DE4208141C2

DE4208141C2 - Antiblockiersystem für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE4208141C2
Application number: DE4208141A
Authority: DE
Inventors: Kousaku Shimada; Shigeru Horikoshi; Tatsuhiko Monji; Hayato Sugawara
Original assignee: Hitachi Automotive Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1991-03-20
Filing date: 1992-03-13
Publication date: 2000-07-13
Anticipated expiration: 2012-03-14
Also published as: KR920017892A; JPH04292250A; US5207483A; KR100234834B1; DE4208141A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Antiblockiersystem (ABS) für Kraftfahrzeuge der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 an gegebenen Gattung.

Bei einfachen herkömmlichen Antiblockiersystemen wird der den Radbremszylindern zugeführte Bremsdruck über mindestens ein Ventil in kurzen Intervallen abgesenkt, um beim Abbrem sen des Fahrzeugs auf einer glatten Fahrbahn ein Blockieren der Räder zu vermeiden. Wenn jedoch die Reibungskoeffizien ten der Fahrbahn an den linken und den rechten Fahrzeugrä dern verschieden sind, wird durch den ungleichen Radschlupf an den linken und rechten Rädern und durch die Differenz der an den linken und rechten Räder wirksamen Bremskräfte ein Giermoment erzeugt, das zum seitlichen Ausbrechen und ggf. Schleudern des Fahrzeugs führen kann. Da ferner bei diesen Antiblockiersystemen auf Fahrbahnen mit unterschied lichen Reibungskoeffizienten µ an den linken und rechten Rädern der niedrige Bremsdruck für das zum Blockieren nei gende Hinterrad als Systemdruck für alle Fahrzeugräder ge wählt wird, ist die Bremswirkung insgesamt verringert, wo durch sich der Bremsweg verlängert.

Aus der JP 1-208256 A ein ABS-System bekannt, bei wel chem bei Auftreten eines instabilen Zustandes mit hoher Giergeschwindigkeit das Soll-Schlupfverhältnis der Hinter räder abgesenkt und umgekehrt bei Auftreten einer unzurei chenden Lenkbarkeit das Soll-Schlupfverhältnis der Vorder räder abgesenkt wird, um die Seitenführungskräfte zu erhö hen.

Bei einem aus der JP 63-106168 A bekannten System wird der Soll-Radschlupf für die linken und die rechten Räder ent sprechend den unterschiedlichen Reibungskoeffizienten µ der Fahrbahn festgelegt.

In den genannten Systemen des Standes der Technik wird ent weder die Bremswirkung des Bremssystems oder die Fahrstabi lität beeinflußt, wobei je nach dem Bremszustand des Fahr zeugs der Schwerpunkt entweder auf die Bremsleistung oder auf die Erhaltung der Fahrstabilität gelegt wird. Mit kei nem dieser Regelungssysteme kann sowohl eine gute Bremswir kung als auch eine gute Fahrstabilität erzielt werden.

Selbst wenn bei der Regelung die Fahrstabilität im Vorder grund steht, wird mit diesen bekannten Einrichtungen die Ungleichheit der Bremskräfte an den linken und rechten Rä dern aufgrund der unterschiedlichen Reibungskoeffizienten µ der Fahrbahn nicht kompensiert. Daher kann eine solche her kömmliche Regelung die Ungleichheit zwischen den Bremskräf ten lediglich verringern.

