DE10104600A1

DE10104600A1 - Regelungseinrichtung und Verfahren zum Regeln des dynamischen Verhaltens eines Rades

Info

Publication number: DE10104600A1
Application number: DE10104600A
Authority: DE
Inventors: Jingsheng Yu
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-02-02
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2002-08-08
Also published as: WO2002061517A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regelungseinrichtung zum Regeln des kinematischen Verhaltens von wenigstens einem Rad (22) eines Fahrzeuges, wobei die Regelungseinrichtung einen Regler (10) aufweist, dem eine Führungsgröße (w) und eine Rückführgröße (r) zugeführt wird und der eine Reglerausgangsgröße (u) liefert. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Reglerausgangsgröße (u) ein auf das Rad (22) einwirkendes Gesamtmoment (Mab) ist. DOLLAR A Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Regeln des kinematischen Verhaltens von wenigstens einem Rad (22) eines Fahrzeuges, wobei das Verfahren das Zuführen einer Führungsgröße (w) und einer Rückführgröße (r) zu einem Regler (10) und das Ausgeben einer Reglerausgangsgröße (u) aus dem Regler (10) vorsieht. DOLLAR A Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass die Reglerausgangsgröße (u) ein auf das Rad (22) einwirkendes Gesamtmoment (Mab) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regelungseinrich tung zum Regeln des dynamischen Verhaltens von wenigstens einem Rad eines Fahrzeuges, wobei die Regelungseinrich tung einen Regler aufweist, dem eine Führungsgröße und eine Rückführgröße zugeführt wird und der eine Regleraus gangsgröße liefert. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Regeln des kinematischen Verhaltens von wenigstens einem Rad eines Fahrzeuges, wobei das Verfahren vorsieht: Zuführen einer Führungsgrö ße und einer Rückführgröße zu einem Regler, und Ausgeben einer Reglerausgangsgröße aus dem Regler.

Stand der Technik

Im Gegensatz zu einer Steuerung, bei der die Einflussnah me auf das zu steuernde System ohne Kontrolle der Aufga bengröße gemäß einem Steuergesetz und im Rahmen einer Wirkungskette erfolgt, erlaubt eine Regelung den Einfluss unvorhersehbarer Störungen und Parameteränderungen auf den gewünschten Signalzusammenhang zwischen dem Ist- und dem Sollwert der Regelgröße weitgehend auszuschalten. Die einer Regelungseinrichtung zu Grunde liegende Aufgabe besteht also allgemein darin, einer Ausgangsgröße eines technischen Systems durch eine Stellgröße ein Sollverhal ten, das heißt ein gewünschtes Verhalten, aufzuprägen, und zwar gegen den Einfluss einer Störgröße, die nur unvollständig bekannt ist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Regelstrecke, beispielsweise das kinematische Verhal ten von wenigstens einem Rad eines Fahrzeuges, laufend beobachtet und die so gewonnene Information wird zur Veränderung der Stellgröße derart verwendet, dass diese trotz der Störgrößeneinwirkung die Ausgangsgröße an den gewünschten Verlauf (Sollverlauf) angleicht.

Zu den gattungsgemäßen Regelungseinrichtungen zählen beispielsweise das Antiblockiersystem (ABS), die Anti schlupfregelung (ASR) und die Fahrdynamikregelung (FDR).

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild dargestellt, das eine bekannte Regelungseinrichtung zum Regeln des dynamischen Verhaltens eines Rades 22 eines Fahrzeugs zeigt. Diese Regelungseinrichtung kann beispielsweise Bestandteil einer Antischlupfregelung sein. Gemäß Fig. 1 wird einem Regler 10 eine Führungsgröße w zugeführt, die im darge stellten Fall durch einen Sollwert für die Winkelge schwindigkeit gebildet ist. Der Regler 10 erzeugt ein Reglerausgangssignal u, das ein Bremsmoment Mb angibt, das auf das Rad 22 auszuüben ist, damit die Regelgröße X, das heißt die tatsächliche Winkelgeschwindigkeit ω des Rades 22, erreicht wird. Das Reglerausgangssignal u, das das Bremsmoment Mb angibt, wird einem Stellglied zuge führt, das durch eine Bremsvorrichtung 21 gebildet ist. Die Bremsvorrichtung 21 übt ein entsprechendes Bremsmo ment Mb auf das Rad 22 aus, wobei der eigentliche Steller, beispielsweise die Hydraulik, in Fig. 1 aus Grün den der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Um den Regelkreis zu schließen, umfasst eine Messeinrichtung 30 den Istwert der Winkelgeschwindigkeit ω und führt diesen Istwert als Rückführgröße r dem Regler 10 zu. Auf das Rad 22, das gemeinsam mit dem Stellglied 21 die Regelstrecke 20 bildet, wirkt neben dem Bremsmoment Mb auch ein An triebsmoment Ma, das von einem nicht dargestellten An triebsmotor des Fahrzeugs erzeugt wird. Wie dies Fig. 1 zu entnehmen ist, geht das Antriebsmoment Ma gemäß dem Stand der Technik nicht direkt in die Regelung ein, son dern die Wirkung des Antriebsmoments Ma wird nur indirekt über die Rückführgröße r berücksichtigt.

