DE10107454B4

DE10107454B4 - Verfahren zur Verbesserung des Regelverhaltens eines Radschlupfregelungssystems

Info

Publication number: DE10107454B4
Application number: DE10107454.9A
Authority: DE
Inventors: Peter Lauer
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2000-06-02
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2021-02-15
Also published as: DE10107454A1

Abstract

Verfahren zur Verbesserung des Regelverhaltens eines Radschlupfregelungssystems, bei dem das Drehverhalten der einzelnen Räder gemessen und als Eingangsgröße eines Regelungssystems ausgewertet wird, wobei durch logische Verknüpfung des Drehverhaltens der einzelnen Räder eine Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit gebildet wird, wobei der Schlupf durch Modulation des Bremsdruckes und damit der auf die Räder ausgeübten Bremskraft auf einen vorgegebenen Wert, der eine Schlupf- oder Regelschwelle darstellt, begrenzt wird, wobei der Schlupfverlauf der geregelten Räder in Abhängigkeit von der auf die Räder ausgeübten Bremskraft oder von einer entsprechenden Größe beobachtet und analysiert wird und wobei die Schlupf- oder Regelschwelle, bei der die Regelung einsetzt, über den vorgegebenen Grenzwert angehoben wird, wenn bei ansteigendem Schlupf die Längskraftübertragung am Rad weiterhin ansteigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlupf- oder Regelschwelle über den vorgegebenen Grenzwert nur dann angehoben wird, wenn Geradeausfahrt erkannt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung des Regelverhaltens eines Radschlupfregelungssystems, wie eines Blockierschutz- und/oder Antriebsschlupfregelungssystems, eines Stabilitätsregelungssystems oder dergl., bei dem das Drehverhalten der einzelnen Räder gemessen und als Eingangsgröße eines Regelungssystems ausgewertet wird, wobei durch logische Verknüpfung des Drehverhaltens der einzelnen Räder eine Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit gebildet wird und wobei der Schlupf durch Modulation des Bremsdruckes und damit der auf die Räder ausgeübten Bremskraft auf einen vorgegebenen Wert, der eine Schlupf- oder Regelschwelle darstellt, begrenzt wird.
Die Kräfteübertragung von den Reifen eines Fahrzeugs auf die Straße wird bekanntlich durch die Reibungsverhältnisse an den Berührungsflächen zwischen den Reifen und der Fahrbahn begrenzt. Die maximal übertragbare Längskraft ist dabei proportional der Normalkraft. Der Proportionalitätsfaktor wird als Haftreibungszahl, Reibungskoeffizient oder Reibbeiwert bezeichnet.
Bei der Übertragung der Kräfte von dem Reifen auf die Fahrbahn stellt sich ein Schlupf ein, der beim Bremsen des Fahrzeugs einen negativen Wert, beim Beschleunigen einen positiven Wert annimmt. Der typische Verlauf der Haftreibungszahl über dem Schlupf ist dabei in weiten Grenzen abhängig von dem Zustand und der Beschaffenheit der Berührungsflächen, wobei man insbesondere zwischen dem Verlauf auf trockener Fahrbahn oder Asphalt, dem Verlauf auf sehr glatter Fahrbahn oder Eis und dem Verlauf auf Neuschnee, lockerem Tiefschnee, loser Untergrund oder Schneematsch unterscheidet. Die maximal mögliche Kräfteübertragung ist bei trockenem Asphalt hoch, bei loser Untergrund oder Schnee vergleichsweise gering und auf Eis sehr gering.
Bemerkenswert ist ferner, dass es für die Kraftübertragung auf Asphalt und auf Eis normalerweise ein Maximum der Längskraftübertragung oder der sogenannten μ-Schlupfkurve gibt, bei dem sich ein bestimmter Schlupfwert von z. B. 10% einstellt. Auf trockener Straße und auch auf Eis steigt beim Überschreiten dieses Maximums der Schlupf rapide an, die Haftreibungszahl μ und damit die übertragbaren Kräfte nehmen ab. Auf Schnee bzw. loser Untergrund ist dagegen ein Verlauf des Reibwertes über dem Schlupf typisch, bei dem kein Maximum der Kräfteübertragung erreicht wird. Vielmehr schließt sich nach einem anfänglich relativ steilen Anstieg der μ-Schlupfkurve ein weiteres, wenn auch wesentliches geringeres Ansteigen der übertragbaren Kräfte bei relativ starker Anstieg des Schlupfes an.