Aus der DE 39 19 347 A1 ist ein gattungsgemäßes Bremssystem mit zwei Bewegungssensoren bekannt, mit welchem eine Gier bewegung eines auf glatter Fahrbahn fahrenden Fahrzeugs durch Einwirkung auf das Antiblockiersystem des Fahrzeugs verhindert werden soll. Als Steuerparameter für die Schleu der-Regelung wird eine Gier-Winkel-Geschwindigkeit (Grad/s) verwendet, die von den beiden Sensoren oder einem Gyro-In strument erfaßt wird. Die am Fahrzeug wirksame Gier-Winkel- Geschwindigkeit wird aus der Differenz zwischen den Ge schwindigkeitswerten der Ausgangssignale der beiden Senso ren berechnet. Erst wenn in diesem System die Gier-Winkel- Geschwindigkeit einen vorbestimmten Wert erreicht, beginnt die Steuerung der Bremskräfte des rechten und linken Brems systems zur Verminderung dieser - bereits meßbar vorhande nen - Gier-Winkel-Geschwindigkeit. Nachteilig bei diesem bekannten System ist somit sein Ansprechverhalten, das eine Reaktion auf die - in der Regel ja sehr plötzlich auftre tenden - Gierbewegungen des Fahrzeugs erst dann ermöglicht, wenn diese einen vorgegebenen Wert erreicht bzw. über schritten haben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Antiblockiersystem für Kraftfahrzeuge zu schaffen, mit dem unterschiedliche Brems kräfte auf einer Fahrbahn mit unterschiedlichen Reibungs koeffizienten kompensiert werden, um gleichzeitig eine gute Fahrstabilität und eine gute Bremswirkung zu erzielen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebe nen Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße ABS-System erfaßt die Gierwinkelbe schleunigung des Fahrzeugs und paßt das Schlupfverhältnis zwischen linken und rechten Rädern so an, daß die Gierwin kelbeschleunigung verringert wird.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist das ABS mit einer Ausfallsicherung versehen, die einen Defekt der Beschleuni gungssensoren feststellt und diesen durch Einschalten einer Warnlampe anzeigt. Zu diesem Zweck wird die Gierwinkelbe schleunigung während des normalen ungebremsten Fahrbetriebs nicht nur durch die Beschleunigungssensoren, sondern zu sätzlich aus der Differenz der erfaßten Drehgeschwindigkei ten des rechten und linken nicht angetriebenen Rades durch Differentation berechnet. Wenn die Differenz der beiden Gierwinkelbeschleunigungen während einer vorgegebenen Dauer über einem vorgegebenen Grenzwert liegt, ist zumindest ei ner der Gierwinkelbeschleunigungssensoren ausgefallen, was mit der Warnlampe angezeigt wird und eine Beendigung der Schlupfverhältnisregelung zur Folge hat.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin dung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Er findung anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsge mäßen ABS-Systems;

Fig. 2A, 2B graphische Tabellen für die Soll-Schlupfwerte im ABS der Fig. 1;

Fig. 3A, 3B schematisch die Anordnung der Beschleunigungs sensoren im Fahrzeug;

Fig. 4 eine schematische Darstellung der auf ein Fahr zeug einwirkenden Giermomente;

Fig. 5 die µ-S-τ-Kennlinien eines Bremssystems;

Fig. 6A, 6B Flußdiagramme einer Routine zur Berechnung der Gierwinkelbeschleunigung;

Fig. 7 ein Flußdiagramm zur Berechnung der Soll- Schlupfwerte;

Fig. 8 ein Flußdiagramm der Verarbeitung der Radge schwindigkeitsregelung;

Fig. 9 ein regelungstechnisches Blockschaltbild der Funktionen des ABS nach Fig. 1;

Fig. 10 eine graphische Darstellung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen ABS;

Fig. 11 einen Graphen für den Vergleich der vom Be schleunigungssensor erfaßten Gierwinkelbe schleunigung mit der von einem Kreiselkompaß erfaßten Gierwinkelbeschleunigung;

Fig. 12 ein Flußdiagramm der Verarbeitung der Ableitung der Betriebsgröße bei Anwendung des erfindungs gemäßen ABS in einem Fahrzeug mit Vierradlen kung;

Fig. 13A eine schematische Darstellung der Gierbewegung eines auf einer Fahrbahn mit unterschiedlichen Reibungskoeffizienten µ fahrenden Fahrzeugs;

Fig. 13B graphisch einen Vergleich der Wirkungen des er findungsgemäßen ABS mit einer herkömmlichen Bremskraftregelung;

Fig. 14 ein Blockschaltbild einer in ein Ausfallsicher heitssystem eingebauten Steuerschaltung; und

Fig. 15 ein Flußdiagramm der Verarbeitung zur Ausfall überwachung.

Nach Fig. 1 sind an jedem Fahrzeugrad 1a bis 1d ein Rad bremszylinder 2a bis 2d und je ein Drehgeschwindigkeitssen sor 3a bis 3d vorgesehen. Der in den Radbremszylindern 2a bis 2d aufzubauende Bremsfluiddruck wird durch Niederdrüc ken eines Bremspedals 10 in einem Hauptbremszylinder 4 er zeugt und über eine Hydraulikeinheit 5 an die jeweiligen Radbremszylinder 2a bis 2d übertragen.

