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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer der tatsächlichen Geschwindigkeit eines Fahrzeuges angenäherten Referenzgeschwindigkeit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Ein solches Verfahren ist aus der
DE 44 33 729 A1 bekannt. Dort wird zum Ermitteln der Referenzgeschwindigkeit bei einer Bremsbetätigung, bei der einzelne Räder ungebremst sind, die dritthöchste Radgeschwindigkeit der ungebremsten Räder verwendet. Bei einem Vierradfahrzeug ist damit die dritthöchste Radgeschwindigkeit gleich der zweitniedrigsten Radgeschwindigkeit.
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Die
DE 38 79 657 T2 beschreibt ein Gerät zum Berechnen der Radreferenzgeschwindigkeit bei der die Radgeschwindigkeiten aller Räder in einem vorbestimmten Abtastzyklus ermittelt werden und Zwischenwerte der Referenzgeschwindigkeit unter Bezug auf die momentan abgetastete aktuelle Radgeschwindigkeit und eine vorher abgetastete aktuelle Radgeschwindigkeit ermittelt werden, wobei die Zwischenwerte nach vorgegebenen Kriterien innerhalb einer Bandbreite aus der aktuellen oder der früher gemessenen Geschwindigkeit berechnet werden.
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Die
DE 195 27 531 A1 beschreibt eine Einrichtung zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Allrad angetriebenen Fahrzeuges. Es werden die maximale und die minimale Radgeschwindigkeit sowie
deren zeitliche Ableitung ermittelt und die Längsbeschleunigung des Fahrzeuges, wobei dieser Wert aufintegriert wird. Aufgrund dieser Werte wird eine Referenzfahrzeuggeschwindigkeit ermittelt und eine ABS-Steuereinrichtung angesteuert.
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Moderne Straßenfahrzeuge sind mit Antiblockierschutzsystemen (ABS) und Antischlupfregelungssystemen (ASR) ausgerustet und moderne Schienenfahrzeuge sind mit Gleitschutzsystemen ausgestattet. Wichtige ”Eingangsgrößen” fur derartige Regelungssysteme sind Raddrehzahlen bzw. Radgeschwindigkeiten, die durch Raddrehzahlsensoren gemessen werden.
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Manche Systeme werten zusatzlich weitere Geschwindigkeitsinformationen des Fahrzeuges bzw. des Fahrzeugverbandes aus, beispielsweise durch eine Unterscheidung zwischen gebremsten und ungebremsten Achsen bzw. Radern oder durch eine Geschwindigkeitsmessung mittels Radar. Aus den zur Verfugung stehenden ”Geschwindigkeitssignalen” wird ein Naherungswert fur die tatsachliche Fahrzeuggeschwindigkeit gebildet, der als ”Referenzgeschwindigkeit” bezeichnet wird.
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Da bei ABS- bzw. ASR-Systemen die Regelung der Antriebskraft und der Bremskraft des Fahrzeuges in Abhangigkeit von der Referenzgeschwindigkeit erfolgt, muß der Algorithmus zur Ermittlung der Referenzgeschwindigkeit eine hohe Qualitat aufweisen, insbesondere sollte er gegen eine Verfalschung durch fehlerhafte Geschwindigkeitssignale abgesichert sein, die beispielsweise durch eine defekte Sensorik entstehen konnen.
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Wenn die Antriebs- bzw. Bremskrafte aufgrund zu geringer Haftwerte nicht von den Radern auf die Fahrbahn ubertragen werden können, dann weichen die gemessenen Radgeschwindigkeiten von der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Gebremste Räder unterschreiten dann die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit, angetriebene Räder hingegen überschreiten sie.
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Aus anmelderinternem Stand der Technik ist bekannt, die Referenzgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom jeweiligen Fahrzustand zu ermitteln. Im Zustand ”Bremsen” wird die Referenzgeschwindigkeit auf der Basis der höchsten Radgeschwindigkeit ermittelt und im Zustand ”Fahren”, d. h. im ungebremsten Fahrzustand, wird die Referenzgeschwindigkeit auf der Basis der niedrigsten Radgeschwindigkeit des Fahrzeuges ermittelt. Der Gradient der errechneten Referenzgeschwindigkeit wird durch vorgegebene maximal zulässige Beschleunigungs- bzw. Verzögerungswerte begrenzt. Diese Grenzwerte sind abhängig von den technischen Daten des jeweiligen Fahrzeuges. Bei diesem Verfahren werden einzelne Geschwindigkeitssignale zur Bildung der Referenzgeschwindigkeit herangezogen, solange das Signal oder der zugehörige Sensor als fehlerfrei eingestuft wird. Wenn Signalfehler nicht erkannt werden, kann ein fehlerhaftes Geschwindigkeitssignal die Referenzgeschwindigkeit im Zustand ”Bremsen” auf zu hohe Werte anheben. Im Zustand ”Fahren” hingegen kann ein fehlerhaftes Geschwindigkeitssignal die Referenzgeschwindigkeit auf zu geringe Werte absenken.
