DE19838336A1 - System zur Steuerung der Bewegung eines Fahrzeugs - Google Patents
System zur Steuerung der Bewegung eines FahrzeugsInfo
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Abstract
Es wird ein System zur Steuerung der Bewegung eines Fahrzeugs vorgeschlagen, welches aus mehreren Ebenen besteht. In einer ersten Ebene ist dabei wenigstens eine Komponente zur Steuerung der Fahrzeugbewegung vorgesehen, welche in einer weiteren Ebene in einer Verfeinerung wenigstens eine Komponente Vortrieb und Bremse umfaßt. In einer dritten Verfeinerungsebene ist diese Komponente wenigstens in Komponenten Vortrieb und Bremssystem strukturiert.
Description
Die Erfindung betrifft ein System zur Steuerung der Bewegung
eines Fahrzeugs.
Aus dem SAE-Paper 980200 "Cartronic - An Open Architecture
for Networking the Control Systems of an Automobile" von
Torsten Bertram, Rainer Bitzer, Rainer Mayer und Asmus Vol
kart (23. bis 26.02.1998) ist ein Steuerungssystem für ein
Gesamtfahrzeug bekannt, bei welchem die einzelnen Komponen
ten oder Objekte der Fahrzeugsteuerung im Rahmen einer vor
gegebenen Struktur mit vorgegebenen Kommunikationsbeziehun
gen angeordnet sind. Die Struktur weist dabei verschiedene
Detaillierungsebenen auf, deren oberste Ebene aus den Kompo
nenten Fahrzeugkoordinator, Steuerung für den Antrieb, für
die Fahrzeugbewegung, für Karosserie/Innenraum sowie für das
elektrische Bordnetz besteht. Diese oberste Detaillierungse
bene ist in Fig. 11 dargestellt. Die jeweiligen Komponenten
sind in weiteren untergeordneten Ebenen detailliert, wie in
Fig. 12 am Beispiel der Komponente Fahrzeugbewegung darge
stellt ist. Diese Komponente besteht in einer ersten Detail
lierungsebene aus einem Koordinator für die Fahrzeugbewe
gung, Steuerungen für Vortrieb und Bremse, für die Lenkung
und für das Fahrwerk.
Zur Steuerung des Fahrzeugs kommunizieren die einzelnen Kom
ponenten miteinander im Rahmen fest vorgegebener Kommunika
tionsbeziehungen. Diese umfassen Aufträge, Rückmeldungen,
Abfragen und Anforderungen. Über die Kommunikationsbeziehung
Auftrag werden vom Auftraggeber an die empfangende Komponen
te Sollgrößen zur Einstellung übermittelt. Ist die beauf
tragte Komponente nicht in der Lage, den Auftrag zu erfül
len, wird eine Rückmeldung, die gegebenenfalls mit den Grün
den dafür versehen ist, zurückgesandt. In den Figuren sind
Aufträge als durchgezogene Pfeile mit Ausrufezeichen darge
stellt. Zur Erfassung von Informationen, wie beispielsweise
Meßgrößen, dient die Kommunikationsbeziehung Abfrage. Bei
Abfragen fragt die abfragende Komponente bei der abgefragten
Komponente eine Information ab, beispielsweise einen Meß
wert. Dies wird in den Figuren durch gestrichelte Pfeile mit
einem Fragezeichen symbolisiert. Bei Anforderungen übermit
telt die anfordernde Komponente einen Wert an die angefor
derte Komponente, der von der angeforderten Komponente ein
gestellt werden sollte. Dies wird in den Figuren durch ge
strichelte Pfeile mit einem Ausrufezeichen symbolisiert. Im
Rahmen dieser Kommunikationsbeziehungen erfolgt die Fahr
zeugsteuerung mit Hilfe der dargestellten Komponenten sowie
der im folgenden beschriebenen Schnittstellendefinitionen.
Die beschriebene Software-Struktur läßt sich auf eine belie
bige Hardware-Struktur abbilden und gewährleistet eine opti
male Steuerung des Fahrzeugs. Dabei beeinflussen sich die
Komponenten nur über wenige exakt definierte Schnittstellen,
über die Informationen zu physikalischen Größen übermittelt
werden. Eine weitergehende Detaillierung der Komponente
Fahrzeugbewegung ist in diesem Stand der Technik nicht dar
gestellt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine geeignete Struktur für
die Komponente Fahrzeugbewegung anzugeben.
Aus dem SAE-Paper 950759 (27.02. bis 02.03.1995) "VDC, The
Vehicle Dynamics Control System of Bosch" von Anton T. van
Zanten, Rainer Erhardt und Georg Pfaff ist ein Fahrdyna
mikregler bekannt, mit dessen Hilfe die Stabilität der Fahr
zeugbewegung durch die Vorgabe von Sollmomente an den ein
zelnen Rädern aufrechterhalten wird.
Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung
DE 197 49 005.0 vom 6.11.1997 ist bekannt, wie eine Fahrdy
namikregelung um weitere Regelungseinrichtungen wie Len
kungs- und/oder Fahrwerksaktuatoren erweitert werden kann.
Die dort beschriebene Vorrichtung enthält Mittel zur Erfas
sung von die Fahrzeugbewegung repräsentierenden Größen sowie
der Fahrerwünsche. Letztere werden über die Messung von Grö
ßen, die der Fahrer über die Fahrzeugbedienelemente ein
stellt, z. B. Lenkradwinkel, Vordruck oder Bremspedalstellung
und Fahrpedalstellung, erfaßt. Ferner enthält die Vorrich
tung wenigstens zwei Regelungsvorrichtungen, die mit Hilfe
geeigneter Aktuatoren ausgehend von den erfaßten Größen, Re
gelungseingriffe zur Stabilisierung des Fahrzeuges durchfüh
ren. Dabei greift wenigstens eine der Regelungsvorrichtungen
in die Lenkung des Fahrzeuges ein. Ferner greift wenigstens
eine der Regelungsvorrichtungen in die Bremsen und/oder in
den Motor des Fahrzeuges und/oder eine weitere Regelungsvor
richtung in die Fahrwerksaktuatoren ein. Bei den Regelungs
eingriffen in die Lenkung des Fahrzeuges wird z. B. als Soll
wert beispielsweise der vordere Lenkwinkel oder die Änderung
des vorderen Lenkwinkels vorgegeben. Dieser Sollwert wird
mit Hilfe einer Aktorsteuerung in entsprechende Signale zur
Beeinflussung eines Lenkstellers umgesetzt. Zur Durchführung
einer Fahrwerkregelung wird vorzugsweise als Sollwert einen
Wert für die Dämpferhärte oder für die Federhärte oder einen
Wert für das einzustellende Sollniveau vorgegeben. Dieser
Sollwert wird mit Hilfe der Aktorsteuerung in entsprechende
Signale zur Beeinflussung der Fahrwerksaktuatoren umgesetzt.
Die nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Lösung stellt
eine geeignete Struktur für die Komponente Fahrzeugbewegung
bereit, die auch für diese Komponente die Vorteile des im
Stand der Technik beschriebenen Konzeptes insbesondere be
züglich der Komplexitätsreduzierung, der Funktionalität, der
Austauschbarkeit von Subsystemen, der Vorteile bei der Ent
wicklung und der Einbindung neuer sowie bei der Verbesserung
bestehender Subsysteme, bezüglich des Zusammenspiels ver
schiedener Funktionen, etc. erreicht. Auf diese Weise kann
in vorteilhafter Weise das komplex vernetzte System zur
Steuerung der Fahrzeugbewegung beherrscht werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be
schreibung von Ausführungsbeispielen bzw. den abhängigen An
sprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsformen in Fig. 1 bis 12 näher
erläutert.
In Fig. 11 ist die Komponente Fahrzeugbewegung als Teil der
obersten Ebene der Fahrzeugstruktur, der Fahrzeugebene, ge
zeigt.
Die Komponente Fahrzeugbewegung erhält einen Auftrag vom
Fahrzeugkoordinator, mit dem Inhalt, das Fahrzeug entspre
chend den Fahrervorgaben zu bewegen und dabei die Stabilität
der Bewegung zu gewährleisten. Als Randbedingung kann mit
diesem Auftrag der Leistungsbetrag angegeben werden, der zum
Zweck der Fahrzeugbewegung bereitsteht. Dies wird nötig,
wenn die von der Komponente Antrieb, in der Motor, Getriebe,
etc. und die entsprechenden Steuerungen angeordnet sind, be
reitgestellte Leistung nach unterschiedlichen Prioritäten
auf die Komponenten der Fahrzeugebene gemäß der in der Kom
ponente Fahrzeugkoordinator implementierten Strategie ver
teilt wird (übergeordnetes Leistungsmanagement).