Die Hydraulikeinheit 5 weist elektromagnetische Drei-Wege- Stellventile 5a bis 5d auf, die zwischen einem Beaufschla gungszustand, einem Blockierzustand und einem Entlastungs zustand schalten und durch Steuersignale von einer einen Mikrocomputer enthaltenden Steuereinheit 6 gesteuert wer den. Die Steuereinheit 6 ist mit den Drehgeschwindigkeits sensoren 3a bis 3d, einem Lenkwinkelsensor 8 zum Erfassen der Winkelposition eines Lenkrades 9, einem Winkelgeschwin digkeitssensor 7 zum Erfassen der Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs, und mit Beschleunigungssensoren 11a und 11b zur Erfassung der auf das Fahrzeug einwirkenden Längs- und Querbeschleunigungen verbunden, aus deren Signalen die Steuereinheit 6 die Steuersignale für die elektromagneti schen Stellventile 5a bis 5d erzeugt.

Die elektromagnetischen Dreiwegeventile 5a bis 5d können in einer Betriebsstellung den im Hauptbremszylinder 4 erzeug ten Fluiddruck unverändert übertragen, wenn der Steuerstrom für die Ventile unterbrochen ist, die in einer zweiten Be triebsstellung die Fluidverbindung unterbrechen, so daß der Bremsfluiddruck in den Radbremszylindern 2a bis 2d konstant bleibt, wenn in die Ventile der Steuerstrom Ia (A) fließt, und in einer dritten Betriebsstellung den Bremsdruck in den Radbremszylindern 2a bis 2d verringern, wenn der Steuer strom Ib (A) in die Steilventile 5a bis 5d fließt.

Die von den Drehgeschwindigkeitssensoren 3a bis 3d erfaßten jeweiligen Radgeschwindigkeiten werden wie folgt bezeich net:
V_fr: Geschwindigkeit des rechten Vorderrades 1a
V_fl: Geschwindigkeit des linken Vorderrades 1b
V_rr: Geschwindigkeit des rechten Hinterrades 1c
V_rl: Geschwindigkeit des linken Hinterrades 1d.

Die Schlupfverhältnisse an den jeweiligen Rädern können folgendermaßen ausgedrückt werden:
S_fr = (V - V_fr)/V: Schlupfverhältnis des rechten Vorderrades,
S_fl = (V - V_fl)/V: Schlupfverhältnis des linken Vorderrades,
S_rr = (V - V_rr)/V: Schlupfverhältnis des rechten Hinterrades, und
S_rl = (V - V_rl)/V: Schlupfverhältnis des linken Hinterrades.

In Fig. 5 ist eine Beziehung zwischen dem Reibungskoeffizi enten µ und dem Radschlupfverhätnis S als µ-S-Kennlinie ge zeigt. Um den maximalen Reibungskoeffizienten µ zu erhal ten, wird das Schlupfverhältnis S an jedem Rad auf einen Wert von etwa 0,2 gesetzt. Wenn die Schlupfverhältnisse ei niger oder aller Räder übermäßig groß werden, wird über die Stellventile 5a bis 5d der Bremsdruck in den einzelnen Rad bremszylindern 2a bis 2d abgesenkt, wodurch die jeweilige Radgeschwindigkeit ansteigt und sich das Schlupfverhältnis verkleinert.

Wenn andererseits die Schlupfverhältnisse zu klein werden, wird der Bremsdruck in den jeweiligen Radbremszylindern 2a bis 2d erhöht, um ein erhöhtes Bremsdrehmoment an die Räder anzulegen und die Schlupfverhältnisse zu erhöhen.

Durch wiederholte Änderungen des Bremsdrucks in den Rad bremszylindern 2a bis 2d werden die Schlupfverhältnisse der einzelnen Räder dem vorgegebenen Soll-Wert angenähert, wo durch eine optimale Bremskraft erzielt wird. Zusätzlich er höht sich die Bremsstabilität ohne Verminderung der Seiten führungskräfte.

Die Bremskräfte an den jeweiligen Rädern 1a bis 1d werden folgendermaßen bezeichnet:
F_fr: Bremskraft am rechten Vorderrad 1a,
F_fl: Bremskraft am linken Vorderrad 1b,
F_rr: Bremskraft am rechten Hinterrad 1c, und
F_rl: Bremskraft am linken Hinterrad 1d.

Wenn die vertikalen Belastungen W_f und W_r der linken bzw. rechten Vorder- und Hinterräder 1a bis 1d und auch die Rei bungskoeffizienten µ an den jeweiligen Rädern gleich sind, gelten die folgenden Gleichungen:
F_fl = F_fr = µ . W_fF_rl = F_rr = µ . W_r.