1 zeigt schematisch vereinfacht typische μ-Schlupfkurven für drei unterschiedliche Straßenzustände, nämlich ”Eis”, ”Schnee” und ”Asphalt”. Die drei vorgenannten Verläufe der μ-Schlupfkurven sind typisch, doch gibt es, je nach Beschaffenheit der Straße, natürlich auch dazwischen liegende Kurvenverläufe.
Bekannte Regelungssysteme, wie ABS-Regler, sind grundsätzlich derart ausgelegt, dass der Arbeitspunkt der Regelung auf dem aufsteigenden Ast der μ-Schlupfkurve (siehe 1) liegt und sich möglichst nahe dem Optimum befindet, das in dem hier dargestellten Beispiel bei einem Schlupfwert von ca. 10% liegt. Auf ”Eis” und ”Asphalt” ist dies günstig, nicht jedoch auf ”Schnee”, weil in dieser und in anderen Situationen mit gleichartigem Kurvenverlauf bei höherem Schlupf eine noch höhere Kräfteübertragung von dem Reifen auf die Fahrbahn stattfinden könnte, wenn die Regelung einen höheren Schlupf zulassen würde.
Die gattungsbildende DE 198 34 167 A1 , von der die Erfindung ausgeht, beschreibt ein Verfahren in Verbindung mit einer Blockierverhinderungsvorrichtung, bei dem die Bremsleistung an die momentanen Rad-Fahrbahn-Kraftschlussbedingungen angepasst wird. So wird der maximal zulässige Schlupf, der zur Auslösung der Antiblockierregelung herangezogen wird, erhöht, wenn dies auf Grund einer Auswertung der Rad-Fahrbahn-Kraftschlusswerte in Abhängigkeit vom Schlupf, der auf Basis der Raddrehzahlinformationen gebildet wird, als notwendig erkannt wird. Für die Auswertung der Rad-Fahrbahn-Kraftschlusswerte wird gemäß einer beschriebenen Ausführungsform der Bremsdruck ermittelt, bei dem das Rad blockiert.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Regelverhalten eines Kraftfahrzeug-Regelungssystems dahingehend zu verbessern, dass in kritischen Situationen, insbesondere auf Neuschnee oder loser Untergrund, die Kräfteübertragung noch verbessert wird.
Es hat sich gezeigt, dass diese Aufgabe mit dem in Anspruch 1 genannten Verfahren gelöst wird. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der Schlupfverlauf der geregelten Räder in Abhängigkeit von der auf die Räder ausgeübten Bremskraft oder von einer entsprechenden Größe beobachtet und analysiert wird und dass die Schlupf- oder Regelschwelle, bei der die Regelung einsetzt, über den vorgegebenen Grenzwert angehoben wird, wenn bei ansteigendem Schlupf die Längskraftübertragung am Rad weiterhin ansteigt.
Einige besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Nach den Ansprüchen 2 und 3 wird die erfindungsgemäße Sonderregelung nur bei Geradeausfahrt angewendet. Die hierfür notwendigen Informationen entnimmt das Regelungssystem z. B. einem Gierratensensor, einem Querbeschleunigungssensor oder einem Lenkwinkelsensor.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht darin, dass bei ansteigendem Schlupf die Änderung der Beschleunigung des Rades beim Einsetzen eines Schlupfregelungsvorgangs, insbesondere während einer Bremsdruckhaltephase, zur Bestimmung der Schlupf- oder Regelschwelle ausgewertet wird, die Änderung der Beschleunigung des Rades (der Ruck) mit Hilfe eines digitalen Filterverfahrens analysiert werden kann.
Auch hat es sich als zweckmäßig erwiesen, für die vorgegebene Schlupf- oder Regelschwelle einen Schlupfwert im Bereich von etwa 10% vorzugeben, der in Abhängigkeit von dem Schlupfverlauf auf einen Wert im Bereich von etwa 20% angehoben werden kann.