Von der Komponente Fahrzeugbewegung zum Fahrzeugkoordinator
geht die Anforderungsbeziehung PASoll[Prio]. Dies bezeichnet
die Leistung, die vom Antrieb für Vortriebszwecke bereitge
stellt werden müßte. Diese Leistung ist erforderlich um die
von der Komponente Vortrieb und Bremse geforderten Radmomen
te zu realisieren. Der Fahrzeugkoordinator wird aufgrund der
als Randbedingung angegebenen Priorität diese Forderung mit
konkurrierenden Leistungsforderungen anderer Komponenten ko
ordinieren und die Forderung erfüllen oder wegen anderer,
dringenderer Forderungen reduzieren.
Als ein Beispiel für die Schnittstelle zwischen Fahrzeugko
ordinator und Antrieb sind dargestellt der Auftrag "Stelle
mechanische Leistung bereit" sowie eine vom Antrieb zum
Fahrzeugkoordinator führende Anforderungsbeziehung, über die
der Antrieb übermittelt, welchen Ressourcenbedarf (z. B. an
elektrischer Leistung) er selbst hat, um den genannten Auf
trag zu erfüllen. Entsprechend ist die Schnittstelle zwi
schen Fahrzeugkoordinator und elektrischem Bordnetz für die
Bereitstellung elektrischer Leistung ausgestaltet.
Für die Komponenten wichtige Informationen auf der Fahrzeug
ebene sind die Komponenten Fahrzeuggrößen, Umweltgrößen,
Fahrzustandsgrößen und Benutzergrößen. Umweltgrößen be
schreiben die Umwelt unabhängig vom Vorhandensein eines
Fahrzeuges (z. B. Außentemperatur, Luftdruck, Wind), Fahrzu
standsgrößen beinhalten die Interaktion des Fahrzeugs mit
der Umwelt (z. B. Abstand zu vorausfahrenden Fahrzeugen,
Reibwerte, etc.). Diese Komponenten werden von anderen Kom
ponenten (z. B. der Fahrzeugbewegung) über Abfragebeziehungen
zur Informationsbeschaffung abgefragt und die übermittelte
Information (z. B. Meßwert) im Rahmen der Funktion der abfra
genden Komponente ausgewertet.
In Fig. 12 ist eine Detaillierung der Komponente Fahrzeug
bewegung dargestellt. Die Aufgabe der Komponente Fahrzeugbe
wegung ist die Durchführung des Auftrags des Fahrzeugskoor
dinators, nämlich die Bewegung des Fahrzeugs gemäß den Wün
schen des Fahrers bei gleichzeitiger Gewährleistung der
Fahrstabilität. Dieser allgemeine Auftrag kann verbunden
sein mit der konkreten Angabe der für den Fahrzeugvortrieb
zur Verfügung stehenden Leistung.
Die zur Steuerung der zur Durchführung des Auftrags im Fahr
zeug existierenden Systeme wie Lenkung, Bremse, Vortrieb,
etc. sind der Komponente Fahrzeugbewegung zugeordnet.
Die zur Sicherstellung der Stabilität der Fahrzeugbewegung
erforderlichen Funktionalitäten wie Fahrdynamikregelung
(FDR), Antriebsschlupfregelung (ASR) und Antiblockierrege
lung (ABS) sind Teil der Komponente Fahrzeugbewegung. Die
Komponente Fahrzeugbewegung generiert alle die Fahrzeugbewe
gung bestimmenden Aktuatoransteuerungen. Als Stellsysteme
enthält sie das Bremssystem, den Vortrieb (beide der Längs
dynamik), die Lenkung (Querdynamik) und/oder das Fahrwerk
(Vertikaldynamik). Da die Auswirkungen der Stellerbetätigun
gen in den verschiedenen Freiheitsgraden stark gekoppelt
sind, müssen sie innerhalb der Komponente Fahrzeugbewegung
koordiniert und in ihrer Wirkung auf die gesamte Fahrzeugbe
wegung optimiert werden. Weiterhin erfaßt die Komponente
Fahrzeugbewegung den die Fahrzeugbewegung betreffenden Fah
rerwunsch. Dies geschieht durch Auswerten der Betätigung der
entsprechenden Bedienelemente (Pedale, Lenkrad). Die Ermitt
lung des Fahrerwunsches kann durch Assistenzsysteme ergänzt
werden (z. B. Bremsassistent, Hillholder) oder auf Fahreran
forderung hin zeitweise vom System übernommen werden (z. B.
Fahrgeschwindigkeitsregler, adaptiver Fahrgeschwindigkeits
regler (ACC), etc.).
Um die Stabilität der Fahrzeugbewegung zu überwachen wird
die Fahrzeugbewegung beobachtet und bei erkannter Gefahr
eingegriffen. Die Art des Eingriffs kann z. B. in Art einer
herkömmlichen ABS/ASR- oder FDR-Regelung durchgeführt wer
den.
Der Auftrag zur stabilen Bewegung entsprechend dem Fahrer
wunsch geht vom Fahrzeugkoordinator zur Komponente Fahrzeug
bewegung. Von der Fahrzeugbewegung zum Fahrzeugkoordinator
geht die Anforderungsbeziehung PASoll[Prio]. Diese geht di
rekt von der Komponente Vortrieb und Bremse zum Fahrzeugko
ordinator.
Die in Fig. 12 dargestellte erste Detaillierungsebene der
Komponente Fahrzeugbewegung umfaßt einen internen Koordina
tor, den Koordinator Fahrzeugbewegung, der Empfänger des
Auftrags vom Fahrzeugkoordinator ist. Der Koordinator Fahr
zeugbewegung beauftragt die zu koordinierenden operativen
Komponenten Vortrieb und Bremse, Lenkung und Fahrwerk. Diese
repräsentieren die drei Bewegungsfreiheitsgrade des Fahr
zeugs, die zur Kontrolle der Gesamtbewegung abgestimmt zu
beeinflussen sind. Der Koordinator Fahrzeugbewegung enthält
somit alle Komponenten, die die Fahrzeugbewegung unter Be
rücksichtigung der Kopplung der einzelnen Freiheitsgrade
überwachen und steuern bzw. regeln. Hierunter fallen z. B.
große Teile einer Fahrdynamikregelung (FDR) bzw. einer An
triebsschlupfregelung (ASR) und Teile eines Antiblockierreg
lers (ABS), die Auswirkungen auf die Fahrzeugbewegung über
die reine Längsdynamik hinaus haben. Dies sind u. a. die für
die Fahrzeugsbewegungsregelung und für die Radregelung zu
ständigen Komponenten, da bereits ein Bremseneingriff an ei
nem einzelnen Rad Einfluß auf die Bewegung in mehreren Frei
heitsgraden haben kann.
Vom Fahrzeugbewegungskoordinator zur Komponente Vortrieb und
Bremse werden als Auftrag für jedes Rad Sollradmomente
MRadSoll übermittelt. Diese werden für jedes Rad nach Maßga
be der im Fahrzeugbewegungskoordinator implementierten Funk
tionen wie FDR, ABS, ASR, etc. bzw. auf der Basis des
Fahrerbremswunsches z. B. nach herkömmlichen Methoden berech
net. Entsprechende Auftragsbeziehungen sind zwischen dem Ko
ordinator Fahrzeugbewegung und den Komponenten Lenkung
und/oder Fahrwerk definiert.
Eine weitere Teilkomponente der Fahrzeugbewegung ist die
Komponente Radgrößen, die es je Rad einmal gibt. Dabei han
delt es sich um Informationsgeber, die anderen Komponenten
radspezifische Größen auf Abfrage zur Verfügung stellen. In
dieser Komponente erfolgt z. B. die Auswertung der Raddreh
zahlfühler, die Signalaufbereitung zur Radgeschwindigkeits- und
Radbeschleunigungserfassung und/oder die Aufbereitung
anderer, radcharakteristischer Größen wie Schlupf, wirksame
Kräfte am Rad, Schräglaufwinkel, Radlenkwinkel, usw. Diese
Größen spielen auf der übergeordneten Fahrzeugebene noch
keine Rolle, sind für die Fahrzeugbewegung und die hier exi
stierenden Komponenten aber von umfassender Bedeutung. Daher
erfolgt die Anordnung der Komponente Radgrößen auf der er
sten Detaillierungsebene der Komponente Fahrzeugbewegung.
