungsebene steht.
Kräfte, die auf den Körper wirken, sind die Bremskräfte in den Radaufstandsflächen sowie Luftwiderstandskräfte.
Die Radlasten F2,V und Fz,h berechnen sich aufgrund dieser Überlegungen zu:
Ein solches Modell reicht in der Regel aus, um die gewünschte Druckkorrektur durchführen zu können. Falls notwendig, kann das Modell natürlich verfeinert werden. Für die weitere
Berechnung liefert das Modell im wesentlichen die Belastungen Fx der Aufstandsflächen in Abhängigkeit von der Schwerpunktsverzögerung. Das Rad wird als drehbare Scheibe betrachtet, das ein gewisses Trägheitsmoment aufweist.
Die Verzögerungsmomente, die auf das Rad wirken, werden linear aus dem Radbremsdruck ermittelt.
F 6.5
MBr = CBr * p
Im Reifenmodell wird unterstellt, daß die Kraftschlußausnutzung f, nämlich das Verhältnis von Bremskraft zu
Radlast, sich linear mit dem Schlupf des Rades ändert.
F 6 . 6
Fx ~ λ * Fz
Die angegebenen Gleichungen ermöglichen es, die Raddrehzahl eines jeden Rades sowie die Referenzgeschwindigkeit des Fahrzeugmodells zu berechnen.
Diese Werte können mit den tatsächlichen Werten 811 verglichen werden. Dies geschieht im Vergleichspunkt 830. Aus der Differenz zwischen der gemessenen und der abgeschätzten Raddrehzahl eines jeden Rades kann unter Berücksichtigung eines Korrekturfaktors k ein zusätzliches Volumen ermittelt werden.
Dieses zusätzliche Druckmittelvolumen ΔV wird zum errechneten Sollvolumen hinzuaddiert und ergibt das neue Sollvolumen, aus dem heraus nach Formel F 6.1 ein Radbremsdruck abgeleitet werden kann, der relativ genau den tatsächlichen Radbremsdruck entspricht.
Die Genauigkeit der Abschätzung hängt natürlich ab 'vom
Korrekturfaktor k, der ggf. durch Versuche vorab ermittelt werden muß.
Dieser Faktor wird von Fahrzeug zu Fahrzeug verschieden sein und unter anderem auch davon abhängen wie, gut das Fahrzeugmodell die tatsächlichen Verhältnisse wiedergibt.
In dem zusätzlichen Volumen kann auch ein Toleranzvolumen enthalten sein, mit dem berücksichtigt werden soll, daß der Volumendurchsatz durch die Ventile nicht proportional zu den
Schaltzeiten ist. Beim Öffnen und Schließen eines Ventils erweitert bzw. verengt sich der Öffnungsquerschnitt des Ventils nur langsam, so daß in den Zeitabschnitten, in denen der volle Öffnungsquerschnitt noch auf- bzw. abgebaut wird, nur ein reduziertes Volumen fließt.
7. Substitution eines Gierwinkelgeschwindigkeitsmessers
Für die oben beschriebene Regelung bildet die Gierwinkelgeschwindigkeit eine besonders markante Größe, da sie als Regelgröße dient, deren Abweichung
minimiert werden soll.
Es können aber mit Vorteil auch andere Regelgrößen Verwendung finden, wie nachfolgend beschrieben wird. Zur Vereinfachung werden in diesem Abschnitt folgende Bezeichnungen verwendet:
Entsprechendes gilt für die Sollwerte gemäß Fig. 9, die jeweils mit dem Index "s" versehen werden.
Die gemessene Gierwinkelgschwindigkeit in Fig. 12 wird üblicherweise mittels eines Gierwinkelgeschwindigkeitssensors 321 bestimmt, der das Ausgangssignal gI abgibt. Derartige bekannte Gierwinkelgeschwindigkeitssensoren mit direkter Abgabe der Gierwinkelgeschwindigkeit sind aber recht komplex aufgebaut und damit sehr teuer. Entsprechendes gilt für den nach- geschalteten Vergleicher sowie den zur Regelschaltung gehörenden Regler. Es wird daher angestrebt, hier für Abhilfe
zu sorgen und eine einfachere Sensorik sowie einen einfacher aufgebauten Regler vorzustellen.
