DE102021203944A1

DE102021203944A1 - Verfahren zum Regeln eines Antiblockiersystems

Info

Publication number: DE102021203944A1
Application number: DE102021203944.8A
Authority: DE
Inventors: Lars Koenig; Bianka Weber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-04-21
Filing date: 2021-04-21
Publication date: 2022-10-27
Also published as: US20220340110A1; CN115214578A

Abstract

Verfahren zum Regeln eines Antiblockiersystems in einem Kraftfahrzeug (50), bei dem die Regelung auf Grundlage eines Radschlupfes (82) mindestens eines der Räder (52, 54, 56, 58) durchgeführt wird, wobei zur Berechnung des Radschlupfes (82) eine Radumfangsgeschwindigkeit und eine Übergrundgeschwindigkeit in Radlängsrichtung berücksichtigt werden, wobei die Übergrundgeschwindigkeit in Betrag und Richtung basierend auf Signalen (70, 72) von Sensoren, die alle sechs Freiheitsgrade im Raum beschreiben, geschätzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Antiblockiersystems und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm zum Durchführen des Verfahrens und ein maschinenlesbares Speichermedium.
Stand der Technik
Ein Antiblockiersystem (ABS) dient dazu, bei einem Bremsen eines Kraftfahrzeugs einem Blockieren der Räder durch Reduzieren des Bremsdrucks entgegenzuwirken. Hierzu sitzt typischerweise an jedem Rad, zumindest an jedem gebremsten Rad, ein Aufnehmer oder Sensor, mit dem die Raddrehzahl des jeweiligen Rads gemessen wird. Bei konstanter Bremskraft verringert sich die Raddrehzahl proportional zur verstrichenen Zeit. Wird die Bremskraft nicht mehr auf die Fahrbahn übertragen, so nimmt die Drehzahl des Rads sprunghaft ab. Der damit verbundene Drehzahlsprung wird erfasst und es wird der Bremsdruck an dem betrofffenen Rad vermindert. Die Bremskraft wird somit geregelt. Auf diese Weise kann der Bremsweg verkürzt und die Lenkbarkeit des Kraftfahrzeugs verbessert werden. Dies dient der Sicherheit beim Betrieb des Kraftfahrzeugs.
Die Kenntnis der Übergrundgeschwindigkeit des Fahrzeugs in Betrag und Richtung ist ein wichtiges Hilfsmittel für heutige Antiblockiersysteme bzw. Bremsschlupfregelsysteme.
Denn zur Berechnung der Blockierneigung, d. h. des Schlupfes, eines Rades sind Radumfangsgeschwindigkeit, Übergrundgeschwindigkeit und die Differenz aus beiden ins Verhältnis zu setzen. Hierfür sind unterschiedliche Ansätze bekannt, die Übergrundgeschwindigkeit in Radlängsrichtung ist jedoch stets Gegenstand des Ansatzes. Das Blockierniveau bzw. der Radschlupf wiederum dteht in Zusammenhang mit der vom Reifen auf die Fahrbahn übertragenen Kraft und somit mit der Ausnutzung des verfügbaren Reibwertes.
Als Messgröße steht in heutigen Kraftfahrzeugen jedoch ausschließlich die Raddrehzahl zur Verfügung. Die Übergrundgeschwindigkeit muss von einem Schätzalgorithmus ermittelt werden. Dem Stand der Technik entsprechend verwenden solche Schätzalgorithmen üblicherweise die Raddrehzahlen und ggf. die Fahrzeuglängsbeschleunigung sowie die Gierrate als Eingangsgröße.