Die einzelnen Komponenten fragen über Abfragekommunikations
beziehungen die entsprechenden Werte ab. Die Ermittlung die
ser Größen erfolgt intern auf der Basis der Auswertung von
Sensorik und durch Berechnungen per Algorithmus. Auf welche
Weise diese Größen ermittelt werden, bleibt nach außen hin
dem Abfragenden verborgen. Der inhärente (nicht von einer
anderen Komponente gestellte) Auftrag der Komponente Radgrö
ßen ist die Ermittlung von Radgrößen und die Übermittlung an
den Abfrager. Die Abfrage erfolgt von fast allen Komponenten
der Komponente Fahrzeugbewegung direkt.
Zwischen der Komponente Fahrzeugbewegungskoordinator und der
Komponente Vortrieb und Bremse besteht eine Auftrags- und
Anforderungsbeziehung. Der Koordinator Fahrzeugbewegung be
auftragt die Komponente Vortrieb und Bremse mit der Reali
sierung eines Sollmoments MRadSoll an jedem Rad. Die Ein
stellung dieser Momente führt zur gewünschten Fahrzeugbewe
gung. Die Komponente Vortrieb und Bremse fordert vom Koordi
nator die Einstellung von Wunschradmomenten MSollGrund.
Dem Fahrer stehen zur Einwirkung auf die Fahrzeugbewegung
verschiedene Bedieneinrichtungen zur Verfügung. Dies sind im
allgemeinen Fahr- und Bremspedal sowie das Lenkrad. Jedes
Bedienelement gehört in der Struktur zu dem Subsystem, zu
dessen Betätigung es dient. So wird das Fahrpedal in der
weiter unten angegebenen Komponente Vortrieb, das Bremspedal
im Bremssystem und das Lenkrad in der Komponente Lenkung an
geordnet. Die entsprechenden Meßgrößen werden von diese Meß
größen verarbeitenden Komponenten im Rahmen von Abfragebe
ziehungen erfaßt. Innerhalb der Komponente Vortrieb und
Bremse erfolgt zusammengefaßt die Erfassung des Fahrerwun
sches bezüglich der Längsbewegung. Dieser wird durch die Be
tätigung des Fahrpedals und des Bremspedals dem System mit
geteilt. Gegebenenfalls können Assistenzsysteme wie FGR,
Bremsassistent, ACC, ebenfalls innerhalb der Komponente Vor
trieb und Bremse dem Fahrer seine Aufgaben erleichtern und
einen alternativen Fahrerwunsch vorgeben. Alle Betätigungen
der systemspezifischen Bedienelemente werden innerhalb der
Komponente Vortrieb und Bremse zu einer relevanten Längsdy
namikforderung zusammengefaßt. Diese wird im Rahmen einer
Anforderung als Wunschradmomente MSollGrund an den Koordina
tor Fahrzeugbewegung übermittelt. Dadurch wird die Realisie
rung der so ermittelten Fahrervorgaben beim Koordinator
Fahrzeugbewegung angefordert. Dieser kontrolliert, ob die
Wünsche bei stabiler Fahrt realisierbar sind und gibt im
Normalfall den Auftrag zur Realisierung der überprüften Wer
te zurück an die Komponente Vortrieb und Bremse, ggf. Len
kung und/oder Fahrwerk. Stellt der Koordinator Fahrzeugbewe
gung durch Abfrage bei der Komponente Radgrößen bzw. bei der
Komponente Fahrzeuggrößen allerdings fest, daß die fahrdyna
mischen Grenzen erreicht sind, ändert er die Wunschgrößen
soweit, daß keine kritischen Fahrsituationen eintreten oder
setzt die anderen verfügbaren Systeme zur Senkung des Risi
kos ein. In diesen Fällen unterscheiden sich die geforderten
Wunschgrößen von den zu realisierenden Sollgrößen.
Analog erfolgt die Einbeziehung der Komponenten Lenkung
und/oder Fahrwerk. Z.B. werden Schnittstellen vorgesehen,
wie sie im eingangs genannten Stand der Technik beschrieben
sind. So wird in der Komponente Lenkung der Fahrerwunsch
durch Betätigung des Lenkrads ausgewertet und eine entspre
chende Forderung an den Koordinator Fahrzeugbewegung über
mittelt. Dieser übermittelt als Auftrag einen Sollwert δSoll
für den Lenkwinkel.
Fig. 5 zeigt eine Detaillierung der Komponente Vortrieb und
Bremse. Die Komponente Vortrieb und Bremse enthält alle Sy
steme zur Beeinflussung der Längsdynamik, d. h. zum Be
schleunigen und Verzögern. Der Fahrerwunsch betreffend der
Längsbewegung wird in dieser Komponente ermittelt aus den
Aktionen des Fahrers an den Bedienelementen der relevanten
Subsysteme, gegebenenfalls unterstützt durch Assistenzsyste
me. Weiterhin werden von dieser Komponente die vorgegebenen
Sollradmomente realisiert. Dazu sind die direkt oder von
Subsystemen angesteuerten Aktuatoren zu verwenden. Die zwi
schen der Komponente Vortrieb und Bremse und dem Fahrzeugbe
wegungskoordinator übermittelten Soll- bzw. Wunschmomente
betreffen sowohl den Antriebs- als auch den Bremsfall. Aus
gehend besteht neben der Anforderungsbeziehung zum Fahrzeug
bewegungskoordinator eine Anforderungsbeziehung zum Fahr
zeugkoordinator, über die die Leistung, die vom Antrieb für
Vortriebszwecke bereitgestellt werden muß, angefordert wird.
Diese Leistung ist so berechnet, daß die von der Komponente
Vortrieb und Bremse einzustellenden Radmomente MRadSoll rea
lisiert werden können. Die enthaltenen Komponenten und Sub
systeme sind die operativen Systeme Vortrieb und Bremssy
stem, das Assistenzsystem ACC sowie die koordinierenden Kom
ponenten Momentenverteiler und Fahrerwunschlängsbewegung.
Die Komponente Momentenverteiler stellt die Eingangskompo
nente der Komponente Vortrieb und Bremse dar. Der Momenten
verteiler erhält den externen Auftrag bezüglich der einzu
stellenden Sollmomente MRadSoll vom Fahrzeugbewegungskoordi
nator. Dieser Auftrag wird vom Momentenverteiler so aufge
teilt, daß eine koordinierte Ansteuerung der Aktuatoren in
den Subsystemen Vortrieb und Bremssystem erfolgt und insge
samt der eingehende Auftrag zur Realisierung von vier vorge
gebenen Radmomenten erfüllt wird. Der Momentenverteiler
stellt die koordinierte Ansteuerung aller Subsysteme sicher,
die das je Rad wirkende Moment direkt beeinflussen. Dies
sind Bremsmomente sowie die an dem Radantriebswellen wirken
den Antriebsmomente. Letztere werden bestimmt vom aktuellen
Antriebsmoment sowie dessen Verteilung auf die einzelnen Rä
der durch das Differential. Antrieb und Differential werden
angesteuert über die Komponente Vortrieb. Der Momentenver
teiler beauftragt demnach Bremssystem und Vortrieb so, daß
sich die vom Momentenverteiler zu realisierenden Radmomente
einstellen. Gibt es weitere Stellsysteme zur Beeinflussung
des Radmoments (z. B. Retarder), werden diese ebenfalls vom
Momentenverteiler beauftragt.
Um eine Koordination der Subsysteme zu erreichen, muß der
Momentenverteiler die aktuellen Möglichkeiten der Subsysteme
kennen. Dazu wird bei der Komponente Vortrieb die im aktuel
len Betriebspunkt jeweils maximal oder minimal realisierba
ren Momentenwerte erfragt (in Fig. 5 nicht dargestellt).
Ebenfalls erfragt werden die möglichen Momente unter be
stimmten Randbedingungen, um diese Kriterien in die Ent
scheidung über die Art der Momentenrealisierung miteinzube
ziehen. Z.B. kann ein maximales Verzögern über die Schlepp
wirkung des Motors aus Geräuschgründen im Normalfall vermie
den werden, jedoch bei starkem Verschleiß oder hoher Tempe
ratur der Bremsen zu deren Schonung genutzt werden.