Allgemein ist es im Zusammenhang mit beispielsweise Antiblockiersystemen, Antischlupfregelungen und Fahrdyna mikregelungen bekannt, zum Regeln der Winkelgeschwindig keit des Rades einen Regler zu verwenden, dem als Füh rungsgröße beispielsweise eine Sollwinkelgeschwindigkeit des Rades zugeführt wird, wobei die dem Regler ebenfalls zugeführte Rückführgröße dann durch die Istwinkel geschwindigkeit gebildet ist. Der Regler liefert eine Reglerausgangsgröße, die beispielsweise ein Bremsmoment angeben kann, das auf das entsprechende Rad auszuüben ist. Die für die bekannten Systeme verwendeten Regler sind durch Hardware und Software verwirklicht, wobei das die Reglerausgangsgröße bildende Bremsmoment über eine Sammlung von If-Then-Anweisungen ermittelt wird. Das heißt, der Regler ist bei den bekannten Systemen nicht von der Raddynamik abgeleitet, sondern durch die Beobach tung der physkalischen Reaktionen des Fahrzeuges experi mentell bestimmt. Da jedoch neben dem Bremsmoment noch weitere Momente, beispielsweise das von einem Verbren nungsmotor erzeugte Antriebsmoment, auf das Rad wirken, muss der Regler bei den bekannten Systemen ständig den Motorzustand abfragen, beispielsweise die Motordrehzahl, die Abwürgeneigung und dergleichen, da das dynamische Verhalten des Rades anderenfalls nicht hinreichend gere gelt werden kann. Diese Vorgehensweise wurde bei den bekannten Systemen gewählt, weil das dynamische Verhalten des Rades eins Fahrzeugs sehr komplex und von Nichtlinea ritäten geprägt ist. Wenn die Reglerausgangsgröße bei spielsweise durch das Bremsmoment gebildet ist, erfolgt die Einstellung des Bremsmoments bei den bekannten Syste men völlig unabhängig vom Antriebsmoment, das heißt, es existiert keine gesetzmäßige Verknüpfung von Bremsmoment und Antriebsmoment.

Vorteile der Erfindung

Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Regelungseinrich tung zum Regeln des dynamischen Verhaltens von wenigstens einem Rad eines Fahrzeuges vorgesehen ist, dass die Reg lerausgangsgröße ein auf das Rad einwirkendes Gesamtmo ment ist, können alle das Gesamtmoment bildenden Einzel momente bei der Regelung direkt berücksichtigt werden.

Gleiches gilt für das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem ebenfalls vorgesehen ist, dass die Reglerausgangsgröße ein auf das Rad einwirkendes Gesamtmoment ist.

Die folgenden Ausführungen beziehen sich sowohl auf die erfindungsgemäße Regelungseinrichtung als auch auf das erfindungsgemäße Verfahren.

Das Gesamtmoment, das die Reglerausgangsgröße bildet, kann ein auf das Rad wirkendes Antriebsmoment und ein auf das Rad wirkendes Bremsmoment umfassen. Wenn das auf das Rad wirkende Antriebsmoment bei der Regelung direkt be rücksichtigt wird, ist es beispielsweise möglich, auf die beim Stand der Technik erforderlichen Abfragen des Motor zustandes zu verzichten oder diese zumindest deutlich einzuschränken. Der Regler kann dadurch trotz verbesser ter Funktion einfacher Aufgebaut werden, wodurch Kosten gesenkt werden können.

Das dynamische Verhalten des Rades wird vorzugsweise über eine sogenannte Regelgröße geregelt. Diese Regelgröße kann beispielsweise die Winkelgeschwindigkeit des Rades oder die Bahngeschwindigkeit des Rades sein, wobei diese beiden Größen bekanntermaßen über eine Konstante ver knüpft sind. In einigen Fällen kann es jedoch ebenso sinnvoll sein, andere, das dynamische Verhalten des Rades beschreibende Größen als Regelgröße zu verwenden, beispielsweise die Winkelbeschleunigung des Rades oder die Bahnbeschleunigung des Rades. Allerdings ist die Messung von Beschleunigungsgrößen häufig mit einem höhe ren Aufwand verbunden.

Die dem Regler zugeführte Rückführgröße, die Informatio nen über das unbekannte Verhalten von auf das Rad wirken den Störgrößen enthält, kann ebenfalls die Winkelge schwindigkeit des Rades oder die Bahngeschwindigkeit des Rades sein. Üblicherweise wird die Rückführgröße bei Regelungseinrichtungen entsprechend der Regelgröße ge wählt. Die Rückführgröße wird im Allgemeinen über eine geeignete Messeinrichtung erfasst. Eine derartige Mess einrichtung dient in der Regel nicht zum wertmäßigen Erfassen der Regelgröße, sondern in erster Linie zur Umformung dieser Regelgröße in eine zur weiteren Verar beitung besser geeignete Größe. Zur weiteren Verarbeitung besonders geeignet sind elektrische Größen, insbesondere die Spannung, da diese nach einer entsprechenden Ana log/Digitalwandlung durch geeignete Datenverarbeitungs einrichtungen weiter verarbeitet werden kann. Die Rück führgröße wird mit der Führungsgröße verglichen, die von außen vorgegeben wird und die im allgemeinen proportional zum Sollverlauf ist. Dieser Vergleich von Rückführgröße und Führungsgröße erfolgt allgemein in einem Vergleichs glied, in dem die sogenannte Regeldifferenz gebildet wird. Ist die Rückführgröße eine elektrische Spannung, so gibt man auch die Führungsgröße als elektrische Spannung vor. Die Differenzbildung kann dann in der Eingangsschal tung eines elektronischen Verstärkers erfolgen, wo die Differenzspannung gebildet wird. Selbstverständlich ist es ebenfalls möglich, die Differenz digital zu bestimmen, wenn sowohl die Rückführgröße als auch die Führungsgröße in digitaler Form vorliegen.