Die Schätzung der Übergrundgeschwindigkeit mit den vorstehend beschriebenen Eingangssignalen ist ungenau. Zu berücksichtigen ist, dass im Betriebspunkt „ABS-Bremsung“ in regelungstechnischer Hinsicht ein nur schwach beobachtbares System vorliegt. Dadurch wird entweder der Zustand des maximalen Kraftschlusses durch Schätzfehler verfehlt oder die Geschwindigkeitsschätzung wird durch Entbremsen einzelner Räder unterstützt (Prinzip „Peiselerrad“). Beides führt dazu, dass der unter den gegebenen Kraftschlussbedingungen kürzestmögliche Bremsweg nicht erreicht werden kann.
Ein Peiselerrad, das auch als fünftes Rad bezeichnet wird, ist eine Messeinrichtung, mit der bei einem Fahrzeug die gefahrene Wegstrecke gemessen werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 7 vorgestellt. Es werden weiterhin ein Computerprogramm nach Anspruch 9 sowie ein maschinenlesbares Speichermedium mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
Das vorgestellte Verfahren dient zum Regeln eines Antiblockiersystems in einem Kraftfahrzeug. Bei diesem wird die Regelung auf Grundlage eines Radschlupfes mindestens eines der Räder durchgeführt wird. Dies bedeutet, dass das Verfahren bei mindestens einem der Räder, bei einigen der Räder oder bei allen der Räder, mindestesn der angetriebenen Räder, des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden kann. Der berechnete Radschlupf ist typischerweise das Verhältnis der Drehzahl eines angetriebenen Rades zu der Drehzahl eines nicht angetriebenen und daher formschlüssig mitlaufenden Rades.
Zur Berechnung des Radschlupfes werden eine Radumfangsgeschwindigkeit und eine Übergrundgeschwindigkeit in Radlängsrichtung berücksichtigt, wobei die Übergrundgeschwindigkeit in Betrag und Richtung basierend auf Signalen von Sensoren, die alle sechs Freiheitsgrade im Raum beschreiben, geschätzt wird.
Die Übergrundgeschwindigkeit beschreibt die Geschwindigkeit des betrachteten Rades in Bezug zu dem Untergrund, auf dem das Rad sich bewegt bzw. abrollt.
In einer Ausführungsform werden zur Berechnung des Radschlupfes die Radumfangsgeschwindigkeit, die Übergrundgeschwindigkeit und die Differenz aus beiden ins Verhältnis gesetzt.
Weiterhin kann die Übergrundgeschwindigkeit in Betrag und Richtung basierend auf Signalen von drei Beschleunigungssensoren und drei Drehzahlsensoren geschätzt werden. Diese insgesamt sechs Sensoren bzw. die von diesen erhaltenen Signale ermöglichen die Beschreibung aller sechs Freiheitsgrade im Raum.