Als Kommunikationsbeziehungen des Momentenverteilers beste
hen der eingehende Auftrag vom Fahrzeugbewegungskoordinator
zur Realisierung der Sollmomentenvorgaben an den Rädern so
wie der von ihm ausgehende Auftrag an die Komponente Vor
trieb über zwei oder vier (je nach Antriebsart) einzustel
lende Sollantriebsmomente MARadSoll. Dies entspricht den Mo
menten an den Radantriebswellen. Diese können sowohl positiv
als auch negativ (Motorschlepp) sein. Ferner geht an das
Bremssystem der Auftrag über vier einzustellende Bremsmomen
te MBRadSoll. Diese entsprechen den Momenten, die über die
Bremsscheiben bzw. Trommeln erzeugt und abgestützt werden.
Diese können nur negativ sein. Ferner erfolgt eine nicht
dargestellte Abfrage an den Vortrieb über das im aktuellen
Betriebspunkt minimale Vortriebsmoment (d. h. das maximale
Schleppmoment) unter bestimmten Randbedingungen. Dieses wird
benötigt im Fall negativer Radsollmomentenvorgaben. Negative
Radsollmomentenvorgaben können sowohl vom Bremssystem als
auch vom Vortrieb realisiert werden, von letzterem aber nur
in begrenztem Umfang. Zur Aufteilung des Auftrags auf die
Subsysteme ist also das Potential seitens des Vortriebs
festzustellen, da dies meist bevorzugt genutzt und nur der
verbleibende Anteil vom Bremssystem zu realisieren ist. Un
ter Randbedingungen ist zu verstehen, daß evtl. weitere, mit
dem minimalen Vortriebsmoment zusammenhängende Größen über
mittelt werden, wie z. B. sich einstellender Komfort, Ge
räusch, etc. Damit können diese Kriterien in die Entschei
dung über die Wahl der Momentenrealisierung einbezogen wer
den.
Die Komponente Fahrerwunschlängsbewegung koordiniert die vom
Fahrer über die verschiedenen Bedieneinrichtungen vorgegebe
nen Wunschgrößen gemäß einer vorgegebenen Strategie, die der
herkömmlichen Koordination der verschiedenen Betätigungsgrö
ßen entsprechen kann, und leitet diese weiter. Diese Wünsche
kommen als Anforderungen von den Komponenten Vortrieb,
Bremssystem und ggf. ACC. Die Komponente Fahrerwunschlängs
bewegung fragt z. B. bei der Komponente ACC ab, ob das System
aktiviert ist. Bestehen keine weiteren Forderungen von den
Komponenten Vortrieb und Bremssystem, wird eine Realisierung
des ACC-Wunsches (Wunschbeschleunigung axFzSoll_ACC) vom Ko
ordinator Fahrzeugbewegung gefordert. Werden Fahr- oder
Bremspedal betätigt, haben deren Wunschgrößen axFzSoll_B und
MVortriebSoll üblicherweise Vorrang und der ACC-Wunsch wird
übersteuert. Auch Algorithmen zum Systemverhalten bei
gleichzeitiger Betätigung von Fahr- und Bremspedal sind in
der Komponente Fahrerwunschlängsbewegung anzuordnen. Weiter
hin erfolgt dort die Umrechnung der geforderten Beschleuni
gungen in Momente. Die dabei notwendigen Betriebsgrößen er
faßt die Komponente Fahrerwunschlängsbewegung durch nicht
dargestellte Abfragebeziehungen von entsprechenden Informa
tionsgebern. Die Komponente Fahrerwunschlängsbewegung for
dert die ermittelten Wunschradmomente vom Koordinator Fahr
zeugbewegung an, der sie durch Auftragsvergabe realisiert.
Die Komponente Vortrieb ermittelt ihrerseits die zur Radmo
mentenrealisierung erforderliche Leistung PASoll[Prio] und
fordert deren Bereitstellung vom Fahrzeugkoordinator an.
Letzterer stellt das beauftragte Sollmoment durch Auftrags
vergabe an die Komponente Antrieb durch Steuerung der An
triebseinheit (Motor, Getriebe, Wandler, etc.) ein.
Die Komponente Bremssystem realisiert die Radbremsmomente
durch entsprechende Ansteuerung der vorhandenen Stellglie
der, welche je nach eingesetztem Konzept (hydraulisches,
pneumatisches oder elektromotorisches Bremssystem) unter
schiedlich sein können.
Damit ergibt sich beispielhaft für den Beginn eines ABS-
Eingriffs der in Fig. 1 dargestellte Ablauf in der be
schriebenen Struktur, beispielsweise im Rahmen eines übli
chen Fahrdynamikreglers. Zu beachten ist, daß in dieser Dar
stellung nicht alle Komponenten und Systeme dargestellt
sind, sondern aus Gründen der besseren Übersicht nur die am
Ablauf beteiligten.
Zunächst fordert das Bremssystem die Realisierung des per
Bremspedal eingegebenen Fahrerwunsches (1) an. Die Komponen
te Fahrerwunschlängsbewegung erkennt den Bremswunsch als re
levant und richtet resultierende Forderungen an den Koordi
nator Fahrzeugbewegung (2). Der Koordinator Fahrzeugbewegung
überprüft den Längsdynamikwunsch bezüglich Stabilitätsaus
wirkungen, erkennt keinen Eingriffsbedarf und beauftragt die
Komponente Vortrieb und Bremse mit der Realisierung (3). Der
Momentenverteiler beauftragt die Komponenten Vortrieb
und/oder Bremssystem mit der Umsetzung der aufgeteilten
Radsollmomente (4). Dabei trete an wenigstens einem Rad
Blockierneigung auf. Der Koordinator Fahrzeugbewegung er
kennt den Regelungsbedarf aus Beobachtung der Komponente
Radgrößen (5). Der Koordinator Fahrzeugbewegung ermittelt
die Fahrzeugistbewegung (6) sowie die Fahrzeugsollbewegung
(7), bestimmt realisierbare Radmomente (Radregelung) und be
rücksichtigt Auswirkungen der Radmomente auf die Fahrzeugbe
wegung. Er beauftragt Vortrieb und Bremse mit der Realisie
rung der angepaßten Radsollmomente (8). Der Momentenvertei
ler beauftragt dann das Bremssystem mit der Realisierung der
gegenüber dem Schritt 4 veränderten Radmomente (9).
Fig. 2 zeigt eine Detaillierung der Komponente Fahrzeugbe
wegungskoordinator. Dieser stellt die stabile Bewegung des
Fahrzeugs sicher. Hierzu koordiniert er die Aufträge an die
für die Fahrzeugbewegung relevanten Stellsysteme. Grundlage
dieser Aufträge sind die oben dargestellten Anforderungen
der unabhängig unterlagerten Systeme, die den Fahrerwunsch
enthalten. Zur Überprüfung der stabilen Realisierbarkeit der
Fahrerwunschanforderungen wird die Fahrzeugistbewegung beob
achtet. Dies geschieht durch Abfragen der Fahrzeug- und Rad
bewegungsgrößen bei den entsprechenden Komponenten in der
übergeordneten Ebene und der Komponente Radgrößen in der
gleichen Ebene. Die Bewertung der Stabilität ist Aufgabe des
Fahrzeugbewegungskoordinators, ebenso das Einregeln stabiler
Bewegungsgrößen. Die Berechnung der Bewegungsgrößen, der Re
ferenzgrößen, etc., die beispielsweise bei heutigen Fahrdy
namikregelungen verwendet werden, sind Teil der Komponenten
Fahrzeuggrößen bzw. Radgrößen. Die Anteile dieser Regelalgo
rithmen, die die Fahrzeugbewegung regeln, der Fahrzeug- und
der Radregler, sind dem Fahrzeugbewegungskoordinator zuge
ordnet.