Fig. 13 zeigt als Skizze die Wirkungsweise eines neuartigen Sensors 321, der einen ersten Querbeschleunigungsmesser 322 und einen zweiten Querbeschleunigungsmesser 323 besitzt. Die beiden Beschleunigungsmesser 322,323 sind jeweils auf der Fahrzeuglängsachse über der Vorder- bzw. Hinterachse angeordnet. Prinzipiell können die Querbeschleunigungsmesser an beliebigen Stellen außerhalb des Schwerpunktes SP angeordnet sein, wobei dann eine entsprechende Umrechnung erfolgt.
In Fig. 15 ist der viereckige Umriß 324 eines Fahrzeugs mit seinen Reifen 325 und Sensoren angedeutet. Aufgrund dieser Anordnung mißt der vordere Querbeschleunigungsmesser 322 die Querbeschleunigung aqv in Höhe der Vorderachse 326 und der hintere Querbeschleunigungsmesser 323 die Querbeschleunigung aqh in Höhe der Hinterachse 327.
Die beiden Querbeschleunigungsmesser sind in der Lage, eine von der Gierwinkelgeschwindigkeit abhängige Größe anzugeben. Aus mathematischen Herleitungen läßt sich zeigen, daß sich aus den Meßergebnissen der Querbeschleunigungsmesser
Gierwinkelbeschleunigung und die Querbeschleunigung aquer des Schwerpunktes SP folgendermaßen ermitteln lassen:
Dabei sind, wie aus Fig. 13 ersichtlich, l
v,l
h die Abstände der Querbeschleunigungsmesser 322,323 von dem Schwerpunkt SP, während v die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist und ß der Schwimmwinkel ist. Es läßt sich somit aus den Querbeschleunigungen und den Abständen der Beschleunigungsmesser 322,323 die Gierwinkelbeschleunigung
bestimmen. Daher wird vorgeschlagen, die Gierwinkelbeschleunigung
einzusetzen, anstelle der in den vorherigen Abschnitten
vorgeschlagenen Gierwinkelgeschwindigkeit. Oder es ist auch möglich, eine lineare Gewichtung der einzelnen Eingangswerte für den Vergleicher ähnlich der bekannten Zustandsregelung vorzunehmen. Dabei können die Gierwinkelgeschwindigkeit g und der Schwimmwinkel ß aus dem Gierwinkeldruck
und der
Schwimmwinkelgeschwindigkeit
mittels einer bandbegrenzten
Integration oder eines skalierten Tiefpasses erster Ordnung berechnet werden, um aus dem Sensor 321 Größen zu erhalten, die in ihrer Dimension den Ausgangsgrößen des Fahrzeugreferenzmodells 302 entsprechen (Abschnitt 2.3.1).
Dabei gilt für die bandbegrenzte Integration
während man bei der Anwendung eines Tiefpasses zu der folgenden Abhängigkeit kommt
Die Schwimmwinkelgeschwindigkeit erhält man nach der Auswertung der Beziehung
Es zeigt sich somit, daß durch die Verwendung von zwei
Querbeschleunigungsmessern zwar ein bekannter Gierwinkelgeschwindigkeitsmesser ersetzt werden kann. Es müssen dabei aber die eben beschriebenen Maßnahmen getroffen werden, um die Gierwinkelbeschleunigung in die Gierwinkelgeschwindigkeit zu transformieren. Nach Bildung von Δg und
kann sich unverändert das Regelgesetz 16 von Fig. 1 anschließen. In Fig. 14 wird das so errechnete Moment M
G zusätzlich im
Regelgesetz 16 durch zeitliche Ableitung in eine
Momentenänderung M umgerechnet.
Es ist aber u.U. zweckmäßiger, zu einer nichtlinearen Regelung gemäß Fig. 17 überzugehen, bei der die Gierwinkelbeschleunigung
sowohl als Ist-Wert als auch Sollwert als
Ergebnis aus dem Fahrzeugreferenzmodell 302 dem Vergleicher 303 zugeführt wird. Dazu müssen innerhalb des Fahrzeugreferenzmodells entsprechende Ableitungen gebildet werden.
Als Konsequenz ergibt sich, daß statt der Gierwinkelgeschwindigkeitsdifferenz Δg am Ausgang des Vergleichers 303 die Abweichung der Gierwinkelbeschleunigung
ansteht und als Eingangsgröße dem Regelgesetz 16 zugeht. Weiterhin kann dem Giermomentenregelgesetz 16, wie aus Fig. 15 ersichtlich, zur genaueren Bestimmung der Momentenänderung zusätzlich die Schwimmwinkelgeschwindigkeit
zugeführt werden.