Die Erfindung sieht somit in Ausgestaltung vor, zur ABS-Regelung eine Schätzung der Übergrundgeschwindigkeit in Betrag und Richtung zu verwenden, die basierend auf einer 6D-Sensorik bzw. Inertialsensorik, d. h. drei Beschleunigungs- und drei Drehzahlsensoren für alle sechs Freiheitsgrade im Raum, ermittelt wird. Die Schätzung kann z. B. mit einem Luenberger-Beobachter, einem Kalman-Filter, einem Partikelfilter, einem neuronalen Netz oder ähnlichen Einrichtungen erfolgen.
Anstelle einer 6D-Sensorik kann auch ein Radarsensor oder eine Videokamera oder eine Kombination aus diesen verwendet werden.
Ein Kalman-Filter ist ein mathematisches Verfahren zur iterativen Schätzung von Parametern, die wiederum zur Beschreibung von Systemzuständen dienen. Dies wird auf Basis von fehlerbehafteten Beobachtungen ausgeführt. Es können somit nicht direkt messbare Systemgrößen geschätzt werden. Zur Bestimmung von dynamischen Größen kann dem Kalman-Filter ein mathematisches Modell als Nebenbedingung hinzugefügt werden, um auf diese Weise dynamische Beziehungen zwischen den Systemgrößen zu berücksichtigen. Es können bspw. Bewegungsgleichungen dazu beitragen, veränderliche Positionen und Geschwindigkeiten gemeinsam präzise zu schätzen.
Ein Beobachter wird in der Regelungstechnik eingesetzt und dient dazu, aus bekannten Eingangsgrößen, wie bspw. Stellgrößen oder messbaren Störgrößen, und Ausgangsgrößen, wie z. B. Messgrößen, eines beobachteten Referenzsystems nicht messbare Größen bzw. Zustände zu rekonstruieren. Hierzu wird das beobachtete Referenzsystem als Modell nachgebildet und es werden mit einem Regler die messbaren und deshalb mit dem Referenzsystem vergleichbaren Zustandsgrößen nachgeführt. Auf diese Weise soll verhindert werden, dass ein Modell einen über die Zeit wachsenden Fehler generiert.
Der Luenberger-Beobachter beruht auf einer Parallelschaltung des Beobachters zum Regelstreckenmodell. Dabei wird die Differenz zwischen einem Messwert der Strecke und einem Messwert des Beobachters auf das Modell zurückgeführt. Damit kann der Beobachter auf Störungen bzw. auf eigene Ungenauigkeiten reagieren.
Weitere Sensoren, wie bspw. ein Lenkwinkelsensor, ein Raddrehzahlsensor, ein Bremsdrucksensor usw., können zusätzlich zur Stützung des Algorithmus verwendet werden. Es können auch weitere geeignete Sensoren verwendet werden.
Durch die auf diese Weise erlangte genaue Kenntnis des Radschlupfes, und zwar als Funktion von Übergrund- und Umfangsgeschwindigkeit, wird der Bremsweg verkürzt und die Lenkbarkeit verbessert.
Die vorgestellte Anordnung dient zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens und ist bspw. in einer Hardware und/oder Software implementiert. Die Anordnung, die in einem Regelkreis eines ABS-Systems zur Anwendung kommt und einen Regler umfassen kann, kann in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs integriert oder als solches ausgebildet sein.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Figurenliste