Die Komponente Fahrzeugbewegungskoordinator ist verfeinert
in einen Fahrzeugbewegungsregler und eine Radregelung. Die
Komponente Radregelung überwacht und regelt den Brems- und
Antriebsschlupf an den Rädern. Dies erfolgt auf der Basis
abgefragter Informationen der Komponente Radgrößen. Bei der
Regelung sind Antriebs- und Bremsfall zu unterscheiden, da
die Stellmöglichkeiten unterschiedlich sind. Die Radschlupf
regelung hat keinen direkten Durchgriff auf die Steller,
sondern sie gibt ihre radspezifischen Vorgaben an den Fahr
zeugbewegungsregler ab. Diese werden dort überprüft in ihrer
Wirkung auf die Bewegung des gesamten Fahrzeugs und evtl.
modifiziert umgesetzt. Die Radregelung hat die Aufgabe, bei
spielsweise einen bestimmten Schlupf (wie in Fig. 2 darge
stellt; alternativ z. B. Moment, Druck) an jedem Rad einzu
stellen. Der Sollwert wird intern im Radregler erzeugt (Re
gelung auf das Maximum der µ-Schlupf-Kurve) oder kann vom
Fahrzeugbewegungsregler vorgegeben sein. Wenn kein Ein
griffsbedarf des Fahrzeugbewegungsreglers besteht, wird die
ser Sollwert umgesetzt.
Der Fahrzeugbewegungsregler muß immer die Möglichkeit haben,
die Aufteilung der Radkräfte in Längs- und Seitenführungs
kraft und damit die Bewegung des Fahrzeugs insgesamt zu be
einflussen. Dies geschieht durch eine Beeinflussung der in
ternen Sollwertberechnung des Radschlupfes der Radregelung.
Wegen der unterschiedlichen Stellgliedverkopplungen muß dies
für Antriebs- und Bremsfall getrennt geschehen. Dies des
halb, weil für den Bremsfall alle vier Räder individuell ge
bremst werden können, während für den Antriebsfall lediglich
die miteinander verkoppelten angetriebenen Räder zur Verfü
gung stehen. Der Fahrzeugbewegungsregler kann im Bremsfall
einzelne Räder über- oder unterbremsen und so ein Unter- oder
Übersteuern zur Fahrzeugstabilisierung bewirken. Die
hierzu notwendigen Kommunikationsbeziehungen stellen sich
wie folgt dar. Vom Fahrzeugkoordinator wird dem Fahrzeugbe
wegungsregler der Auftrag "bewege Fahrzeug stabil" übermit
telt. Der Fahrzeugbewegungsregler bestimmt die zur Realisie
rung der Fahrzeugsollbewegung erforderlichen Radkräfte und
die entsprechenden Schlüpfe an den Rädern. Er sendet als An
forderung an den Radschlupfregler im Bremsfall für jedes Rad
den Sollschlupf SlBRadSoll, ebenso im Antriebsfall eine An
forderung SlASoll[Stabilität], die den mittleren Schlupf der
Antriebsräder begrenzt. Als Randbedingung kann hierbei ein
Stabilitätsmaß angegeben werden, das die Empfindlichkeit der
Regelung bestimmt. Ferner wird als Anforderung SlADiff vom
Fahrzeugbewegungsregler zum Radregler die Begrenzung der
Schlupfdifferenz der Antriebsräder übermittelt, bei einer
Antriebsachse ein Wert, bei Allradantrieb bei Bedarf bis zu
drei Werten. Vom Radschlupfregler wird dem Fahrzeugbewe
gungsregler als Anforderung MARadSoll, MBRadSoll die Vorgabe
eines einzustellenden Sollmoments je Rad im Antriebs- bzw.
Bremsfall übermittelt. Die konkrete Vorgehensweise ent
spricht dabei z. B. der Vorgehensweise bei herkömmlichen
Fahrdynamikreglern.
Fig. 3 zeigt die Detaillierung der Komponente Radregelung.
Diese besteht aus einem Radschlupfregler für den Antriebs
fall und einen Radschlupfregler für den Bremsfall, denen die
oben genannten Werte übermittelt und von denen die oben ge
nannten Werte ausgehen. Die Regler werden dabei in einem be
vorzugten Ausführungsbeispiel entsprechend den herkömmlichen
Vorgehensweisen bei Fahrdynamikreglern ausgestaltet. Inhä
renter Auftrag dieser Komponenten ist die Regelung entspre
chend den Sollgrößen.
Die bereits oben dargestellte Komponente Fahrerwunschlängs
bewegung ist in einer Detaillierung in Fig. 4 skizziert.
Diese Komponente koordiniert alle in den Subsystemen gene
rierten Längsbewegungsforderungen. Diese resultieren aus der
Betätigung der jeweiligen Bedienelemente, die sich in den
Subsystemen befinden. Je nach aktuellem Betriebszustand des
Fahrzeugs ermittelt diese Komponente die relevante Forderung
und gibt diese Forderung nach außen an den Fahrzeugbewe
gungskoordinator weiter. Die Anforderungen der Subsysteme
erfolgen in fahrzeugbezogenen Größen. Die konsolidierte For
derung an den Fahrzeugbewegungskoordinator wird in Form von
Radmomenten ausgegeben. Daher hat die Komponente Fahrer
wunschlängsbewegung die weitere Aufgabe, eine geeignete Auf
teilung der fahrzeugbezogenen Größen auf die radbezogenen
vorzunehmen. Dies erfolgt lediglich im Hinblick auf die ge
wünschte Fahrzeuglängsdynamik. Diese Aufgabe wird in der
Komponente Momentenauswahl durchgeführt. In einem bevorzug
ten Ausführungsbeispiel erfolgt die Momentenaufteilung auf
die Räder in Form einer Grundverteilung, z. B. beim
Bremsen 60 : 40 vorn : hinten, seitenweise gleich, bei Vortrieb gleich
mäßig auf die Antriebsräder. Ferner ist in der Komponente
Fahrerwunschlängsbewegung ein Algorithmus vorgesehen, der je
nach Situation einer Forderung Vorrang einräumt, z. B. ein
Übersteuern der ACC-Funktion per Pedal. Die Forderungen ei
niger Subsysteme erfolgen nicht auf Momentenbasis und müssen
gewandelt werden. Dies erfolgt in den Komponenten Bremsver
zögerungswandlung und ACC-Beschleunigungsregler. Im Falle
des letzteren sind äußere Störungen, wie Steigung, Gefälle,
Wind oder Reibwertänderungen zu berücksichtigen.
Inhärent besteht für die Komponente Fahrerwunschlängsbewe
gung der Auftrag, die Längsbewegungsforderungen zu koordi
nieren. Von der Komponente Vortrieb besteht die Anforde
rungsbeziehung bezüglich des geforderten Vortriebsmoments
MVortriebSoll, welche aus Fahrpedalstellung oder Assistenz
system ermittelt wird. Dieses Moment entspricht dem Moment
am Getriebeausgang und wird nur für Vortriebszwecke genutzt.
Der Teil der Antriebsleistung, der für Nebenaggregate be
reitgestellt wurde, ist bereits abgezogen. Diese Anforderung
geht direkt zur Komponente Momentenauswahl. Vom Bremssystem
kommt die Anforderung über eine geforderte Verzögerung
axFzSoll_B auf der Basis der Bremspedalbetätigung. Diese An
forderung geht an die Komponente Bremsverzögerungswandlung.
Entsprechend besteht zwischen dem ACC-Beschleunigungsregler
und der Komponente ACC die Anforderungsbeziehung bezüglich
der geforderten Beschleunigung axFzSoll_ACC (positiv oder
negativ) dieses Systems. Hier sind im Gegensatz zur Bremspe
dalbetätigung äußere Störungen wie Steigung, Gefälle, Wind
oder Reibveränderungen noch zu berücksichtigen, weswegen
entsprechende Abfragebeziehungen der Komponente ACC-
Beschleunigungsregler vorhanden sind. Von der Komponente
Fahrerwunschlängsbewegung geht eine Anforderungsbeziehung
zum Fahrzeugbewegungskoordinator bezüglich der Vorgabe von
vier einzustellenden Radmomenten MRadGrund, die sowohl nega
tiv als auch positiv sein können, aus. Erforderliche Abfra
gen z. B. der Fahrzeugmasse (zur Umrechnung einer Fahrzeugbe
schleunigung in eine resultierende Längskraft) an die Kompo
nente Fahrzeuggrößen, z. B. der Steigung (zur Kompensation
der resultierenden Fahrwiderstandskraft) an die Komponente
Fahrzustandsgrößen, oder z. B. der Radradien (zur Umrechnung
der auf das Fahrzeug bezogenen Längskraft in Radmomente) an
die Komponente Radgrößen sind in Fig. 4 aus Übersichtlich
keitsgründen nicht dargestellt. Ferner sind Anforderungsbe
ziehungen von der Bremsverzögerungswandlung bzw. dem ACC-
Beschleunigungsregler zur Momentenauswahl und bezüglich der
einzustellenden Sollkräfte FxFhBSoll, FxFzSoll vorgesehen,
die aus den diesen Komponenten zugeführten Wunschgrößen er
mittelt wurden.