Schließlich besteht ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens noch darin, dass die Räder, an denen eine erhöhte Schlupf- oder Regelschwelle gilt, von der Bildung der Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit ausgeschlossen werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den beigefügten Abbildungen und aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor.
Es zeigen:
1 in schematischer Barstellung verschiedene μ-Schlupfkurven mit dem typischen Verlauf auf ”Eis”, ”Schnee” und ”Asphalt” und
2 ebenfalls in schematischer Darstellung die wesentlichen Elemente eines ABS-Regelungssystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 wurde bereits zuvor erläutert. Dargestellt sind μ-Schlupfkurven für drei typische Situationen, denen beim Entwickeln von Regelungssystemen, wie Antiblockiersystemen (ABS) etc., Rechnung getragen werden muss.
Die Haftreibungszahl oder der Reibungskoeffizient μ wird bekanntlich nach der Formel μ = F_x/F_N bestimmt, wobei mit F_x die Längskraft und mit F_N die Normalkraft bezeichnet sind; F_x, F_N sind die am Fahrzeugreifen angreifenden Kräfte.
Der Schlupf wird im allgemeinen auf die Fahrzeuggeschwindigkeit bezogen und daher als Prozentualwert der Fahrzeuggeschwindigkeit angegeben. Folglich gilt:
”Bremsschlupf” = Fahrz.geschwindigk./Radgeschwindigk.
”Antriebsschlupf” = Radgeschwindigk./Fahrz.geschwindigk.
Der Verlauf der aktuellen μ-Schlupfkurve kann grundsätzlich von einem ABS- und/oder ASR-Regler analysiert werden, indem das Radverhalten innerhalb einer ABS-Regelung beobachtet wird. Steigt die μ-Schlupfkurve beim Erreichen eines vorgegebenen Schlupf-Schwellwertes von z. B. 10% weiter an, wie dies in 1 für die Straßenverhältnisse ”Schnee” dargestellt ist, so wird sich bei einer Erhöhung des Bremsdruckniveaus der Schlupf nicht wesentlich erhöhen. Die Radgeschwindigkeit wird einen degressiven Verlauf annehmen, sich also stabilisieren.
Fällt dagegen die μ-Schlupfkurve ab, wie dies für ”Eis” und auch für ”Asphalt” beim Überschreiten der Schlupfschwelle von 10% der Fall ist, so wird sich das Radverhalten in einer Druckhaltephase so darstellen, dass das Rad zunehmend an Geschwindigkeit verliert. Der Schlupf wird sich dadurch immer schneller erhöhen. Da die μ-Schlupfkurve abfällt, wird bei gleichbleibendem Bremsdruck das Kraftpotential zwischen Bremskraft und übertragbarer Längskraft F_x am Rad immer größer.
Eine Auswertung der Änderung der Beschleunigung des Rades wird bei einer ABS-Regelung zweckmäßigerweise in einer Druck-Haltephase (Konstanthaltephase) erfolgen. Die Beschleunigungsänderung (der sogenannte ”Ruck”) kann mit einem geeigneten digitalen Filter gemessen werden, um Störungen zu vermeiden. Als geeignet hat sich z. B. ein Filterverfahren erwiesen, das über drei Loops (von z. B. 7 ms) oder über einen Programmdurchlauf die Radbeschleunigung mittelt, sodann drei Loops wartet und anschließend die Radbeschleunigung ein weiteres Mal über drei Loops oder über einen Programmdurchlauf mittelt. Die erste Messung wird mit der zweiten verglichen und die Änderung als Ruck-Information abgespeichert.
Die Beobachtung des μ-Schlupfverlaufs wird erfindungsgemäß dazu verwendet, das Kurvenmaximum oder Kurvenoptimum zu bestimmen, um z. B. in einer ABS-Regelung adaptiv den optimalen Schlupf besser einstellen oder ausregeln zu können. Speziell bei ansteigendem μ-Schlupfverhalten, wie dies z. B. für Fahrbahnen mit loser Untergrund oder Neuschnee gilt, ist es dann möglich, einen kürzeren Bremsweg zu erzielen.
