DE102005001790A1

DE102005001790A1 - Verfahren zur Bremsschlupfregelung eines Antiblockiersystems

Info

Publication number: DE102005001790A1
Application number: DE200510001790
Authority: DE
Inventors: Peter E. Dr. Rieth; Ralf Dr. Schwarz; Rolf Prof. Dr. Isermann; Sascha Semmler
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2005-09-15

Abstract

Dieses Verfahren zur Bremsschlupfregelung eines Antiblockiersystems eines Kraftfahrzeugbremssystems soll ermöglichen, dass für eine besonders hohe Bremsleistung ein besonders geeigneter Sollbremsschlupf (λ_d) eines Rades ermittelt werden kann. Dazu berechnet sich ein Sollbremsschlupf (λ_d) eines Rades, indem in einem Regelkreis der momentan eingestellte Sollbremsschlupf (λ_d) eines Rades mit einem Korrekturwert beaufschlagt wird, wobei ein Korrekturwert in Abhängigkeit von der Frequenzanalyse des zeitlichen Bremsschlupfverlaufes (λ_ist(t)) eines Rades ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bremsschlupfregelung eines Antiblockiersystems eines Kraftfahrzeugbremssystems.
Um beim Bremsen von Kraftfahrzeugen ein Blockieren der Räder und damit auch ein Schleudern des Kraftfahrzeuges zu verhindern, wird in modernen Kraftfahrzeugbremssystemen ein sogenanntes Antiblockier-Bremssteuersystem bzw. ein Antiblockiersystem (ABS) eingesetzt. Dieses soll, insbesondere auch auf rutschigen Straßenoberflächen, wie beispielsweise bei schneebedeckter Fahrbahn oder Nässe, ein Blockieren der Räder verhindern und damit den Bremsweg bis zum Stillstand des Kraftfahrzeuges minimieren bzw. die Bremsleistung maximieren.

Ein ABS umfasst üblicherweise eine Brems-Steuerungseinrichtung, die dazu dient, den Bremsdruck zu regeln, mit dem ein für jedes Rad des Kraftfahrzeugs verwendeter Radbremszylinder beaufschlagt wird, um hierdurch eine Bremskraft zu erzeugen. Weiterhin umfasst ein ABS in der Regel eine Radgeschwindigkeits-Abtasteinrichtung zur Abtastung der Drehzahl eines jeden Fahrzeugrades bzw. eine Anzahl von Raddrehzahlsensoren sowie eine Steuereinrichtung, die dazu dient mit Signalen, die von der Radgeschwindigkeits- Abtasteinrichtung zur Verfügung gestellt werden, den radindividuellen Schlupf zu berechnen und dann in Abhängigkeit vom berechneten Schlupf an die Brems-Steuerungseinrichtung ein Steuersignal auszugeben, das nötig ist, um ein mögliches Blockieren eines zugehörigen Rades zu vermeiden.

Dabei wird der Bremsdruck eines Radbremszylinders verringert, wenn das ABS Anzeichen dafür feststellt, dass ein Rad blockieren könnte. Als Anzeichen für das Blockieren eines Rades wird dabei üblicherweise das Überschreiten eines vorgegeben Schwellenwertes durch den Bremsschlupf verwendet. Die Steuereinrichtung eines ABS umfasst daher in der Regel einen sogenannten Radschlupfregler, der die Radgeschwindigkeit während des Bremsens durch den Einsatz von gezielten ABS-Druckaufbau-Impulsen, Druckhaltephasen und Druckabbauimpulsen reguliert. Dieser Radschlupfregler arbeitet in der Regel nach einer vorgegebenen Regelstrategie bzw. Regelphilosophie.

Ziel dieser Regelstrategie ist es, für jedes Rad einen für die Minimierung des Bremsweges optimalen Sollbremsschlupf zu ermitteln und diesen Sollbremsschlupf den Rädern über die Steuereinrichtung vorzugeben.