In Fig. 6 ist die Komponente Vortrieb detaillierter darge
stellt. Sie besteht im wesentlichen aus den Komponenten Dif
ferential, Vortriebswunsch und Vortriebsleistung. Dies sind
Systeme, die den Vortrieb des Fahrzeugs realisieren.
In der Komponente Vortriebsleistung wird unter Zusammenfas
sen der zugeführten Radmomente und unter Berechnung einer
entsprechenden Leistung am Getriebeausgang die Antriebslei
stung PASoll[Prio] ermittelt, die zur Realisierung der
Radsollmomente erforderlich ist. Deren Bereitstellung wird
für den Vortriebszweck direkt beim übergeordneten Leistungs
manager im Fahrzeugkoordinator angefordert. Dort werden die
verschiedenen Anforderungen koordiniert und gegebenenfalls
priorisiert. Die Ansteuerung der an der Leistungsbereitstel
lung beteiligten Stellglieder im Motor, Wandler und Getriebe
erfolgt in der Komponente Antrieb außerhalb der Fahrzeugbe
wegung. Hier sind dann auch andere, konkurrierende Anforde
rungen z. B. vom Generator zu berücksichtigen.
Die Komponente Vortrieb, dort die Komponente Differential,
dient der Umsetzung der vorgegebenen Sollradmomente, die der
Komponente vom Momentenverteiler aus zugeführt werden. Diese
Momente können positiv oder soweit vom Antrieb realisierbar,
negativ sein. Daher sind als Schnittstelle je nach Antriebs
konzept zwei oder vier Radmomente vorzusehen. Damit die vor
gegebenen Momente auch tatsächlich realisierbar sind, wird
für den koordinierenden Momentenverteiler das aktuell ver
fügbare Minimal- und Maximalmoment je Rad bereitgestellt.
Zur Ermittlung der im aktuellen Betriebspunkt möglichen Rad
momente wird die Komponente Vortrieb die Komponente Antrieb
befragen müssen, die einen entsprechenden Momentenwert er
mittelt.
Eine weitere Aufgabe der Komponente Vortrieb ist die Erfas
sung des Vortriebswunsches des Fahrers. Dies erfolgt durch
Interpretation der Fahrpedalbetätigung in der Komponente
Vortriebswunsch. Eine entsprechende Anforderung geht von der
Komponente Vortriebswunsch zur Komponente Fahrerwunschlängs
bewegung. Darüber hinaus kann der Fahrer die Vorgabe des
Vortriebswunsches an ein Assistenzsystem übergeben. Dieses
übernimmt dann die Formulierung des Fahrerwunsches betref
fend den Vortrieb, wie beispielsweise ein Fahrgeschwindig
keitsregler. Betrifft die Vorgabe des Assistenzsystems nicht
nur die Aktuatoren des Vortriebs, sondern beispielsweise
auch die Bremsen, wie z. B. beim ACC, so ist diese Komponen
te auf der Strukturebene anzuordnen, in der Vortrieb und
Bremssystem koordiniert werden.
Als Kommunikationsbeziehungen wird der Komponente Vortrieb
der Auftrag vom Momentenverteiler, der intern an die Kompo
nente Differential weitergegeben wird, über die vorgegebene
Radmomente MARadSoll an den Antriebsrädern übertragen. Je
nach Antriebskonzept werden zwei oder vier Radmomente vorge
geben. Sie können sowohl negativ als auch positiv sein. Die
Kopplung der Radmomente wird vom Differential bestimmt, da
her wird intern der äußere Auftrag dorthin weitergeleitet.
Ferner findet vom Momentenverteiler eine Abfrage an die Kom
ponente Vortrieb statt bezüglich der aktuell verfügbaren Mi
nimal- und Maximalmomente je Antriebsrad MARadMinMax. Abge
hende Kommunikationsbeziehungen der Komponente Vortrieb sind
die Anforderung an den Fahrzeugkoordinator bezüglich der
Leistung PASoll, die vom Antrieb für Vortriebszwecke bereit
gestellt werden muß. Diese Leistung wird von der Komponente
Vortriebsleistung berechnet und ausgegeben. Ferner wird eine
Anforderung an die Komponente Fahrerwunschlängsbewegung aus
der Komponente Vortriebswunsch MVortriebSoll abgegeben, wel
che das geforderte Moment aus der Fahrpedalstellung oder ei
nem Assistenzsystem ermittelt. Es entspricht dem Moment am
Getriebeausgang und wird nur für Vortriebszwecke genutzt.
Ferner bestehen diverse Abfragebeziehungen, die von den Kom
ponenten Vortriebsleistung und Vortriebswunsch hervorgehen
und zur Bereitstellung der aktuell verfügbaren Minimal- und
Maximalmomente je Antriebsrad sowie zur Fahrpedalinterpreta
tion benötigt werden. Die Komponente Differential gibt fer
ner abhängig von den zugeführten Radsollmomenten ein Sollmo
ment MASoll als Auftrag an die Vortriebsleistung ab, welche
diese zur Anforderung der vom Antrieb einzustellenden Lei
stung umsetzt.
In Fig. 7 ist die Verfeinerung der Komponente Bremssystem
dargestellt, beispielhaft für ein hydraulisches Bremssystem.
Als Komponenten sind Radbremsenkoordinator, Radbremse vorne
links, vorne rechts, hinten links und hinten rechts, der
Bremskreis 1, der Bremskreis 2, die Pumpen sowie der Brems
wunsch angegeben. Die Komponente Bremssystem enthält die Sy
steme, die ausschließlich die Verzögerung des Fahrzeugs rea
lisieren oder dieses im Stillstand festhalten. Sie dient zur
Umsetzung der vorgegebenen Sollradmomente MBRadSoll, die in
diesem Fall nur negativ sein können, d. h. nur verzögernd
wirken. Als Schnittstelle zwischen der Komponente Radbrem
senkoordinator und den Komponenten Radbremse sind vier Rad
momente MBRadSollVL, MBRadSollVR, MBRadSollHL, MBRadSollHR
vorgesehen. Voraussetzung zur Einstellung der vorgegebenen
Radmomente ist die Möglichkeit zur Modulation der Bremskräf
te am Rad. Bei hydraulischen Bremssystemen erfolgt die Modu
lation durch Druckaufbau- und -abbau, wobei in elektronisch
geregelten Bremssystemen die Rückförderpumpe jeweils unter
schiedliche Aufgaben erfüllen muß. Um beliebige Abbauten zu
ermöglichen, muß die Hydraulikflüssigkeit von der Radbremse
wegtransportiert werden, um keinen Gegendruck entstehen zu
lassen, unter den der Radbremsdruck nicht abfallen könnte.
In elektrohydraulischen Bremsanlagen oder Bremsanlagen mit
Antriebsschlupfregelung ist für den Bremsmomentenaufbau eine
Druckerzeugung erforderlich, was üblicherweise wiederum mit
Hilfe einer Pumpe und evtl. einem Speicher erfolgt.
Bei bestimmten Umgebungsbedingungen kann es vorkommen, daß
die vorgegebenen Radmomente physikalisch nicht realisierbar
sind, z. B. bei niedrigerem Reibwert. Erforderlichenfalls
kann dann bezüglich des Auftrags eine entsprechende Rückmel
dung erfolgen.
Eine weitere Aufgabe der Komponente Bremssystem ist die Er
fassung des Bremswunsches des Fahrers. Diese erfolgt in der
Komponente Bremswunsch durch Interpretation der Bremspedal
betätigung. Zur Vorgabe eines situationsgerechten Wunsches
benötigt der Fahrer eine Rückmeldung des Systems über die
aktuell eingestellte Bremswirkung. Erst dann kann er seinen
Bremswunsch sinnvoll dosieren. Dies erfolgt in der Regel
durch eine Kombination aus Kraft und Weg am Bremspedal.
Hierfür kann beispielsweise die Rückförderpumpe, die durch
Zuführen von Hydraulikflüssigkeit in den Hauptbremszylinder
am Pedal eine Rückstellkraft aufbaut, oder ein anderes, eine
Pedalrückstellkraft simulierendes Element, benutzt werden.