1 zeigt in vereinfachter Darstellung eine Gegenüberstellung eines herkömmlichen Regelkreises zu einem Regelkreis gemäß einer Ausführung des beschriebenen Verfahrens.
2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Kraftfahrzeug mit einer Ausführungsform der Anordnung zum Durchführen des hierin beschriebenen Verfahrens.

Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 zeigt auf der linken Seite einen Regelkreis 10 zur Durchführung eines herkömmlichen Verfahrens zum Regeln einer Antiblockiersystem-Einrichtung 12. Daneben zeigt die Darstellung ein Kraftfahrzeug 14. Aus dem Kraftfahrzeug 14 werden Größen 16, wie bspw. Radgeschwindigkeit(en), longitudinale Beschleunigung, Gierrate, Lenkwinkel usw., die von unterschiedlichen Sensoren gemessen und bereitgestellt werden, in die Antiblockiersystem-Einrichtung 12, die einen Regler umfasst, ausgegeben. Die Antiblockiersystem-Einrichtung gibt als Ausgangsgröße 18 ein Raddrehmoment aus.
Auf der linken Seite der Darstellung ist ein Regelkreis 30 dargestellt, mit dem ein Verfahren der hierin vorgestellten Art durchgeführt werden kann. Die Darstellung zeigt eine Antiblockiersystem-Einrichtung 32 und ein Kraftfahrzeug 34. Das Fahrzeug gibt als Größen 36, insbesondere Führungsgrößen, aus: Radgeschwindigkeit, 6D-Sensor-Größen, Lenkwinkel usw. Die Antiblockiersystem-Einrichtung 32 gibt als Ausgangsgröße 38 ein Raddrehmoment aus.
2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Kraftfahrzeug, das insgesamt mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet ist. Dieses Kraftfahrzeug 50 weist zwei angetriebene Räder 52, 54 und zwei mitlaufende Räder 56, 58 auf. Das vorgestellte Verfahren wird typischerweise bei einem oder mehreren angetriebenen Rädern 52, 54 durchgeführt, wobei hierin zur Vereinfachung der Darstellung nur das Rad 52 näher betrachtet wird.
Diesem Rad 52 ist nunmehr ein Radumfangssensor 60 zugeordnet, mit dem die Radumfangsgeschwindigkeit bzw. eine die Radumfangsgeschwindigkeit repräsentierende Größe erfasst werden kann. Ein entsprechendes Radumfangssignal 68 wird ausgegeben. Weiterhin sind dem Rad 52 drei Beschleunigungssensoren 64 und drei Drehzahlsensoren 66 zugeordnet. Die Beschleunigungssensoren 64 liefern erste Signale 70, die Beschleunigungsinformationen in drei Raumrichtungen beschreiben. Entsprechend stellen die Drehzahlsensoren zweite Signale 72, die Drehzahlinformationen um drei Raumachsen tragen, bereit.
Anstelle der Beschleunigungssensoren 64 und der Drehzahlsensoren 66 kann auch mindestens ein Radarsensor und/oder mindestens eine Videokamera verwendet werden.
Die Signale 70 und 72 sowie das Radumfangssignal 68 werden in eine Anordnung 80 eingegeben, die daraus einen Radschlupf 82 berechnet. Dieser Radschlupf ist Eingangsgröße bzw. Führungsgröße einer Regelung und wird in einen Regler 84 eingegeben, der daraus eine Stellgröße 86 ermittelt, mit der ein Antiblockiersystem des Kraftfahrzeugs 50 angesteuert bzw. beaufschlagt wird.
Zu beachten ist, dass die Übergrundgeschwindigkeit des Rads 52 in Betrag und Richtung basierend auf Signalen 70 und 72 von Sensoren 64 und 66, die alle sechs Freiheitsgrade im Raum beschreiben, geschätzt wird. Hierzu sind in diesem Fall die drei Beschleunigungssensoren 64 und die drei Drehzahlsensoren 66 vorgesehen.

Claims

Verfahren zum Regeln eines Antiblockiersystems in einem Kraftfahrzeug (50), bei dem die Regelung auf Grundlage eines Radschlupfes (82) mindestens eines der Räder (52, 54, 56, 58) durchgeführt wird, wobei zur Berechnung des Radschlupfes (82) eine Radumfangsgeschwindigkeit und eine Übergrundgeschwindigkeit in Radlängsrichtung berücksichtigt werden, wobei die Übergrundgeschwindigkeit in Betrag und Richtung basierend auf Signalen (70, 72) von Sensoren, die alle sechs Freiheitsgrade im Raum beschreiben, geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zur Berechnung des Radschlupfes (82) die Radumfangsgeschwindigkeit, die Übergrundgeschwindigkeit und die Differenz aus beiden ins Verhältnis gesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Übergrundgeschwindigkeit in Betrag und Richtung basierend auf Signalen (72) von drei Beschleunigungssensoren (64) und drei Drehzahlsensoren (66) geschätzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Schätzung der Übergrundgeschwindigkeit mit mindestens einem Element durchgeführt wird, das ausgewählt ist aus: Luenberger-Beobachter, Kalman-Filter, Partikelfilter, neuronales Netz.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem mindestens ein weiterer Sensor zur Stützung des Algorithmus zur Durchführung des Verfahrens eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der mindestens eine weitere Sensor ausgewählt ist aus eine Menge, die umfasst: einen Lenkwinkelsensor, einen Raddrehzahlsensor, einen Bremsdrucksensor.
Anordnung zum Regeln eines Antiblockiersystems, die zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 eingerichtet ist.
Anordnung nach Anspruch 7, die einen Regler (84) umfasst.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen, wenn das Computerprogramm auf einer Recheneinheit, insbesondere einer Recheneinheit in einer Anordnung (80) gemäß Anspruch 8, ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9.