Problematisch bei bisherigen Realisierungen von ABS ist, dass die Ermittlung eines geeigneten optimalen Sollbremsschlupfes kompliziert und auch sehr aufwändig ist. Dabei besteht die Schwierigkeit insbesondere darin einem Rad über die Phasen von Druckaufbau-Impulsen, Druckhaltephasen und Druckabbauimpulsen immer den möglichst optimalen Bremsschlupf vorzugeben, um die Bremsleistung insgesamt zu maxi mieren. Dabei ist ein theoretisch optimaler Bremsschlupf von verschiedenen Parametern wie beispielsweise der Bremsanforderung, der Geschwindigkeit der Räder und des Kraftfahrzeuges, der Fahrbahnoberfläche oder der Querbeschleunigung des Kraftfahrzeuges abhängig, wobei sich diese Parameter dynamisch während eines Bremsverlaufs verändern können. So gestaltet sich beispielsweise die Bestimmung der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit aufgrund des bei einer ABS-Bremsung auftretenden unterschiedlichen großen Bremsschlupfes der Räder entsprechend schwierig, weil eine Kraftfahrzeuggeschwindigkeit üblicherweise anhand einer Raddrehzahl ermittelt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bremsschlupfregelung eines Antiblockiersystems anzugeben, mit dem ein für eine besonders hohe Bremsleistung besonders geeigneter Sollbremsschlupf ermittelt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem ein Sollbremsschlupf eines Rades berechnet wird, indem in einem Regelkreis der momentan eingestellte Sollbremsschlupf eines Rades mit einem Korrekturwert beaufschlagt wird, wobei ein Korrekturwert aus einer Frequenzanalyse des zeitlichen Bremsschlupfverlaufes eines Rades ermittelt wird.

Dabei wird für alle Räder jeweils ein Korrekturfaktor aus einer Frequenzanalyse des zeitlichen Bremsschlupfverlaufs des jeweiligen Rades berechnet und dann der Sollbremsschlupf dieses Rades aus dem momentan eingestellten Sollbremsschlupf durch die Beaufschlagung mit dem Korrekturwert berechnet.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass die Berechnung eines möglichst optimalen Sollbremsschlupfes in bekannten Antiblockiersystemen von Kraftfahrzeugbremssystemen möglich und auch praktisch durchführbar ist. Allerdings könnte es jedoch Phasen innerhalb eines Bremsvorganges geben, bei denen eine mehr oder weniger große Abweichung des Istbremsschlupfes vom optimalen Bremsschlupf auftritt. Aufgrund der nur phasenweise schlechteren Bremswirkung in diesen Phasen ist es jedoch nicht unbedingt notwendig, den Sollbremsschlupf komplett neu zu berechnen. Vielmehr sollte für ein vergleichsweise einfach gehaltenes System in Phasen schlechterer Bremswirkung bzw. in Phasen mit einer erhöhten Abweichung des Istschlupfs vom optimalen Bremsschlupf eine phasenweise Nachregelung des Sollbremsschlupfes ausreichen. Für eine derartige Nachregelung sollte diese Abweichung aufgrund der Differenz zum annähernd optimalen Sollbremsschlupf aufgrund der vergleichsweise schlechteren Bremswirkung detektiert werden. Einen hierfür geeigneten Indikator könnte man dann als Steuergröße zur Korrektur bzw. Beaufschlagung des eingestellten Sollbremsmomentes in diesen Phasen der Abweichung verwenden, um den Istbremsschlupf dem eigentlichen optimalen Sollbremsschlupf anzunähern.

Als Indikator für eine schlechtere Bremswirkung durch die Abweichung des Ist- zum Sollbremsschlupf könnte dabei prinzipiell der sogenannte „Slip-Stick-Effekt" der Reifen sowie die Elastokinematik der Achsen herangezogen werden. Insbesondere weist in zeitlichen Phasen von vergleichsweise hohen Abweichungen vom Istschlupf zum optimalen Bremsschlupf der zeitliche Bremsschlupfverlauf bzw. der zeitliche Istbremsschlupfverlauf eine Instabilität bzw. Volatilität auf, was auf die zuvor beschriebenen Effekte zurückzuführen ist, wobei in Phasen hoher Übereinstimmung von Istschlupf zu optimalem Bremsschlupf diese Instabilität und Volatilität nur sehr begrenzt vorhanden ist.

Dieser Zusammenhang sollte daher geeignet zur bedarfsgerechten Nachführung des Sollbremsschlupfs herangezogen werden. Dazu ist vorgesehen, die Schwingungen in der Radgeschwindigkeit bzw. im Bremsschlupf mit einer Frequenzanalyse zu erfassen und für die Berechnung eines Korrekturwertes zu verwenden, mit dem ein eingestellter Sollbremsschlupf zur Berechnung eines korrigierten Sollbremsschlupfes beaufschlagt wird.

Ein Korrekturwert wird dabei vorteilhafterweise abhängig von einer Amplitude von einer oder mehreren Eigenfrequenzen, einer vorgegebenen Frequenz, oder eines vorgegebenen Frequenzbereiches ermittelt. Dabei werden besonders diejenigen Frequenzbereiche bzw. Frequenzbänder zur Berechnung eines Korrekturwertes verwendet, bei denen ein hoher Zusammenhang zwischen Amplitude und Abweichung von Istschlupf zu optimalem Bremsschlupf auftritt.