Insbesondere wenn die Regelgröße und die Rückführgröße durch die Winkelgeschwindigkeit des Rades oder die Bahn geschwindigkeit des Rades gebildet sind, gibt die Füh rungsgröße vorzugsweise eine Sollwinkelgeschwindigkeit oder eine Sollbahngeschwindigkeit an.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung sind eine Bremsvorrichtung und das Rad Bestandteil einer Regelstrecke, und der Bremsvorrich tung wird ein erstes Signal zugeführt, das das Bremsmo ment angibt. Die Bremsvorrichtung bildet in diesem Fall das Stellglied, das neben dem sogenannten Steller Be standteil der Stelleinrichtung ist. Die Stelleinrichtung hat insbesondere die Aufgabe, den niedrigen Leistungspe gel der Regeldifferenz auf den Leistungspegel der Strecke anzuheben, um bei Abweichungen von Führungsgröße und Rückführgröße, das heißt bei vorhandenen Regeldifferen zen, die Regelgröße an den Sollverlauf anzugleichen.

Insbesondere wenn die Bremsvorrichtung und das Rad Be standteil der Regelstrecke sind und der Bremsvorrichtung das erste Signal zugeführt wird, das das Bremsmoment angibt, kann die vorliegende Erfindung vorsehen, dass das Gesamtmoment von dem auf das Rad wirkenden Antriebsmoment Ma und dem auf das Rad wirkenden Bremsmoment Mb wie folgt abhängt:

Mab = Ma - Mb,

und dass das der Bremsvorrichtung zugeführte erste Signal aus der Reglerausgangsgröße u = Mab wie folgt gebildet wird:

Mb = Ma - Mab.

Diese Vorgehensweise basiert auf der Tatsache, dass das Antriebsmoment über ein anderes Stellglied als die Brems vorrichtung auf das Rad übertragen wird, das Antriebsmoment jedoch in dem vom Regler bestimmten Gesamtmoment enthalten ist.

In vielen Fällen wirkt auf das Rad zumindest zeitweise ein Störmoment, das beispielsweise durch Reibkräfte, Fahrbahnunebenheiten, die Fahrbahnsteigung und derglei chen hervorgerufen wird. Um dieses Störmoment berücksich tigen zu können, kann vorgesehen sein, dass der Regler das Gesamtmoment aus einem linearen Momentanteil und einem Störmomentanteil zusammensetzt.

Der lineare Momentanteil kann in diesem Fall von einem Linearregler geliefert werden, der dann Bestandteil des Reglers ist. Als Linearregler kommt beispielsweise ein P-, ein PI- oder ein PID-Linearregler in Betracht. Ein P- Glied ist ein proportionales Übertragungsglied. Es han delt sich um ein statisches Element, das lediglich eine Verstärkung oder eine Abschwächung des jeweiligen Ein gangssignals bewirkt. Das I-Glied ist ein integrierendes Übertragungsglied, das eine zeitliche Integration des Eingangssignals zum Ausgangssignal bewirkt. Bei einem PI- Glied handelt es sich um eine entsprechende Kombination, nämlich um eine Parallelschaltung von einem P- und einem I-Glied. Beim D-Glied, das als solches physikalisch- technisch nicht realisierbar ist, handelt es sich um ein differenzierendes Übertragungsglied, wobei die entspre chende Kombination des PID-Gliedes durch reale Regler jedoch hinreichend approximiert werden kann.

Da die auf das Rad wirkenden Störmomente messtechnisch schwer oder gar nicht zu erfassen sind, sieht eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor, dass der Störmomentanteil geschätzt wird.

Zu dieser Schätzung des Störmomentanteils kann beispiels weise ein sogenannter Zustandsbeobachter verwendet wer den. Ein derartiger, dem Fachmann an sich bekannter Zu standsbeobachter hat vereinfacht ausgedrückt die Aufgabe, Schätzwerte für messtechnisch nicht oder nur schwer er fassbare Messgrössen zu erzeugen. Der Grundgedanke be steht darin, ein mathematisches Modell der Regelstrecke durch eine geeignete Schaltung und/oder geeignete Hard- und Software zu realisieren. Die von dem Regler erzeugte Reglerausgangsgröße wird dann nicht nur der realen Stre cke sondern auch dem mathematischen Modell zugeführt, das Schätzwerte für die gewünschten Zustandsgrößen bezie hungsweise die erforderlichen Messgrößen liefert. Dass durch diese Vorgehensweise lediglich Schätzwerte bereit gestellt werden können, liegt insbesondere daran, dass der reale Anfangszustand der Strecke häufig unbekannt ist, weshalb es in der Regel unmöglich ist, an dem mathe matischen Streckenmodell den exakten Anfangszustand ein zustellen. Der Entwurf des Zustandsbeobachters kann je doch derart durchgeführt werden, dass die geschätzten Werte gegen die realen Werte konvergieren, so dass die Genauigkeit des geschätzten Störmomentanteils hinreichend hoch ist. Dem Zustandsbeobachter wird das gleiche Signal wie der Strecke zugeführt, wie dies in der Figurenbeschreibung noch näher erläutert wird.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Zustandsbeobachter den Störmomentanteil auf der Grundlage des Gesamtmoments und wenigstens einer kinematischen Rad-Zustandsgröße schätzt. Als kinematische Rad-Zustandsgröße kommen insbe sondere die Winkelgeschwindigkeit des Rades oder die Bahngeschwindigkeit des Rades sowie entsprechende zeitli che Ableitungen in Frage.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung sieht vor, dass die Dynamik des Rades durch das Modell