Die Komponente Bremswunsch kann auch Assistenzfunktionen be
inhalten, die z. B. nach Art des Bremsassistenten den Gra
dienten der Bremspedalbetätigung mit einbeziehen. Die Kompo
nente Bremswunsch fordert die Realisierung des ermittelten
Bremswunsches von der Komponente Vortrieb und Bremse, dort
von der Komponente Fahrerwunschlängsbewegung, an.
Tritt eine Pedalrückwirkung nicht automatisch auf, ist eine
Einrichtung vorzusehen, die eine künstlich erzeugte Pedal
rückwirkung vornimmt oder den Fahrer vom Eintritt, bei
spielsweise einer ABS-Funktion durch optische, akustische
oder sonstige Warnsignale warnt. Diese Funktion ist Teil der
Komponente Bremswunsch.
Die Kommunikationsbeziehungen der Komponente Bremssystem
sind einmal als eingehende Kommunikation der Auftrag vom Mo
mentenverteiler an den Radbremsenkoordinator bezüglich der
vorgegebenen Radmomente MBRadSoll, die soweit physikalisch
möglich einzustellen sind. Von der Komponente Bremswunsch an
die Komponente Fahrerwunschlängsbewegung geht die geforderte
Verzögerung axFzSoll_B, die aus der Bremspedalstellung er
mittelt wird. Vom Radbremsenkoordinator werden die Sollrad
momente an die entsprechenden Komponenten Radbremse als Auf
trag weitergegeben, die wiederum im Rahmen von Anforderungs
beziehungen bei hydraulischen/pneumatischen Bremsanlagen die
Einstellung eines Bremsdrucks p[Vl|Vr|Hl|Hr] oder eines Vo
lumenstroms Vol/t[Vl|Vr|Hl|Hr] von den Komponenten Brems
kreis anfordern. Diese wiederum fordern wie die Komponenten
Bremswunsch bei der Komponente Pumpen einen Volumenstrom
Vol/t[Bk1|Bk2] an. Die Bestimmung der Sollvolumenströme bzw.
Solldrücke erfolgt aus den zugeführten Größen nach Maßgabe
eines Modells der hydraulischen Bremsanlage.
Die Komponente Bremssystem hat zum Ziel, die Sollmomentenum
setzung in eine Bremskraft am Rad darzustellen. Hierzu sind
hydraulische, pneumatische oder elektromotorische Bremsanla
gen zur Umsetzung denkbar. In einem Ausführungsbeispiel für
elektromotorische Bremsanlagen wird das einzustellende
Bremsmoment beispielsweise innerhalb der Komponenten Rad
bremse direkt in Strom- oder Spannungsgrößen umgesetzt. Die
Komponenten Bremskreise sowie Pumpen können ggf. entfallen.
Die in Fig. 7 dargestellte Detaillierung der Komponente
Bremssystem ist gekennzeichnet durch die folgenden Kommuni
kationsbeziehungen. Der Radbremsenkoordinator verteilt die
zugeführten Aufträge bezüglich der Radsollmomente an die
einzelnen Radbremsen, ebenfalls als Auftrag. Im Falle einer
hydraulischen Bremsanlage stellen die Radbremsen wiederum an
die Bremskreise, welche die je Bremskreis vorhandenen Stel
lelemente zusammenfassen, Anforderungen bezüglich des einzu
stellenden Drucks oder des Volumenstroms (p[Vl|Vr|Hl|Hr],
Vol/t[Vl|Vr|Hl|Hr]). Von den Bremskreisen zu den Pumpen be
steht eine Anforderungsbeziehung, die von den Pumpen die
Einstellung eines Volumenstroms (Vol/t[Bk1|Bk2]) anfordern.
Fig. 8 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer De
taillierung einer im Falle einer hydraulischen Bremsanlage
vorgesehenen Komponente Bremskreis. Diese Komponente faßt
die je Bremskreis vorhandenen Funktionen und Stellglieder
zusammen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel eines zweikrei
sigen Bremssystems ist je Kreis eine Komponente Bremskreis
vorgesehen. Diese Komponenten koordinieren die von den je
weils zugehörigen Komponenten Radbremsen gestellte Anforde
rungen betreffend der zu realisierenden Drücke bzw. Volumen
ströme. Die Modulationsstrategie ist wesentlicher Inhalt der
Komponente Bremskreis. Die Erzeugung zusätzlicher benötigter
Volumenströme wird von der Komponente Pumpen angefordert. Je
nach Modulationsart fordern die Komponenten Radbremse alter
nativ Drücke oder Volumenströme an.
Die Komponente Bremskreis sorgt dafür, daß den zu einem
Kreis zusammengeschlossenen Radbremsen die erforderlichen
Hydraulikflüssigkeitsvolumina zu- bzw. abgeführt werden. Be
nötigt die Komponente Radbremse zusätzliches Volumen, stellt
sie eine Volumenstrom- oder Druckanforderung an die Kompo
nente Bremskreis. Deren Aufgabe ist es, die unabhängig von
einander gestellten Forderungen der hydraulisch gekoppelten
Bremsen zu koordinieren. Die von den Radbremsen eines Krei
ses abgebauten Volumina sind zu überwachen. Ebenso der Fül
lungsgrad der Speicherkammer, falls vorhanden. Überschüssige
Volumina sind wegzufördern. Ansteuerungen der bremskreisspe
zifischen Stellglieder (z. B. Ansaugventil, Umschaltventil)
sind vorzunehmen und von der Pumpe zu bewegende Volumenströ
me anzufordern.
Die Kommunikation der Komponente Bremskreis zeigt folgende
Beziehungen. Inhärent ist als Auftrag der Komponente Brems
kreis die Koordinierung des Volumenstroms bzw. die Druckrea
lisierung vorgesehen, so daß beide Komponenten Radbremse,
die diesem Bremskreis zugeordnet sind, ihre Aufgaben erfül
len können. Als Anforderungen gehen dabei von den entspre
chenden Komponenten Radbremse Druck- bzw. Volumenstromsoll
werte (p[Vl|Vr|Hl|Hr], Vol/t[Vl|Vr|Hl|Hr]) zur Realisierung
der Sollradbremsmomente ein, die intern an die Komponente
Druckaufbau weitergeleitet werden. Die Komponente Druckauf
bau gibt eine resultierende Anforderung Vol/t_Dauf bezüglich
des Volumenstroms an die Komponente Druckmodulation weiter.
Diese Komponente hat als inhärenten Auftrag, diese Anforde
rung gleichzeitig mit der Volumenstrom-Anforderung der Kom
ponente Rückförderung zu erfüllen. Sie gibt dazu als Anfor
derung an die Komponente Pumpen den zur Radbremsmomentenrea
lisierung bereitzustellenden Volumenstrom Vol/t_Pu zu reali
sieren, und beauftragt die Ventilsteuerungen mit der Ein
stellung jeweils eines bestimmten Drucks bzw. Volumenstroms.
Eine Komponente Rückförderung hat den inhärenten Auftrag,
die beim Druckabbau wegzufördernden Volumina zu steuern. Da
zu werden über Abfragen an die Radbremskomponenten die abzu
bauenden Volumina VolAbbau ermittelt, ggf. der Füllungsgrad
einer Speicherkammer überwacht, und eine resultierende An
forderung über den einzustellenden Volumenstrom an die Kom
ponente Druckmodulation weitergegeben. Letztere setzt diese
Anforderung dann in eine eigene Anforderung an die Komponen
te Pumpen um.
In Fig. 9 schließlich ist die Detaillierung der zum Ausfüh
rungsbeispiel einer hydraulischen Bremsanlage gehörenden
Komponente Pumpen dargestellt. Diese Komponente umfaßt die
Ansteuerung der Hydraulikpumpe(n). Diese bedienen die Anfor
derungen beider Bremskreise sowie des Bremswunsches bezüg
lich gewünschter Volumenströme. Bei ABSR-Systemen gibt es
nur die Rückförderpumpe, bei Fahrerdynamikregelsystemen ge
gebenenfalls zusätzlich eine Vorladepumpe. Die Komponente
besteht aus Pumpenkoordinator, Rückförderpumpensteuerung und
Vorladepumpensteuerung. Der inhärente Auftrag ist, die er
forderlichen Hydraulikvolumina zu fördern zur Druckmodulati
on in den Bremskreisen sowie zur Erzeugung einer Pedalrück
wirkung für den Fahrer. Zweck kann zum einen saugseitig ein
Druckabbau oder andererseits ein Druckaufbau sein. Für die
abgestimmte Ventilansteuerung innerhalb der Bremskreise sor
gen die Komponenten Bremskreis selbst. Die Kopplung der
Bremskreise wird damit an einer Stelle in der Struktur, näm
lich der Komponente Pumpen, berücksichtigt. Um dem Fahrer
ein Dosieren des Bremswunsches zu ermöglichen, muß am Brems
pedal eine Gegenkraft wirken, ansonsten fiele das Pedal
durch. Daher ist Volumen in den Hauptbremszylinder zu för
dern.