Zweckmäßigerweise wird deshalb bei der Frequenzanalyse eine Schwingung des zeitlichen Bremsschlupfverlaufs im Bereich von etwa 2 bis 20 Hz, insbesondere im Bereich von etwa 8 bis 11 Hz, analysiert.

Für eine Darstellung bzw. Analyse des zeitlichen Schwingungsverhaltens des Bremsschlupfverlaufs im Frequenzbereich wird vorzugsweise eine Fourierfunktion des zeitlichen Bremsschlupfverlaufs verwendet. Mit einer derartigen Funktion ist der Verlauf des Bremsschlupfes in Abhängigkeit von der Zeit mit komplexen bzw. frequenzabhängigen Koeffizienten möglich. Dabei entsprechen die Fourierkoeffizienten einer derartigen Fourierfunktion den Amplituden der entsprechenden Frequenzbereiche.

Für eine einfache Abtastung der Frequenzen bei der Frequenzanalyse des zeitlichen Bremsschlupfverlaufs wird vorteilhafterweise eine diskrete Fourierfunktion verwendet, die sich aus einer Addition von frequenzabhängigen diskreten Fourierkoeffizienten über den zu untersuchenden Frequenzbereich zusammensetzt. Diese Fourierkoeffizienten werden vorzugsweise für die Frequenzanalyse berechnet.

Weil die Richtung des Phasengangs der zu analysierenden Frequenzen im Gegensatz zur Amplitude der Schwingungen für die Detektion der Abweichung von Ist- zu Sollbremsschlupf unerheblich ist, werden zweckmäßigerweise lediglich die Beträge einer Anzahl von komplexen Fourierkoeffizienten einer diskreten Fourierfunktion berechnet.

Für ein einfaches Verfahren wird vorzugsweise ein Betrag genau eines Fourierkoeffizienten einer ausgewählten Frequenz berechnet. Dabei weist die Frequenz einen hohen Zusammenhang zwischen Amplitude und Abweichung von Istschlupf zu optimalem Bremsschlupf auf.

Für eine Beaufschlagung eines eingestellten Sollbremsschlupfes über die Frequenzanalyse des zeitlichen Bremsschlupfverlaufs wird vorteilhafterweise ein eingestellter Sollbremsschlupf eines Rades erhöht, wenn die Amplitude oder der Betrag eines Fourierkoeffizienten des zeitlichen Brems schlupfverlaufs unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt.

Bei einem Überschreiten des eingestellten Sollbremsschlupfes durch den Istbremsschlupf, wird ein eingestellter Sollbremsschlupf eines Rades zweckmäßigerweise verringert, wenn die Amplitude oder der Betrag eines Fourierkoeffizienten des zeitlichen Bremsschlupfverlaufs oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt.

Diese beschriebene Regelung von Erhöhung und Reduzierung des eingestellten Sollbremsschlupfe funktioniert schematisch wie ein Zweipunktschalter.

Für eine kontinuierliche Nachregelung des Sollbremsschlupfes erfolgt eine Beaufschlagung eines eingestellten Sollbremsschlupfes mit einem Korrekturwert vorzugsweise in vorgegebenen zeitlichen Regelintervallen. Dabei kann dieses Intervall dem Frequenzabtastungsintervall des Bremsschlupfverlaufs bzw. dem verwendeten einheitlichen Reglerloop des Regelsystems entsprechen. Für eine schrittweise Erhöhung bzw. Verringerung kann ein eingestellter Sollbremsschlupf mit einem konstanten Regelverstärkungsfaktor beaufschlagt werden, bzw. insbesondere mit diesem multipliziert werden.

Das beschriebene Verfahren ist zweckmäßigerweise über einen Radschlupfregler ausführbar, so dass es sich in ein Antiblockiersystem eines Kraftfahrzeugbremssystems integrieren lässt. Das Bremssystem ist also vorzugsweise mit dem Verfahren steuerbar.