Wie schon zu Fig. 14 erwähnt, kann man von einem Zusatzgiermoment MG als Ausgangssignal des Regelgesetzes 16 abgehen und statt dessen die Momentenänderung Ṁ als Ausgangssignal verwenden. In einer modifizierten Verteilungslogik wird die Momentenänderung Ṁ, also die Ableitung des Zusatzgiermomentes MG, in einzelne Druckänderungen umgesetzt. Das bedeutet, daß die Druckänderungen auf die einzelnen Radbremsen so verteilt werden, daß sich insgesamt das erwünschte Zusatzgiermoment MG ergibt. Einzelheiten hierzu sind weiter unten in Verbindung mit Fig. 16 angegeben.
Es ist zu berücksichtigen, daß möglicherweise gleichzeitig durch eine Bremsbetätigung des Fahrers eine bestimmte
Druckverteilung in den Radbremsen vorhanden ist. In diesem Fall ist es günstiger, durch Integration der Momentenänderung Ṁ das Moment MG zu bestimmen, aus dem sich dann direkt die
Druckdifferenzen bestimmen lassen, welche hinsichtlich des schon in jeder einzelnen Radbremse herrschenden Drucks aufgebracht werden müssen. Die vorteilhafte, oben erläuterte Weiterbildung durch Verwendung der Ableitungen der in den Abschnitten 1 bis 3 verwendeten Regelgrößen kann auch mit der Verteilungslogik nach Abschnitt 3 kombiniert werden. Hiermit stehen zwei Regelprinzipen zur Verfügung, von denen das eine ein Zusatzgiermoment MG und das andere eine Änderung des
Zusatzgiermoment Ṁ als Vorgabe liefert. Dabei kann eine
Umschaltung zwischen den Prinzipien vorgesehen sein. Eine Umschaltung auf das jweils andere Regelprinzip muß
insbesondere dann erfolgen, wenn die andere Berechnung von Zusatzregelgrößen (Schwimmwinkel etc.) eines Prinzips nicht mit ausreichender Genauigkeit durchgeführt werden kann (s. z.B. Abschnitt 2.2.2) Es ist noch anzumerken, daß dem
Regelgesetz 16 nach Fig. 15 zusätzlich zu als Korrektur
größe auch noch
zugeführt werden kann.
Im Regelgesetz 16 nach Fig. 15 sind neben anpassenden Verstärkern k1,k2,k3 zwei Schwellenwertschalter S2,S3 gezeigt, die das Regelverhalten innerhalb des Regelgesetzes 16 verbessern und den Einfluß der eingeführten Größen optimal in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit an das ideale Regelverhalten anpassen sollen. Eine vergleichbare Aufgabe haben die Verstärker k1 bis k3. Die einzelnen Werte werden dann in einem Addierer addiert und als Ausgangssignal des GMR-Reglers 10 abgegeben. AIlegmeine Erläuterungen zum Regelgesetz, die hier entsprechend gelten, finden sich in Abschnitt 2.4.
Im Zusammenhang mit Fig. 1 wurde gezeigt, wie in einer
Prioritätsschaltung 3 die Druckvorgaben am Ausgang der Regler 7,8,9 mit der Druckvorgabe einer Verteilungslogik 2 verknüpft werden. Die Verwendung von Druckvorgaben setzt eine
entsprechende vorherige Umformung in den diese Vorgaben abgebenden Einrichtungen voraus. Durch die nachfolgend beschriebenen Maßnahmen läßt sich der Aufwand für den
Informationsaustausch zwischen den Programmodulen des
Regelkreises vereinfachen.
In Fig. 16 ist der Regelkreis zur Regelung der Fahrstabilität der Figuren 9, 14 nochmals stark vereinfacht gezeigt, wobei die dort eingeführten Bezeichnungen beibehalten werden.
Der GMR-Regler 10 nach Fig. 1 ist hier insoweit modifiziert, als am Ausgang die Änderung Ṁ des zusätzlichen Giermomentes
MG vorliegt, der zusammen mit der vom Fahrer gewünschten
Druckverteilung an den Bremsen (Bremswunsch) in die
Verteilungslogik 2 eingegeben wird. Zur Berechnung vonṀ sei auf Fig. 12 verwiesen.