= f_L(ω, Mab) + f_S(ω, Mab)

beschrieben wird. Dabei bezeichnet ω die Winkelgeschwin digkeit des Rades, f_L(ω, Mab) den linearen Anteil des auf das Rad wirkenden Moments und f_S(ω, Mab) das gesamte auf das Rad wirkende Störmoment. Diesem mathematischen Mo dell liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass das dynamische Verhalten eines Rades immer als die Summe von zwei Teilen betrachtet werden kann. Der lineare Anteil f_L(ω, Mab) entspricht dabei dem Verhalten eines frei laufenden Ra des, während das Störmoment f_L(ω, Mab) das komplexe nicht lineare Verhalten des Rades wiederspiegelt. Hier und im folgenden handelt es sich bei den mit einem Punkt gekenn zeichneten Größen um die erste Ableitung der entsprechen den Größe nach der Zeit.

Der Zustandsbeobachter kann durch die Gleichung

definiert werden. Dabei geben A und b Systemparameter an. Die Reglerausgangsgröße u entspricht dem auf das Rad auszuübenden Gesamtmoment Mab Der Zustandsvektor ist durch = [, _s]^T gegeben, wobei dieser Zustandsvektor die geschätzte Winkelgeschwindigkeit des Rades und eine weitere Zustandsgröße _s enthält, die später erläu tert wird. Bei der genannten Gleichung handelt es sich um eine der allgemeinen Form nach dem Fachmann bekannte Vektordifferenzialgleichung, die üblicherweise bei der Beschreibung dynamischer Systeme mit Hilfe von Zustands größen verwendet wird. Bezüglichen der näheren mathemati schen Zusammenhänge wird daher auf die entsprechende Fachliteratur verwiesen.

Den Bestandteil _s des Zustandsvektors erhält man, indem der Störmomentanteil f_S(ω, Mab) neben ω als weitere Zu standsgröße definiert wird. Die Differentiation von _s wird dabei vorzugsweise durch ein lineares Modell er setzt, um die mathematische Auswertung zu erleichtern. Diese Approximation ist gültig, da während einer relativ kurzen maximalen Schätzungszeit von beispielsweise 100 ms stets ein linearer Verlauf angenommen werden kann.

Eine weitere Möglichkeit zum Angeben des auf das Rad wirkenden Störmoments sieht ebenfalls vor, dass die Dyna mik des Rades durch das Modell

= f_L(ω, Mab) + f_S(ω, Mab)

beschrieben wird, wobei ω die Winkelgeschwindigkeit des Rades (22), f_L(ω, Mab) den bekannten linearen Anteil des auf das Rad wirkenden Moments und f_S(ω, Mab) das gesamte auf das Rad wirkende Störmoment angibt, und dass zur Bestimmung von f_S(ω, Mab) gemessen wird. Allerdings ver ursacht die Messung vom in der Praxis häufig Probleme, die beispielsweise durch Messrauschen und Filterungen verursacht werden.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Reglerrealisierung vereinfacht werden kann, da die Störgrößen nicht wie bis jetzt durch IF-THEN Anweisungen abgefragt werden, sondern insgesamt automa tisch geschätzt werden. Somit sind die Parametereinstel lungen auch stark reduziert.

Dem Fachmann ist klar, dass die verschiedenen Ausfüh rungsformen der vorliegenden Erfindung auf unterschiedli che Weise verwirklicht werden Können. Beispielsweise wird bevorzugt, den gesamten Regler oder Teile des Reglers durch entsprechende Hard- und Software zu verwirklichen. Insbesondere in diesem Fall kann eine zeitdiskrete Rege lungseinrichtung geschaffen werden, die mit relativ ge ringem Aufwand an verschiedene Fahrzeugtypen angepasst werden kann. Selbstverständlich ist es ebenfalls denkbar, auf analoge Schaltungskomponenten zurückzugreifen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen noch näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer zum Stand der Technik zählenden Regelungseinrichtung zum Regeln des dynamischen Verhaltens von einem Fahrzeugrad;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungs form der erfindungsgemäßen Regelungseinrich tung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungs form der erfindungsgemäßen Regelungseinrich tung;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Regelstrecke mit zugehörigem Zustandsbeobachter;

Fig. 5 die Kurvenverläufe für eine Antischlupfregelung gemäß dem Stand der Technik; und

Fig. 6 die Kurvenverläufe für eine Antischlupfregelung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das eine erste Ausfüh rungsform der erfindungsgemäßen Regelungseinrichtung zum Regeln des kinematischen Verhalten eines Rades 22 eines Fahrzeugs zeigt. In Fig. 2 wird einem Regler 10 eine Führungsgröße w zugeführt, die gemäß Fig. 2 durch einen Sollwinkelgeschwindigkeitswert ω_s gebildet ist. Im Unter schied zu dem in Fig. 1 dargestellten Stand der Technik liefert der Regler 10 eine Reglerausgangsgröße u, die durch ein Gesamtmoment Mab gebildet ist. Dieses Gesamtmo ment Mab hängt von dem auf das Rad 22 wirkenden Antriebsmoment Ma und dem auf das Rad 22 wirkenden Bremsmoment Mb wie folgt ab:

Mab = Ma - Mb.