Der Schlupf wird in diesem Fall (”Schnee”) von dem ABS-Regler nicht wie üblich auf einen Schlupfwert von 10% begrenzt. Die Regelschwelle wird vielmehr auf etwa 20% Schlupf angehoben.
Da dieser hohe Schlupfwert von 20% üblicherweise zum starken Abbau der Seitenkraft führt, wird gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung diese Anhebung des Arbeitspunktes nur bei erkannter Geradeausfahrt zugelassen. Durch einen Gierratensensor oder Querbeschleunigungssensor oder auch durch einen Lenkwinkelsensor lässt sich eindeutig zwischen Geradeausfahrt und Kurvenfahrt unterscheiden.
Die Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit wird bei einem ABS-Regler üblicherweise auf Basis des Drehverhaltens aller vier Räder gebildet, wobei jedes Rad, das sich stabilisieren will, die Fahrzeug-Referenz stützt. Als weitere Sicherheitsmaßnahme wird erfindungsgemäß die Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit nur noch in Abhängigkeit von den Hinterrädern korrigiert, wenn durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Schlupf an den Vorderrädern von bis zu 20% zugelassen wird.
2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines ABS-Reglers, der zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Es handelt sich um ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Der dargestellte Regler besteht im Prinzip aus einem Standard-ABS-Regler 1, auf dessen Eingangsseite Informationen über das Drehverhalten der einzelnen Räder zugeführt werden, und aus einer Erweiterung 2, die die Komponenten für eine erweiterte ABS-Strategie umfasst.
Dem Standard-ABS-Regler 1 werden in bekannter Weise Informationen über das Drehverhalten der einzelnen Fahrzeugräder, symbolisiert mit Rad 1 bis Rad 4, zugeführt, die üblicherweise mit Raddrehzahlsensoren gewonnen werden. Diese Eingangsinformationen werden zur Ermittlung einer ABS-Referenz- oder Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit und zur Berechnung von radindividuellen Beschleunigungssignalen ausgewertet – im Prinzip. In einer Verarbeitungsstufe oder in einem Block 4, der in 2 mit ”ABS-Beschleunigungsregler” bezeichnet ist, erfolgt in bekannter Weise die Schlupfberechnung auf Basis der errechneten Referenzgröße und der Radbeschleunigungen, und zwar derart, dass sich ein Schlupf im Bereich eines vorgegebenen Arbeitspunkts oder Optimums – oder etwas unterhalb des Optimums – einstellt. Nach 1 liegt dieses Optimum etwa bei einem Schlupfwert von 10%. Dieser Wert stellt im Normalfall die Schlupf- oder Regelschwelle dar.
Schließlich steht am Ausgang des Standard-ABS-Reglers 1 ein aus den Eingangsgrößen abgeleiteter ”Vorschlag” für die Einstellung des Bremsdruckes in den Rädern 1 bis 4 zur Verfügung. Dieser Vorschlag ist, wie symbolisch durch einen Block 5 angedeutet, eine Eingangsgröße zur Bemessung und Einstellung des tatsächlichen Raddruckes in den einzelnen Fahrzeugrädern 1 bis 4 während eines geregelten Bremsvorganges.