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Signalfehler können auch bei an sich intakter Bremsanlage auftreten, beispielsweise aufgrund von externen Störeinflüssen, wie z. B. elektromagnetischen Störfeldern.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes, fehlertolerantes Verfahren anzugeben, das insbesondere bei gebremstem Fahrzeug eine möglichst exakte Ermittlung einer der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit angenäherten Referenzgeschwindigkeit ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelost. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteranspruchen zu entnehmen.
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Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, bei der Ermittlung der Referenzgeschwindigkeit eines gebremsten Fahrzeuges, zwischen den Zustanden
- a) ”alle Räder gebremst” und
- b) ”ungebremste Rader vorhanden (Teilbremsung)”
zu unterscheiden.
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Bei Schienenfahrzeugen erfolgen bei geringen Bremsanforderungen des Fahrers ublicherweise Teilbremsungen, d. h. es werden vorrangig die angetriebenen Achsen mit einer elektrodynamischen Bremse gebremst, während die ubrigen Achsen (Laufachsen) noch ungebremst sind. Auch bei Nutzfahrzeugen, die ublicherweise zusatzlich zur Betriebsbremsanlage mit verschleißfreien Dauerbremsen ausgestattet sind, sind Teilbremsungen moglich.
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Wenn eine Teilbremsung vorliegt, d. h. wenn bei gebremsten Fahrzeug ungebremste Rader vorhanden sind, dann orientiert sich gemaß der Erfindung die Referenzgeschwindigkeit an der zweit niedrigsten Geschwindigkeit der ungebremsten Rader. Im Gegensatz zu dem eingangs genannten Verfahren, orientiert sich die Referenzgeschwindigkeit im Zustand ”Bremsen” also nicht immer an der hochsten Radgeschwindigkeit.
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Wenn ”n” Geschwindigkeitssignale von ungebremsten Rädern bzw. Achsen vorhanden sind, dann beeinflussen bis zu n – 2 Geschwindigkeitssignale, die beispielsweise aufgrund von Storeinflussen zu hoch sind, die Referenzgeschwindigkeitsbildung nicht. Da die Referenzgeschwindigkeit auf der Basis der zweit niedrigsten Geschwindigkeit ermittelt wird, beeinflußt auch ein Geschwindigkeitssignal, das storungsbedingt zu niedrig ist, die Referenzgeschwindigkeitsbildung nicht.
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Das Verfahren zur Ermittlung der Referenzgeschwindigkeit gemäß der Erfindung ist somit sicherer gegenuber fehlerhaften bzw. gestorten Geschwindigkeitssignalen und bietet eine hohere Sicherheit gegen irrtumliches Lösen der Bremse. Es ist somit besser gegen eine Verfalschung durch fehlerhafte Geschwindigkeitssignale abgesichert. Ferner ist die Fehlertoleranz bei der Ermittlung der Referenzgeschwindigkeit erhoht, insbesondere gegenuber unerkannten Fehlern eines oder mehrerer Geschwindigkeitssignale.
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Wenn alle Räder gebremst werden, dann orientiert sich die Referenzgeschwindigkeit grundsatzlich an der hochsten Radgeschwindigkeit. Dabei wird jedoch stets uberwacht, ob sich die hochste Radgeschwindigkeit von allen ubrigen Radgeschwindigkeiten hin zu hoheren Werten ”entfernt” und die Referenzgeschwindigkeit ebenfalls angehoben wird. Wenn ein solcher Zustand erkannt wurde, dann wird die Referenzgeschwindigkeit gemaß einer vorgegebenen Funktion, z. B. einer Rampenfunktion, auf die zweit hochste Geschwindigkeit zuruckgefuhrt und zwar bevor die Differenz zwischen der Referenzgeschwindigkeit und einer Radgeschwindigkeit zum Losen der zugeordneten Bremse fuhrt. Dadurch wird verhindert, daß ein zu hohes, fehlerhaftes Geschwindigkeitssignal die Referenzgeschwindigkeit ”dauerhaft” anhebt und der ABS- bzw. Gleitschutzregler irrtumlicherweise die Bremse lost.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausfuhrungsbeispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung ausfuhrlicher erlautert. Es zeigen:
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1 ein Ausfuhrungsbeispiel zum Fahrzustand ”ungebremste Rader vorhanden”;
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2 ein Ausfuhrungsbeispiel zum Fahrzustand ”alle Rader gebremst”;
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3 ein Diagramm der zulassigen Differenz zwischen der hochsten Radgeschwindigkeit und den ubrigen Radgeschwindigkeiten in Abhangigkeit von der Referenzgeschwindigkeit; und
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4 ein Diagramm zur Erlauterung der Umschaltung auf die zweit hochste Geschwindigkeit fur den Fahrzustand ”alle Rader gebremst”.