Das Antriebsmoment Ma wird dabei von einem in Fig. 2 nicht dargestellten Antriebsmotor des Fahrzeugs erzeugt. Das auf das Rad 22 wirkende Antriebsmoment Ma ist entwe der bekannt, beispielsweise über eine Motorsteuerung oder -regelung, oder es wird über eine geeignete, in Fig. 2 mit 40 bezeichnete Messeinrichtung erfasst. Eine Brems vorrichtung 21 bildet das Stellglied und erzeugt das Bremsmoment Mb, das auf das Rad 22 wirkt. Die Bremsvor richtung 21 und das Rad 22 bilden gemeinsam die Regel strecke 20. Die Regelgröße x ist gemäß Fig. 2 durch die Winkelgeschwindigkeit ω des Rades 22 gebildet. Eine Mess einrichtung 30 erfasst die aktuelle Winkelgeschwindigkeit ω des Rades 22 und führt diese als Rückführgröße r dem Regler 10 zu. Da in der Reglerausgangsgröße u = Mab das Antriebsmoment Ma berücksichtigt ist, muss das dem Stell glied beziehungsweise der Bremsvorrichtung 21 zugeführte Bremsmoment über die Beziehung

Mb = Ma - Mab

bestimmt werden. Zu diesem Zweck ist ein Subtrahierer 50 vorgesehen, der die entsprechende Rechenoperation durch führt. In diesem Zusammenhang wird nochmals darauf hinge wiesen, dass die hier und im Folgenden einzeln beschrie benen Komponenten, beispielsweise der Subtrahierer 50, nicht zwingend einzelne Schaltungskomponenten sind, son dern beispielweise zusammen mit dem Regler 10 durch geeignete Hard- und Software verwirklicht werden können. Das in diesem Sinn von dem Subtrahierer 50 berechnete Bremsmoment Mb wird über ein geeignetes Signal dem Stell glied 21 zugeführt. Dieses Stellglied 21 übt dann ein entsprechendes Bremsmoment Mb auf das Rad 22 aus.

Obwohl dies in Fig. 2 nicht dargestellt ist, ist es dort, wie auch in allen anderen Fällen, problemlos mög lich, anstelle der Winkelgeschwindigkeit ω des Rades 22 eine andere Größe als Regelgröße x, Rückführgröße r und Führungsgröße w zu verwenden, solange sich das dynamische Verhalten des Rades 22 durch diese Größe hinreichend beschreiben lässt.

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, das eine zweite Ausfüh rungsform der erfindungsgemäßen Regelungseinrichtung darstellt. Gemäß Fig. 3 bilden wiederum ein Rad 22 eines Fahrzeuges und ein Stellglied in Form einer Bremsvorrich tung 21 die Regelstrecke 20. Als Regelgröße x dient auch bei dieser Ausführungsform die Winkelgeschwindigkeit ω des Rades 22. Die Regelgröße x = ω wird über eine geeig nete Messeinrichtung 30 erfasst und in ein Signal, bei spielsweise eine Spannung, umgeformt, die zur Weiterver arbeitung als Rückführgröße r geeignet ist. Auch im in Fig. 3 dargestellten Fall wird die Winkelgeschwindigkeit ω des Rades 22 als Rückführgröße r einem insgesamt mit 10 bezeichneten Regler zugeführt. Diesem Regler 10 wird weiterhin eine Führungsgröße w zugeführt, die durch einen Sollwinkelgeschwindigkeitswert ω_s gebildet ist. Auf das Rad 22 kann neben einem durch die Bremsvorrichtung 21 erzeugten Bremsmoment Mb weiterhin ein Antriebsmoment Ma wirken, das von einem nicht dargestellten Antriebsmotor des Fahrzeugs erzeugt wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem das Reglerausgangssignal das Bremsmoment Mb ist, gibt der Regler 10 gemäß Fig. 3 als Regleraus gangssignal u ein Gesamtmoment Mab aus, das auf das Rad 22 auszuüben ist, um die Sollwinkelgeschwindigkeit ω zu erhalten. Dieses Gesamtmoment Mab hängt dabei wieder über die Beziehung

Mab = Ma - Mb

von dem auf das Rad 22 wirkenden Antriebsmoment Ma und dem auf das Rad 22 wirkenden Bremsmoment Mb ab. Eine derartige Wahl der Reglerausgangsgröße u ist vorteilhaft, weil das auf das Rad 22 wirkende Antriebsmoment Ma über die Rückführgröße r = ω mit erfasst wird. Allerdings kann diese Reglerausgangsgröße u = Mab nicht direkt der Bremsvorrichtung 21 zugeführt werden, sondern ein Subtra hierer 50 muss auch bei dieser Ausführungsform das Brems moment Mb zunächst über die Beziehung

Mb = Ma - Mab

bestimmen. Das Antriebsmoment Ma ist entweder bekannt, beispielsweise über die Motorsteuerung, oder es wird über eine geeignete Messeinrichtung 40 erfasst und in ein geeignetes Signal umgewandelt. Insoweit entspricht die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemä ßen Regelungseinrichtung der Ausführungsform von Fig. 2.