Bei der erweiterten ABS-Strategie (2) wird in dem hier dargestellten Beispiel die Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit in dem Block ”ABS-Referenzberechnung” 6 auf Basis der Hinterräder (Rad 3, Rad 4) berechnet. Dies gilt zumindest in der hier betrachteten Situation, in der zur Verbesserung des Regelverhaltens auf Schnee oder lockerem Untergrund die Schlupf- oder Regelschwelle über den zuvor beschriebenen Optimalwert von 10% (siehe 1) angehoben wird. Der Schlupf an den Vorderrädern (Rad 1, Rad 2), der in einem Block 7 berechnet wird, ist eine Eingangsgröße des Proportional-Differential-Schlupfreglers 8, der unter Berücksichtigung eines Schwellenoffset, nämlich der gewünschten Anhebung der Schlupf- oder Regelschwelle für die Schlupfregelung an den Vorderrädern (Rad 1, Rad 2), ebenfalls einen ”Vorschlag” für die Bemessung des Raddruckes errechnet und der Rad-Druck-Berechnung” 5, die für den aktuell einzustellenden Bremsdruck in den Rädern 1 bis 4 verantwortlich ist, zuführt. Der Schwellenoffset, der in der Stufe 8 bei der Berechnung ihres Vorschlags zur Raddruckbemessung berücksichtigt, wird erfindungsgemäß durch Beobachtung der Radbeschleunigungsänderung in einem Block 9 bzw. einer Verarbeitungsstufe 9 ermittelt. Die Möglichkeit, ein Schwellenoffset zur Berücksichtigung der besonderen Verhältnisse beim Fahren auf Schnee oder lockerem Untergrund zu errechnen, gilt im dargestellten Ausführungsbeispiel nur für die Vorderräder Rad 1, Rad 2, die in dieser Situation zur Ermittlung der Fahrzeug-Referenz nicht mehr herangezogen werden dürfen, weil wegen des erfindungsgemäß zugelassenen erhöhten Radschlupfes, d. h. über 10%, eine Verfälschung der Referenz eintreten könnte.
Schließlich führt ein Ausgang der zur Beobachtung der Radbeschleunigungsänderung dienenden Stufe 9 noch zu der für die tatsächliche Raddruckberechnung zuständigen Stufe 5; in Abhängigkeit von der Radbeschleunigung an den Vorderrädern, die in der Stufe 9 beobachtet wird, ist hier eine Umschaltung der Regelstrategie oder Regelcharakteristik zur Berücksichtigung der besonderen Situation auf loser Untergrund oder schneebedeckter Straße vorgesehen. Nach 2 ist wiederum diese Umschaltinformation nur von den Vorderrädern (Rad 1, Rad 2) abhängig und nur für die Regelstrategie der Vorderräder (Rad 1, Rad 2) vorgesehen.
2 erläutert also in allgemeingültiger Form die Funktion und die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der besonderen Regelstrategie zur Verbesserung des Regelverhaltens eines Radschlupfregelungssystems auf Schnee, losem Untergrund oder unter ähnlichen Bedingungen.

Claims

Verfahren zur Verbesserung des Regelverhaltens eines Radschlupfregelungssystems, bei dem das Drehverhalten der einzelnen Räder gemessen und als Eingangsgröße eines Regelungssystems ausgewertet wird, wobei durch logische Verknüpfung des Drehverhaltens der einzelnen Räder eine Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit gebildet wird, wobei der Schlupf durch Modulation des Bremsdruckes und damit der auf die Räder ausgeübten Bremskraft auf einen vorgegebenen Wert, der eine Schlupf- oder Regelschwelle darstellt, begrenzt wird, wobei der Schlupfverlauf der geregelten Räder in Abhängigkeit von der auf die Räder ausgeübten Bremskraft oder von einer entsprechenden Größe beobachtet und analysiert wird und wobei die Schlupf- oder Regelschwelle, bei der die Regelung einsetzt, über den vorgegebenen Grenzwert angehoben wird, wenn bei ansteigendem Schlupf die Längskraftübertragung am Rad weiterhin ansteigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlupf- oder Regelschwelle über den vorgegebenen Grenzwert nur dann angehoben wird, wenn Geradeausfahrt erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anhebung der Schlupf- oder Regelschwelle in vorgegebenen Sonderfällen gesperrt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geradeausfahrt oder Kurvenfahrt durch Auswertung der Ausgangssignale eines Gierratensensors, eines Querbeschleunigungssensors oder eines Lenkwinkelsensors erkannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei ansteigendem Schlupf die Änderung der Beschleunigung des Rades beim Einsetzen eines Schlupfregelungsvorgangs zur Bestimmung der Schlupf- oder Regelschwelle ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Beschleunigung des Rades (der Ruck) mit Hilfe eines digitalen Filterverfahrens analysiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Schlupf– oder Regelschwelle bei einem Schlupfwert im Bereich von etwa 10% liegt und in Abhängigkeit von dem Schlupfverlauf auf einen Wert im Bereich von etwa 20% angehoben werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Räder, an denen eine erhöhte Schlupf- oder Regelschwelle gilt, von der Bildung der Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit ausgeschlossen werden.