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1 zeigt eine Tabelle, in der schematisch Raddrehzahlwerte einzelner Fahrzeugrader eingetragen sind. Das Fahrzeug weist hier sieben Achsen mit jeweils einem rechten und einem linken Rad auf. Die Rader der Achsen 1, 4 und 5 sind im vorliegenden Fahrzustand gebremst, die Rader der Achsen 2, 3, 6 und 7 ungebremst. Es liegt also der Fahrzustand ”Feilbremsung” vor.
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In einem solchen Fahrzustand wird die Referenzgeschwindigkeit auf der Basis der zweit niedrigsten Geschwindigkeit der ungebremsten Rader ermittelt. Die geringste Geschwindigkeit der ungebremsten Rader vmin1u = 29 liegt am rechten Rad der Achse 6 vor. Fur die Referenzgeschwindigkeitsbildung maßgebend ist jedoch nicht die niedrigste, sondern die momentan zweit niedrigste Geschwindigkeit der ungebremsten Rader vmin2u = 34. Sie liegt am rechten Rad der Achse 3 vor.
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Die Referenzgeschwindigkeit vref wird also im aktuellen ”Rechenzyklus” an dieser momentan zweit niedrigsten Geschwindigkeit vmin2u ”orientiert”. Das heißt, der momentane Referenzgeschwindigkeitsverlauf wird nicht unbedingt exakt gleich dem Verlauf des gemessenen Geschwindigkeitssignals des ”zweit langsamsten” ungebremsten Rades gesetzt, sondern qualitativ diesem Signalverlauf ”nachgefuhrt”. Der gemessene Signalverlauf kann namlich diverse auf Storeinflussen beruhende Signalspitzen aufweisen, die nicht dem tatsachlichen Raddrehzahlverhalten entsprechen. Es ist daher sinnvoll, Meßsignalspitzen durch eine vorgegebene Filterfunktion zu glatten, wodurch ein realistischerer Raddrehzahlverlauf als Grundlage fur die Referenzgeschwindigkeit erhalten wird.
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In 2 ist im Unterschied zu 1 ein Fahrzustand dargestellt, bei dem samtliche Rader gebremst sind. In einem solchen Fahrzustand gilt grundsaztlich, daß die Referenzgeschwindigkeit an der hochsten gemessenen Radgeschwindigkeit vmax1 = 37 ”orientiert” wird. Auch hier ist unter dem Begriff ”orientieren” ein ggf. ”gefiltertes Nachfuhren” zu verstehen.
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Beim Zustand ”alle Räder gebremst” wird jedoch stets uberwacht, ob sich die hochste gemessene Radgeschwindigkeit von allen ubrigen Radgeschwindigkeiten hin zu hoheren Werten ”entfernt”. Wenn dies der Fall ist und alle Rader gebremst werden, so wird der Referenzgeschwindigkeitsbildung nicht die hochste Radgeschwindigkeit vmax1 = 37, sondern die zweit hochste Radgeschwindigkeit vmax2 = 36 zugrunde gelegt, die hier am linken Rad der Achse 3 auftritt.
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Im folgenden werden verschiedene Kriterien fur die ”Umschaltung” auf die zweit hochste Geschwindigkeit angegeben.
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- a) Die ”Umschaltung” auf die zweit hochste Geschwindigkeit vmax2 = 36 erfolgt dann,
– wenn die Differenz dv zwischen der hochsten Geschwindigkeit vmax1 = 37 und allen ubrigen Geschwindigkeiten v1 einen vorgegebenen Wert dv uberschreitet und wenn gleichzeitig
– die Beschleunigung an keinem der ubrigen Rader einen vorgegebenen Wert as unterschreitet, d. h. wenn die Verzogerung an keinem der ubrigen Rader den Betrag as uberschreitet.
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In diesem Fall wird davon ausgegangen, daß das Raddrehzahlsignal mit der hochsten Radgeschwindigkeit vmax1 gestort ist und es wird die zweit hochste Radgeschwindigkeit herangezogen.
- b) Zusätzlich zu den Kriterien gemäß a) können die Werte dv und as so gewählt werden, daß die Kombination aus diesen beiden Werten im Regelungsprogramm der ABS- bzw. Gleitschutzanlage des Fahrzeuges noch nicht zu einer Reduzierung der Bremskraft führt.
- c) Die oben genannten Grenzwerte können beispielsweise folgendermaßen vorgegeben sein: dv = 0,88 × vref – 2 km/h; as = –2,4 m/sec2.