Fig. 9 zeigt als eingehende Kommunikationsbeziehung der
Komponente Pumpen die Anforderung von der Komponente Brems
wunsch des für die Pedalrückwirkung benötigten Volumenstro
mes Vol/t_BrW, die Anforderungen der beiden Bremskreiskompo
nenten den von den Bremskreisen benötigten Volumen
strom Vol/t[Bk1|Bk2] zur Druckmodulation zu realisieren und die
Aufträge an die Pumpensteuerungen die einzustellenden Volu
menströme gemäß dem inhärent Auftrag, so viel Volumenstrom
zu erzeugen, daß die Anforderungen erfüllt werden.
Fig. 10 gibt zusammenfassend die unterschiedlichen Kompo
nenten als Tabelle an. Die erste Detaillierungsebene stellt
die Komponente Fahrzeugbewegung dar. In der zweiten Detail
lierungsebene sind die Komponente Fahrzeugkoordinator, die
Komponente Radgrößen, die Komponente Fahrwerk und Lenkung
sowie die Komponente Vortrieb und Bremse enthalten. Die
dritte Detaillierungsebene umfaßt im Fahrzeugbewegungskoor
dinator den Fahrzeugbewegungsregler sowie der Radregler, in
der Komponente Vortrieb und Bremse den Momentenverteiler,
die Komponente Fahrerwunschlängsbewegung, die Komponenten
Vortrieb und Bremssystem. Die vierte Detaillierungsebene um
faßt bezüglich des Fahrzeugbewegungsreglers Komponenten zur
Bildung der Radregelungssollwerte und zum Sammeln der wir
kenden Momente, bezüglich der Radregelung die Radschlupfre
gelung für den Antriebsfall und die für den Bremsfall. Die
Komponente Fahrerwunschlängsbewegung umfaßt in der Detail
lierungsebene 4 die Momentenauswahl, die Verzögerungswand
lung und den ACC-Beschleunigungsregler, während in der De
taillierungsebene 4 in bezug auf die Komponente Vortrieb die
Komponenten Differential, Vortriebsleistung und Vortriebs
wunsch angeordnet sind. Letzterer ist in der Detaillie
rungsebene 5 weiter in Fahrpedal und Fahrgeschwindigkeits
regler verfeinert. Die Komponente Bremssystem ist im Bei
spiel einer hydraulischen Bremsanlage in der Detaillie
rungsebene 4 verfeinert in die Komponenten Radbremsenkoordi
nator, Radbremse, Bremskreis, Pumpen und Bremswunsch. Der
Bremskreis ist dabei in der Detaillierungsebene 5 in die
Komponenten Druckaufbau, Rückförderung, Druckmodulation, Um
schaltventilsteuerung und Ansaugventilsteuerung verfeinert,
während die Komponente Pumpen in der Detaillierungsebene 5
in Pumpenkoordinator, Rückförderpumpensteuerung und Vorlade
pumpensteuerung, wenn vorhanden, verfeinert ist. Bezüglich
der Komponente Bremswunsch ist in der Detaillierungsebene 5
die Komponente Bremspedal, Bremsassistent und Hillholder
vorgesehen, wobei die Komponente Bremspedal in der Detail
lierungsebene 6 noch die Komponente Pedalrückwirkung auf
weist.
Claims (13)
1. System zur Steuerung der Bewegung eines Fahrzeugs, wobei
wenigstens eine Komponente zur Steuerung der Fahrzeugbewe
gung vorgesehen ist, die Teil einer obersten logischen Ebene
für die Steuerung des Fahrzeugs ist, die ferner in weitere
Komponenten in darunterliegenden Detaillierungsebenen ver
feinert ist, diese Komponenten miteinander auf der Basis
vorgegebener Kommunikationsbeziehungen miteinander kommuni
zieren zum Austausch von Informationen, dadurch gekennzeich
net, daß die Komponente Fahrzeugbewegung in der darunterlie
genden Ebene wenigstens eine Komponente Vortrieb und Bremse
enthält, die in einer weiteren Ebene wenigstens in die Kom
ponente Vortrieb und in die Komponente Bremssystem aufge
teilt ist, wobei in der Komponente Vortrieb und Bremse Auf
träge bezüglich einzustellender Sollwerte gegeben werden an
die Komponente Vortrieb und an die Komponente Bremssystem
zur Steuerung des Vortriebs und des Bremssystems.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in
der Komponente Fahrzeugbewegung an die wenigstens eine Kom
ponente Vortrieb oder Bremssystem Sollwerte für die einzu
stellenden Radmomente zur Sicherstellung einer stabilen
Fahrzeugbewegung übermittelt werden.
3. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Komponente Fahrzeugbewegung einen
Koordinator aufweist, der zur Komponente Vortrieb und Bremse
als Kommunikationsbeziehung eine Auftragsbeziehung aufweist,
über die Sollradmomente vorgegeben werden und daß zwischen
der Komponente Vortrieb und Bremse und dem Koordinator eine
Anforderungsbeziehung vorhanden ist, über die Wunschradmo
mente übertragen werden.
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß zusätzlich der Komponente Vortrieb und
Bremse ein adaptiver Fahrgeschwindigkeitsregler zugeordnet
ist.
5. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Auftragsbeziehung vom Koordinator der Fahrzeugbewegung zu
einem Momentenverteiler als Teil der Komponente Vortrieb und
Bremse führt und von diesem als Aufträge für die Sollradmo
mente an die Komponenten Vortrieb und/oder Bremssystem wei
tergegeben wird.
6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Komponente Vortrieb und Bremse eine
Komponente Fahrerwunschlängsbewegung zugeordnet ist, welche
das Wunschradmoment ermittelt aus den von den Komponenten
Vortrieb, Bremssystem und/oder adaptiver Fahrgeschwindig
keitsregler übermittelten Wunschvortriebsmomenten bzw.
Wunschbeschleunigungen.
7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Fahrzeugbewegungskoordinator einen
Fahrzeugbewegungsregler sowie einen Radregler umfaßt.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Fahrzeugbewegungsregler Sollradmomente als Aufträge an die
Komponente Vortrieb und Bremse abgibt, ferner Anforderungen
an den Radregler bezüglich des Radschlupfes bzw. der Achs
differenzdrehzahlen übermittelt und vom Radregler Radsollmo
mente für den Antriebs- und/oder Bremsfall empfängt.
9. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Radregler eine Radschlupfregelung für den Antriebsfall und
eine Radschlupfregelung für den Bremsfall umfaßt.
10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Komponente Vortrieb in einer weite
ren Ebene in Differential, Vortriebsleistung und Vortriebs
wunsch verfeinert ist, wobei die Sollradmomente in eine Soll
leistung umgesetzt werden, die von der Komponente Vortriebs
leistung als Antriebsleistung vom Fahrzeugkoordinator ange
fordert wird.
11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Komponente Bremssystem die Steuerung
der Radbremsen auf der Basis der vom Momentenverteiler zuge
führten Radsollmomente durchführt.
12. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Komponente Fahrzeugbewegung eine
Komponente Lenkung umfaßt, die zur Komponente Fahrzeugbewe
gungskoordinator als Kommunikationsbeziehung eine Anforde
rungsbeziehung bezüglich eines einzustellenden Lenkwunsches
aufweist, und vom Koordinator einen Auftrag über die tat
sächlich zu realisierende Lenkansteuerung erhält.
13. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Komponente Fahrzeugbewegung eine
Komponente Fahrwerk umfaßt, die zur Komponente Fahrzeugbewe
gungskoordinator als Kommunikationsbeziehung eine Anforde
rungsbeziehung bezüglich eines einzustellenden Fahrwerk-
Wunschverhaltens aufweist, und vom Koordinator einen Auftrag
über die tatsächlich zu realisierende Fahrwerkansteuerung
erhält.
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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