Gemäß Fig. 3 wirkt jedoch auf das Rad 22 weiterhin ein Störmoment Ms, das beispielsweise durch Reibungskräfte, Fahrbahnunebenheiten oder die Fahrbahnsteigung verursacht werden kann. Auch dieses Störmoment, das nichtlinear sein kann, wird von der in Fig. 3 dargestellten Regelungsein richtung berücksichtigt. Zu diesem Zweck muss das dynami sche Verhalten des Rades 22 näher untersucht werden. Es hat sich gezeigt, dass dieses dynamische Verhalten des Rades 22 immer als die Summe von zwei Teilen betrachtet werden kann: Ein einem freilaufenden Rad entsprechendes lineares Verhalten und ein komplexes nichtlineares Ver halten. Ausgehend von dieser Überlegung kann die Dynamik des Rades 22 durch das Modell

= f_L(ω, Mab) + f_S(ω, Mab)

beschrieben werden, wobei f_L(ω, Mab) den linearen Anteil des auf das Rad 22 wirkenden Moments und f_S(ω, Mab) das gesamte auf das Rad 22 wirkende Störmoment angibt. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Regler 10 wird der lineare Momentanteil Ml von einem Linearregler 11 geliefert. Zu diesem Zweck subtrahiert ein Subtrahierer 13 von dem als Führungsgröße zugeführten Sollwinkelgeschwindigkeitswert ω_s den zurückgeführten Wert der Winkelgeschwindigkeit ω des Rades 22 und erzeugt so eine Regeldifferenz e. Diese Regeldifferenz e wird dem Linearregler 11 zugeführt, der beispielsweise ein P-, PI- oder PID-Linearregler sein kann. Das gesamte auf das Rad 22 wirkende Störmoment Ms ist messtechnisch nur schwer oder gar nicht zu erfassen. Daher umfasst der Regler 10 gemäß Fig. 3 einen Zustands beobachter 12, dem sowohl das Gesamtmoment Mab als auch die Winkelgeschwindigkeit ω des Rades 22 zugeführt wird. Der Zustandsbeobachter 12 liefert einen geschätzten Stör momentanteil s. Um das Gesamtmoment Mab als Regleraus gangsgröße u zur Verfügung zu stellen, addiert ein Addierer 14 den von dem Linearregler 11 gelieferten linearen Momentanteil Ml mit dem vom Beobachter geschätzten Stör momentanteil s. Dadurch wird das auf Rad wirkende Stör moment kompensiert.

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, das eine mögliche Aus führungsform für den Zustandsbeobachter 12 zeigt. Auf das Rad 22 wirkt ein Antriebsmoment Ma, das von einem nicht dargestellten Antriebsmotor erzeugt wird. Weiterhin wirkt ein Störmoment Ms auf das Rad 22, wobei das Störmoment Ms beispielsweise durch Reibkräfte, Fahrbahnunebenheiten oder die Fahrbahnsteigung erzeugt werden kann. Hier und in allen anderen Fällen können selbstverständlich auch andere Einflüsse in das Störmoment Ms eigehen. Ein Stell glied in Form einer Bremsvorrichtung 21 erzeugt ein Bremsmoment Mb, das ebenfalls auf das Rad 22 wirkt. Ein in Fig. 4 nicht dargestellter Regler liefert eine Regler ausgangsgröße u, die ein Gesamtmoment Mab angibt, das von dem auf das Rad 22 wirkenden Antriebsmoment Ma und dem auf das Rad 22 wirkenden Bremsmoment Mb gemäß der Bezie hung

Mab = Ma - Mb

abhängt. Das Gesamtmoment Mab sowie das Antriebsmoment Ma werden einem Subtrahierer 50 zugeführt, der über die Beziehung

Mb = Ma - Mab

das Bremsmoment Mb liefert, das der Bremsvorrichtung 21 zugeführt wird. Die Dynamik des Rades 22 wird über das Modell

= f_L(ω, Mab) + f_S(ω, Mab)

beschrieben, wobei f_L(ω, Mab) den linearen Anteil des auf das Rad 22 wirkenden Moments und f_S(ω, Mab) das gesamte auf das Rad 22 wirkende Störmoment angibt. Die Regelgröße x ist im dargestellten Fall die Winkelge schwindigkeit ω des Rades 22. Die Regelgröße x wird durch eine geeignete Messeinrichtung 30 erfasst, die dem Zustandsbeobachter 12 die aktuelle Winkelgeschwin digkeit des Rades 22 liefert. Auch die Reglerausgangs größe u = Mab wird dem Zustandsbeobachter 12 zuge führt. Im dargestellten Fall ist der Zustandsbeobach ter 12 durch die Gleichung

definiert. Sowohl die Matrix A als auch der Parameter b geben dabei Systemparameter an. Der Zustandsvektor hat die Form = [, _s]^T. Dabei ist die geschätzte Winkel geschwindigkeit des Rades 22 und _s ist eine weitere Zustandsgröße, die über den Störmomentanteil f_S(ω, Mab) definiert wird. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Fall ist vorgesehen, dass die Differentiation von _s durch ein lineares Modell ersetzt wird, um die Berechnung zu ver einfachen. Diese Linearisierung ist insbesondere für kurze Schätzungszeitintervallen von beispielsweise 100 ms gültig. Aus der Zustandsgröße _s lässt sich der ge schätzte Störmomentanteil _s in bekannter Weise wiedergewinnen, wobei hinsichtlich der genauen mathematischen Zusammenhänge auf die einschlägige Fachliteratur verwie sen wird. Obwohl der Zustandsbeobachter 12 nur einen Schätzwert _s für den Störmomentanteil f_S(ω, Mab) lie fert, konvergiert dieser Schätzwert mit zunehmender Zeit gegen den tatsächlichen Störmomentanteil f_S(ω, Mab), so dass insgesamt eine ausreichende Genauigkeit erzielt werden kann.