Die Verteilungslogik 2 weist einen Logikblock 340 und eine Druckgradientenschaltung 341 auf. Die wesentliche Aufgabe des Logikblocks 340 ist es, dafür zu sorgen, daß trotz Eingriff der Fahrstabilitätsregelung das Fahrzeug insgesamt nicht stärker abgebremst wird, als von dem Fahrer durch Vorgabe seines Drucksignals am Eingang der Verteilungslogik 2
gewünscht wird. Damit soll verhindert werden, daß durch die Fahrstabilitätsregelung zusätzlich noch Instabilitäten herbeigeführt werden. Wenn also aufgrund des Bremswunsches des Fahrers ein Bremsdruck an einem Rad vorgesehen ist und andererseits über den FSR-Regler an ein oder zwei Rädern ein Druckaufbau und an den gegenüberliegenden Rädern ein Druckabbau gefordert wird, um das zusätzliche Giermoment zu erreichen, so können hinsichtlich der einzelnen Räder einander widersprechende Forderungen bestehen, nämlich Druckaufbau bei gleichzeitigem Druckabbau. Hinsichtlich anderer Räder kann sich dann die Forderung ergeben, daß der Druck nicht nur aufgrund des Bremswunsches des Fahrers, sondern gleichzeitig auch aufgrund der Stabilitätsregelung aufgebaut werden soll. Der Logikblock sorgt nun dafür, daß zuerst in den
entsprechenden Rädern der Bremsdruck erniedrigt wird, während nachfolgend eine Erhöhung des Bremsdruckes über den
Fahrerwunsch hinaus bis zu einem bestimmten Grenzwert
erfolgen kann. Damit wird sichergestellt, daß die mittlere Bemskraft über alle Räder gesehen, unter Berücksichtigung des durch die FSR-Regelung herbeigeführten zusätzlichen Drehmoments nicht größer wird als von dem Fahrer gewünscht.
Wie schon in Abschnitt 3.2 erläutert wurde, kann eine gezielte Erhöhung des Längsschlupfes λ an einem Rad dazu eingesetzt werden, die Seitenkräfte zu reduzieren, während
die Bremkraft in Längsrichtung erhalten bleibt. Auf diese Weise kann also ein Giermoment aufgebracht werden, ohne daß die Fahrzeugverzögerung abnimmt.
In der Druckgradientenschaltung 341 der Verteilungslogik 2 werden die Druckänderungen ΔPxx an den einzelnen Rädern xx aufgrund vorgegebener Konstanten dxx und der Momentenänderung
Ṁ berechnet, wobei in die Berechnung auch noch die Differenz zwischen dem von dem Fahrer gewünschten Bremsdruck PFahrer zu dem tatsächlich gemessenen Bremsdruck Pxxist eingeht. Es gilt somit die Beziehung
xx ∈ [vr,vl,hr,hl] und g1 = Proportionalitätsfaktor
Der tatsächliche Bremdruck pxxist wird entweder durch einen
Druckmesser an dem betroffenen Rad abgenommen oder über ein Bremsenmodell errechnet, welches den an dem Rad vorgeschriebenen Druckänderungen folgt und somit ein Abbild des gerade am Rad herrschenden Druckes ist (Abschnitt 6).
Die errechneten Druckanforderungen werden einer Prioritätsschaltung 3 zugeführt und dort ausgewertet (siehe oben
Abschnitt 4).
Die vorangegangene Beschreibung setzt voraus, daß in der Prioritätsschaltung unmittelbar Druckgradienten verarbeitet wurden. Dies ist aber nicht notwendig. Es ist auch möglich, daß in der Prioritätsschaltung 3 Ventilschaltzeiten Δt verarbeitet werden. (Abschnitt 5). In diesem Fall muß allerdings eine Ventilschaltzeitschaltung 343 zwischen die Verteilungslogik 2 und die Prioritätsschaltung 3 geschaltet werden, wobei von den weiteren Reglern 7,8,9 dann auch
Ventilschaltzeiten Δt abgegeben werden. Die Prioritätsschaltung arbeitet dann die eingegebenen Ventilschaltzeiten Δt nach einem entsprechenden Schema ab, wie in Abschnitt 4 schon für die Bremsdrücke beschrieben. Ausgangsgrößen der
Prioritäts-schaltung sind Ventilschaltzeiten. Die Umwandlung der geforderten Druckänderungen Δtxx der einzelnen Räder xx in Ventilschaltzeiten Δp, geschieht nach der Gleichung F 7.7
Sxx = Kr pxxist ∙ Δpxx
Dabei ist Kr
xx ein Verstärkungsfaktor, der von dem Ist-Druck der einzelnen Räder abhängt und bei Druckaufbau nach der folgenden Regel
berechnet wird, während für den Druckabbau
gilt, xx ist dabei wieder ein Index, welcher die Lage der einzelnen Räder kennzeichnet.