Das Verfahren wird dabei vorteilhafterweise von einem Computerprogrammprodukt ausgeführt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass mit dem beschriebenen Verfahren über den Bremsverlauf eine zeitlich kontinuierliche Korrektur des Sollbremsschlupfes eines Rades ermöglicht ist, so dass der Sollbremsschlupf auch bei sich ändernden Umgebungsbedingungen immer annähernd dem aktuell optimalen Bremsschlupf entspricht. Die dadurch erreichbare geringe Abweichung des Istbremsschlupfes vom optimalen Sollbremsschlupf führt damit zu einer hohen Bremsleistung des Antiblockiersystems.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, dass neben dem Sollbremsschlupf eines Rades lediglich der Bremsschlupfverlauf als Eingangsgröße für die Durchführung des Verfahrens benötigt wird, so dass das Verfahren einfach und kostengünstig eingesetzt werden kann.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht in der stabilen Funktions- und Arbeitsweise im Kraftfahrzeug.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der 1 bis 3 näher erläutert. Darin zeigen
1 die Bremsparameter einer ABS-Bremsung in Abhängigkeit der Zeit t ohne Sollbremsschlupfkorrektur,
2 das Frequenzband eines Bremsschlupfverlaufs λ_ist(t) und
3 die Bremsparameter einer ABS-Bremsung in Abhängigkeit der Zeit t mit Sollbremsschlupfkorrektur.
Die Erklärungen für die Abkürzungen in den Formeln sind der Bezugszeichenliste zu entnehmen.
In 3 ist der Ablauf eines Bremsvorganges dargestellt, wobei zur Bremsschlupfregelung ein Verfahren eingesetzt wird, das ermöglichen soll, für eine möglichst hohe Bremsleistung einen möglichst geeigneten Sollbremsschlupf λ_d zu ermitteln. Zur besseren Erklärung des Verfahrens ist in 1 ein vergleichbarer Bremsvorgang dargestellt, bei dem das im folgenden beschriebene Verfahren nicht angewendet wird.
Dabei handelt es sich um ein Verfahren für eine ABS-Bremsung, das in allen Figuren des Ausführungsbeispiels lediglich exemplarisch für ein Rad des Kraftfahrzeuges dargestellt ist, da dieses für alle Räder des Kraftfahrzeuges analog angewendet wird. Das gesamte Verfahren wird dabei von einem nicht näher dargestellten Radschlupfregler des Kraftfahrzeugbremssystems durchgeführt. Die Umsetzung des ermittelten Sollbremsschlupfes λ_d bzw. des korrigierten Sollbremsschlupfes λ_d mit den hydraulischen Komponenten des Bremssystems für ein Rad wird ebenfalls nicht näher beschrieben, da dies analog zu bereits bekannten Bremssystemen mit ABS funktioniert.
Im oberen Drittel der 1 und 3 ist jeweils in grau die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und in schwarz die Geschwindigkeit des Rades dargestellt. Im mittleren Drittel ist in grau der Sollbremsschlupf λ_d des Rades und in schwarz der gemessene Istbremsschlupf λ_ist des Rades aufgezeigt. Das untere Drittel der Figuren zeigt zeitkontinuierlich den Fourierkoeffizienten
, der im folgenden noch näher erläutert wird.
In 1 wird beim Zeitpunkt t = 0,5s ein Bremsvorgang aus 75 km/h eingeleitet. Dabei ist zu beobachten, dass der Sollbremsschlupf λ_d über einen großen Zeitraum konstant 31% beträgt und der Istbremsschlupf λ_ist im Verlauf des Bremsvorgangs mit unterschiedlich großen Differenzen von diesem Sollbremsschlupf λ_d = 31% abweicht. Bei Bremsvorgängen, die einen anderen Sollbremsschlupf λ_d, insbesondere einen deutlich niedrigeren Sollbremsschlupf λd aufweisen, kann der Fall eintreten, dass Istbremsschlupf λ_ist und Sollbremsschlupf λ_d annähernd während des gesamten Bremsvorgangs zusammenfallen.
Um den vom optimalen Bremsschlupf abweichenden Istbremsschlupf λ_ist nachzuregeln, wird in dem Verfahren der eingestellte Sollbremsschlupf λ_d entsprechend mit einem Korrekturfaktor beaufschlagt. Die Berechnung dieses Korrekurfaktors basiert auf der Frequenzanalyse des Bremsschlupfverlaufs λ_ist(t) bzw. des Istbremsschlupfverlaufs λ_ist(t). Hierbei wird ausgenutzt, dass im instabilen Bereich des Bremsschlupfverlaufs λ_ist(t) bzw. in Phasen, bei dem der Istbremsschlupf λ_ist vom Sollbremsschlupf λ_d geringfügig ab weicht, der Bremsschlupfverlauf λ_ist(t) einer leichten Schwingung unterliegt.
Die Funktion dieser Schwingung wird mit einem trigonometrischen Polynom, einer sogenannten diskreten Fourierfunktion, zu
angenähert, wobei f(t_j) eine Funktion von Punkten t_k mit k = 0, 1, ..., n – 1 im Intervall 0 ≤ t ≤ nT darstellt und sich die komplexen Fourierkoeffizienten c_l zu
berechnen mit I = 0, 1, ... n – 1.
Im Ausführungsbeispiel wird für eine einfache Verfahrenausführung lediglich ein schmaler Frequenzbereich betrachtet, wobei nur ein Fourierkoeffizient c* berechnet wird. Dabei wird der Phasengang nicht beachtet und lediglich der Betrag des Fourierkoeffizienten berechnet, so dass sich
ergibt, wobei c* dem I*-ten Fourierkoeffizienten im Betrag entspricht. Der für die Detektion der Abweichung des Istbremsschlupfes λ_ist vom Sollbremsschlupf λ_d entscheidender Frequenzbereich des zeitlichen Bremsschlupfverlaufs λ_ist(t) ist in 2 dargestellt, wobei das Hauptmaximum des Fourierfilters bei 9,5 Hz liegt.
Für eine Beaufschlagung des eingestellten Sollbremsschlupfes λ_d mit einem Korrekturfaktor wird der Sollbremsschlupf λ_d solange erhöht, wie der Fourierkoeffizient c* unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Überschreitet der Fourier koeffizient c* diesen Schwellenwert, wird der Sollbremsschlupf λ_d wieder reduziert. Dieses Regelverhalten vergleichbar einem Zweipunktschalter ist in 3 dargestellt. Zu Beginn der Bremsung steigt der Sollbremsschlupf λ_d und Istbremsschlupf λ_ist gleichermaßen an. Sobald der Istbremsschlupf λ_ist im vorgegebenen Frequenzband zu schwingen beginnt, überschreitet der Fourierkoeffizient c* den Schwellenwert. Der Sollbremsschlupf λ_d wird im folgenden reduziert, bis der Schwellenwert wieder unterschritten wird. Dabei ist der Kraftschluss des Rades immer nahe dem Maximum.