Fig. 5 zeigt die über der Zeit aufgetragenen Kurvenver läufe für eine Antischlupfregelung gemäß dem Stand der Technik für ein Rad auf einer µ-Splitt-Strasse. Dabei zeigt die mit 120 bezeichnete Kurve das auf das Rad 22 wirkenden Antriebsmoment Ma, das von dem Antriebsmotor des Fahrzeuges erzeugt wird. Die mit 130 bezeichnete Kurve zeigt das Bremsmoment Mb, das von der Bremsvorrich tung 21 auf das Rad 22 übertragen wird. Die mit 140 be zeichnete Kurve zeigt die Fahrzeugreferenzgeschwindig keit, die proportional zur Führungsgröße w = ω_s ist. Die mit 150 gekennzeichnete Kurve zeigt den Bremsdruck und die mit 170 gekennzeichnete Kurve zeigt die Radgeschwin digkeit, die proportional zur tatsächlichen Winkelgeschwindigkeit ω des Rades 22 ist.

Weiterhin zeigt die Kurve 110 die von einem Zustandsbeob achter 12 geschätzten Störmomente s und die Kurve 160 zeigt die von dem Zustandsbeobachter 12 geschätzte Radge schwindigkeit. Diese vom Zustandsbeobachter 12 geschätz ten Werte sind jedoch bei der Regelung gemäß Fig. 5 nicht verwendet worden, sondern nur zur Veranschaulichung dargestellt.

Den Kurvenverläufen von Fig. 5 ist zu entnehmen, dass das Rad 22 ungefähr zum Zeitpunkt t = 121,5 s einen uner wünschten Schlupf aufweist. Auf diesen Schlupf reagiert der bekannte Regler mit einem Aufbau des Bremesmoments Mb, wobei ein entsprechender Bremsdruck erzeugt wird. Ungefähr zum Zeitpunkt t = 124 s ist die Sollgeschwindigkeit wieder erreicht.

Fig. 6 zeigt die entsprechenden Kurvenverläufe für eine Antischlupfregelung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Regeleinrichtung prinzipiell einen Aufbau ent sprechend den Fig. 3 und 4 mit einem P-Linearregler 11 und einem Zustandsbeobachter 12 aufwies. Die Bezeichnung der Kurven entspricht denen von Fig. 5, wobei in Fig. 6 eine weitere Kurve 180 die vorgegebene Radgeschwindigkeit bezeichnet.

Ebenso wie Fig. 5 betrifft auch Fig. 6 eine Anti schlupfregelung für ein Rad auf einer µ-Splitt-Strasse, und es ist zu erkennen, dass das Rad 22 ungefähr zum Zeitpunkt t = 21 s einen Schlupf aufweist. Auf diesen Schlupf reagiert die erfindungsgemäße Regelungsvorrich tung, indem die Bremsvorrichtung 21 ein entsprechendes Bremsmoment Mb aufbaut. Im Unterschied zu der Regelung gemäß Fig. 5 wird bei der erfindungsgemäßen Regelung gemäß Fig. 6 jedoch auch das Motorantriebsmoment Ma bei der Regelung direkt berücksichtigt und die Störmomente Ms werden kompensiert. Ungefähr zum Zeitpunkt t = 22,5 s ist die Sollgeschwindigkeit wieder erreicht.

Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung sind nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderung und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

Claims

1. Regelungseinrichtung zum Regeln des dynamischen Ver haltens von wenigstens einem Rad (22) eines Fahrzeuges, wobei die Regelungseinrichtung einen Regler (10) auf weist, dem eine Führungsgröße (w) und eine Rückführgröße (r) zugeführt wird und der eine Reglerausgangsgröße (u) liefert, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglerausgangs größe (u) ein auf das Rad (22) einwirkendes Gesamtmoment (Mab) ist.

2. Regelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Gesamtmoment (Mab) ein auf das Rad (22) wirkendes Antriebsmoment (Ma) und ein auf das Rad (22) wirkendes Bremsmoment (Mb) umfasst.

3. Regelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das kinematische Verhalten des Rades (22) über eine Regelgröße (x) gere gelt wird, und dass die Regelgröße (x) die Winkelge schwindigkeit (ω) des Rades (22) oder die Bahngeschwin digkeit (v) des Rades (22) ist.

4. Regelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführgröße (r) die Winkelgeschwindigkeit (ω) des Rades (22) oder die Bahngeschwindigkeit (v) des Rades (22) ist.

5. Regelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsgröße (w) eine Sollwinkelgeschwindigkeit (ω_s) oder eine Soll bahnschwindigkeit (v_s) angibt.

6. Regelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bremsvor richtung (21) und das Rad (22) Bestandteil einer Regel strecke (20) sind, und dass der Bremsvorrichtung (21) ein erstes Signal zugeführt wird, das das Bremsmoment (Mb) angibt.

7. Regelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtmoment (Mab) von dem auf das Rad (22) wirkenden Antriebsmoment (Ma) und dem auf das Rad (22) wirkenden Bremsmoment (Mb) wie folgt abhängt: Mab = Ma - Mb, und dass das der Bremsvorrichtung (21) zugeführte erste Signal aus der Reglerausgangsgröße (Mab) wie folgt gebildet wird:
Mb = Ma - Mab.

8. Regelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Rad (22) zumindest zeitweise ein Störmoment (Ms) wirkt, und dass der Regler (10) das Gesamtmoment (Mab) aus einem linearen Momentanteils (Ml) und einem Störmomentanteil (s) zu sammensetzt.

9. Regelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der lineare Mo mentanteil (Ml) von einem Linearregler (11) geliefert wird, der Bestandteil des Reglers (10) ist.

10. Regelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearregler (11) ein P-, PI- oder PID-Linearregler ist.

11. Regelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Störmomentan teil (s) geschätzt wird.

12. Regelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der geschätzte Störmomentanteil (s) von einem Zustandsbeobachter (12) geliefert wird.

13. Regelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsbeob achter (12) den Störmomentanteil (s) auf der Grundlage des Gesamtmoments (Mab) und wenigstens einer kinemati schen Rad-Zustandsgröße schätzt.

14. Regelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dynamik des Rades (22) durch das Modell
= f_L(ω, Mab) + f_S(ω, Mab)
beschrieben wird, wobei ω die Winkelgeschwindigkeit des Rades (22), f_L(ω, Mab) den linearen Anteil des auf das Rad wirkenden Moments und f_S(ω, Mab) das gesamte auf das Rad wirkende Störmoment angibt.

15. Regelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsbeob achter (12) durch die Gleichung
definiert wird, wobei A und b Systemparameter angeben, u das auf das Rad (22) wirkende Gesamtmoment Mab angibt und = [, _s]^T der Zustandsvektor ist, der die geschätzte Winkelgeschwindigkeit des Rades (22) und eine weitere Zustandsgröße _s enthält.

16. Regelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Störmomentan teil f_S(ω, Mab) als weitere Zustandsgröße _s definiert wird, und dass die Differentiation von _s durch ein lineares Modell ersetzt wird.

17. Regelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Dynamik des Rades (22) durch das Modell
= f_L(ω, Mab) + f_S(ω, Mab)
beschrieben wird, wobei ω die Winkelgeschwindigkeit des Rades (22), f_L(ω, Mab) den bekannten linearen Anteil des auf das Rad wirkenden Moments und f_S(ω, Mab) das gesamte auf das Rad wirkende Störmoment angibt, und dass zur Bestimmung von f_S(ω, Mab) gemessen wird.

18. Verfahren zum Regeln des kinematischen Verhaltens von wenigstens einem Rad (22) eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren vorsieht:
das Zuführen einer Führungsgröße (w) und einer Rückführgröße (r) zu einem Regler (10), und
das Ausgeben einer Reglerausgangsgröße (u) aus dem Regler (10),
dadurch gekennzeichnet, dass die Reglerausgangsgröße (u) ein auf das Rad (22) einwirkendes Gesamtmoment (Mab) ist.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtmoment (Mab) ein auf das Rad (22) wirken des Antriebsmoment (Ma) und ein auf das Rad (22) wirken des Bremsmoment (Mb) umfasst.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das kinematische Verhalten des Rades (22) über eine Regelgröße (x) geregelt wird, und dass die Regelgröße (x) die Winkelgeschwindigkeit (ω) des Rades (22) oder die Bahngeschwindigkeit (v) des Rades (22) ist.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführgröße (r) die Winkelge schwindigkeit (ω) des Rades (22) oder die Bahngeschwin digkeit (v) des Rades (22) ist.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsgröße (w) eine Sollwinkelschwindigkeit (ω_s) oder eine Sollbahngeschwindigkeit (v_s) angibt.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bremsvorrichtung (21) und das Rad (22) Bestandteil einer Regelstrecke (20) sind, und dass der Bremsvorrichtung (21) ein erstes Signal zuge führt wird, das das Bremsmoment (Mb) angibt.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtmoment (Mab) von dem auf das Rad (22) wirkenden Antriebsmoment (Ma) und dem auf das Rad (22) wirkenden Bremsmoment (Mb) wie folgt ab hängt: Mab = Ma - Mb, und dass das der Bremsvorrich tung (21) zugeführte erste Signal aus der Reglerausgangs größe (Mab) wie folgt gebildet wird: Mb = Ma - Mab.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Rad (22) zumindest zeitweise ein Störmoment (Ms) wirkt, und dass der Regler (10) das Gesamtmoment (Mab) aus einem linearen Momentanteils (Ml) und einem Störmomentanteil (s) zusammensetzt.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der lineare Momentanteil (Ml) von einem Linearregler (11) geliefert wird, der Bestandteil des Reglers (10) ist.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearregler (11) ein P-, PI- oder PID-Linearregler ist.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Störmomentanteil (s) geschätzt wird.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Störmomentanteil (s) von einem Zustandsbeobachter (12) geliefert wird.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsbeobachter (12) den Störmomentanteil (s) auf der Grundlage des Gesamtmo ments (Mab) und wenigstens einer kinematischen Rad- Zustandsgröße schätzt.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Dynamik des Rades (22) durch das Modell
= f_L(ω, Mab) + f_S(ω, Mab)
beschrieben wird, wobei ω die Winkelgeschwindigkeit des Rades (22), f_L(ω, Mab) den linearen Anteil des auf das Rad wirkenden Moments und f_S(ω, Mab) das gesamte auf das Rad wirkende Störmoment angibt.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsbeobachter (12) durch die folgende Gleichung
definiert wird, wobei A und b Systemparameter angeben, u das auf das Rad (22) wirkende Gesamtmoment Mab angibt und = [, _s] der Zustandsvektor ist, der die geschätzte Winkelgeschwindigkeit des Rades (22) und eine weitere Zustandsgröße _s enthält.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Störmomentanteil f_S(ω, Mab) als weitere Zustandsgröße _s definiert wird, und dass die Differentiation von _s durch ein lineares Modell ersetzt wird.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Dynamik des Rades (22) durch das Modell
= f_L(ω, Mab) + f_S(ω, Mab)
beschrieben wird, wobei ω die Winkelgeschwindigkeit des Rades (22), f_L(ω, Mab) den bekannten linearen Anteil des auf das Rad wirkenden Moments und f_S(ω, Mab) das gesamte auf das Rad wirkende Störmoment angibt, und dass zur Bestimmung von f_S(ω, Mab) gemessen wird.