- d) Alternativ dazu kann die Funktion f = dv (vref) als Rampenfunktion vorgegeben sein, d. h. der Grenzwert dv bleibt konstant, wenn die Referenzgeschwindigkeit eine vorgegebene Grenzgeschwindigkeit vk überschreitet.
- e) Zusätzlich zu dv = 0,88 × vref – 2 km/h kann vk = 80 km/h vorgegeben sein, wodurch sich die in 3 dargestellte Rampenfunktion f = dv (vref) ergibt.
- f) Zusätzlich zu den Kriterien a) bis d) kann vorgesehen sein, daß eine ”Umschaltung” auf die zweit höchste Geschwindigkeit vmax2 auch dann erfolgt,
– wenn die höchste sensierte Geschwindigkeit vmax1, d. h. der gemessene Signalverlauf vmax1 die Referenzgeschwindigkeit vref überschreitet, z. B. aufgrund einer vorübergehenden Raddrehzahlsignalstörung, und wenn gleichzeitig
– die Beschleunigung am Rad mit der höchsten Geschwindigkeit vmax1 einen vorgegebenen Grenzwert ak unterschreitet, d. h. wenn an diesem Rad eine große Verzogerung vorliegt; die Werte ak und as konnen beispielsweise gleich sein.
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Das Kriterium f) ist in 4 naher erlautert.
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Zum Zeitpunkt t1 tritt im Raddrehzahlsignal vRad hochst, das dem Rad mit der hochsten Radgeschwindigkeit zugeordnet ist, eine Signalspitze auf. Das Signal vRad hochst steigt im Zeitintervall [t1, t2] sehr schnell an, bleibt im Zeitintervall t2 [t2, t3] konstant und fallt im Zeitintervall [t3, t4] sehr schnell ab.
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Da die Referenzgeschwindigkeit vref grundsatzlich an der hochsten Radgeschwindigkeit vRad hochst orientiert ist, steigt die Referenzgeschwindigkeit vref zunachst im Zeitintervall [t1, t3] an. Im Zeitpunkt t3 fallt dann die Geschwindigkeit vRad hochst stark ab, d. h. der Geschwindigkeitsverlauf VRad hochst zeigt eine starke Verzogerung an, die einen vorgegebenen Beschleunigungs-Grenzwert ak unterschreitet, d. h. eine vorgegebene Verzögerung wird uberschritten.
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In einem solchen Fall wird davon ausgegangen, daß der Geschwindigkeitssignalverlauf vRad hochst, z. B. durch externe Einflüsse, gestort ist. Dementsprechend erfolgt im Zeitpunkt t3 eine ”Umschaltung” auf das zweit hochste Radgeschwindigkeitssignal vRad zweithochst. Der auf dem vermutlicherweise gestorten Signalverlauf vRad hochst im Zeitintervall [t1, t3] beruhende Anstieg der Referenzgeschwindigkeit wird nach der Umschaltung auf vRad zweithochst im Zeitintervall [t3, t4] wieder ”korrigiert”.
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Wenn das Geschwindigkeitssignal, an der die Referenzgeschwindigkeit momentan orientiert ist, als fehlerhaft eingestuft wird, dann kann auch sofort, nachdem der Fehler erkannt wurde, der Wert der Referenzgeschwindigkeit vref auf den dann gultigen Referenzgeber vmax2 umgeschaltet werden und zwar ohne einen begrenzenden ”Umschaltgradienten”. Ein derartiges unverzogertes Umschalten von vref hat den Vorteil, daß ein irrtumliches Losen der Bremse durch eine zu hohe Referenzgeschwindigkeit vref verhindert wird.
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Wenn ein Geschwindigkeitssignal wahrend einer Bremsung als fehlerhaft eingestuft wird, dann kann vorgesehen sein, daß dieses Signal selbst dann nicht mehr zur Berechnung der Referenzgeschwindigkeit vref verwendet wird, wenn die Fehlerursache wieder verschwindet.
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Es kann jedoch vorgesehen sein, daß dieses Signal wieder in die Ermittlung der Referenzgeschwindigkeit vref einbezogen wird, wenn es fehlerfrei ist und wenn die Bremsung beendet wurde.
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Alternativ dazu kann vorgesehen sein, daß dieses Signal in die Ermittlung der Referenzgeschwindigkeit vref wieder einbezogen wird, wenn es fehlerfrei ist und wenn das Fahrzeug zwischenzeitlich zum Stillstand gekommen ist. Hierdurch wird ermöglicht, daß ein ”intermittierender Fehler”, d. h. ein Fehler, der abwechselnd kommt und wieder verschwindet, die Ermittlung der Referenzgeschwindigkeit vref nicht mehr stort, sobald der Fehler einmal erkannt wurde.