λ_d: Sollbremsschlupf
λ_ist: Istbremsschlupf
c: Fourierkoeffizient

Claims

Verfahren zur Bremsschlupfregelung eines Antiblockiersystems eines Kraftfahrzeugbremssystems, bei dem ein Sollbremsschlupf (λ_d) eines Rades berechnet wird, indem in einem Regelkreis der momentan eingestellte Sollbremsschlupf (λ_d) eines Rades mit einem Korrekturwert beaufschlagt wird, wobei ein Korrekturwert aus einer Frequenzanalyse des zeitlichen Bremsschlupfverlaufes (λ_ist(t)) eines Rades ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Korrekturwert aus einer Amplitude von einer oder mehreren Eigenfrequenzen, einer vorgegebenen Frequenz, oder eines vorgegebenen Frequenzbereiches ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei für die Frequenzanalyse eine Schwingung des zeitlichen Bremsschlupfverlaufs (λ_ist(t)) im Bereich von etwa 2 bis 20 Hz, insbesondere im Bereich von etwa 8 bis 11 Hz analysiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zur Frequenzanalyse des zeitlichen Bremsschlupfverlaufs (λ_ist(t)) eine Fourierfunktion des zeitlichen Bremsschlupfverlaufs (λ_ist(t)) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zur Frequenzanalyse des zeitlichen Bremsschlupfverlaufs (λ_ist(t)) der Betrag einer Anzahl von komplexen Fourier koeffizienten (c_l) einer diskreten Fourierfunktion (T_n(t)) des zeitlichen Bremsschlupfverlaufs (λ_ist(t)) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Betrag genau eines Fourierkoeffizienten (
) einer ausgewählten Frequenz berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein eingestellter Sollbremsschlupf (λ_d) eines Rades erhöht wird, wenn die Amplitude oder der Betrag eines Fourierkoeffizienten (c_l,
) des zeitlichen Bremsschlupfverlaufs (λ_ist(t)) unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein eingestellter Sollbremsschlupf (λ_d) eines Rades verringert wird, wenn die Amplitude oder der Betrag eines Fourierkoeffizienten (c_l,
) des zeitlichen Bremsschlupfverlaufs (λ_ist(t)) oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Beaufschlagung eines eingestellten Sollbremsschlupfes (λ_d) mit einem Korrekturwert in vorgegebenen zeitlichen Regelintervallen erfolgt.
Radschlupfregler, über den ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausführbar ist.
Computerprogrammprodukt zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Bremssystem, das mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 steuerbar ist.