Da in diesem Fall die Bremskräfte an den linken und an den rechten Rädern gleich sind, wird kein Drehmoment um den Schwerpunkt des Fahrzeugs (Schleuder- oder Giermoment) er zeugt, so daß die Fahrstabilität nicht beeinflußt wird.

Wenn jedoch beispielsweise der Reibungskoeffizient µ_r an den rechten Rädern größer als der Reibungskoeffizient µ_l an den linken Rädern ist, d. h. µ_r < µ_l, Fig. 4, gelten die folgenden Beziehungen:
F_fr = µ_r . W_f < F_fl = µ_l . W_f,
F_rr = µ_r . W_r < F_rl = µ_l . W_r.

Da außerdem während des Bremsvorgangs die Belastung W_f der Vorderräder größer als die Belastung W_r der Hinterräder ist, gilt: F_fr < F_rr und F_fl < F_rl. Daher kann das Giermoment Mb um den Schwerpunkt folgendermaßen ausgedrückt werden:

Mb = b_r(F_fr + F_rr) - b_l(F_fl + F_rl) = l_f(C_fr + C_fl) - l_r(C_rr + C_rl)

Hierbei sind C_fr, C_fl, C_rr und C_rl die Seitenführungskräfte am rechten bzw. linken Vorderrad, sowie am rechten bzw. linken Hinterrad. Der maximale Wert jeder Seitenführungs kraft ist kleiner oder gleich der in Fig. 5 gezeigten Sei tenführungskraft τ.

Wenn

Mb = b_r(F_fr + F_rr) - b_l(F_fl + F_rl) < l_f(C_fr + C_fl) - l_r(C_rr + C_rl).

ist, wird das durch die Bremskraftdifferenz zwischen den linken und den rechten Rädern erzeugte Moment durch die Seitenführungskräfte der Reifen kompensiert.

Bei einer zunehmenden Differenz der Reibungskoeffizienten zwischen den linken und den rechten Rädern übersteigt das Giermoment gemäß der Beziehung

Mb = b_r(F_fr + F_rr) - b_l(F_fl + F_rr) < l_f(C_fr + C_fl) - l_r(C_rr + C_rl)

die Seitenführungskraft der Fahrzeugräder, so daß das Fahr zeug eine Gierbewegung ausführt, d. h. seitlich ausbricht bzw. schleudert.

Diese Gierbewegung wird nur durch den Zustand der Fahrbahn und unabhängig von einem Lenkvorgang des Fahrers hervorge rufen und tritt in der Regel unerwartet auf, so daß sie durch sog. Gegenlenken häufig nicht kompensiert werden kann.

Daher wird erfindungsgemäß das Giermoment als Gierwinkelbe schleunigung erfaßt, um die Ungleichheit zwischen den Bremskräften positiv zu kompensieren, indem die Soll- Schlupfverhältnisse zwischen den linken und den rechten Rä dern angepaßt werden.

Zur Erfassung der Gierwinkelbeschleunigung werden die in Fig. 3A und 3B dargestellten Paare von Beschleunigungssen soren 11a bis 11d verwendet. Auf der Grundlage der beiden gemessenen Beschleunigungswerte wird durch Differenzbildung die Gierwinkelbeschleunigung berechnet. Wenn auf die Senso ren 11a und 11b gegensinnige Beschleunigungen wirken, gilt für die wirksame Beschleunigung G(dω/dt):

G(dω/dt) = (L/2) . dω/dt (1),

wobei: L der Abstand zwischen den Beschleunigungssensoren 11a und 11b; und
dω/dt die Gierwinkelbeschleunigung ist.

Da die vom entsprechenden Beschleunigungssensor erfaßte Be schleunigung auch die Komponente der Längsbeschleunigung G_B im Schwerpunkt enthält, kann die Beschleunigung folgender maßen ausgedrückt werden:

G₁ = G_B + (L/2) dω/dt,

wobei G₁ die Beschleunigung im Meßpunkt des Beschleuni gungssensors 11a; und
G_B die Längsbeschleunigung im Schwerpunkt ist.

Da im Meßpunkt des Beschleunigungssensors 11b lediglich das Vorzeichen der zweiten Komponente umgekehrt ist, gilt:

G₂ = G_B - (L/2) dω/dt.

Daraus kann die Gierwinkelbeschleunigung dω/dt unter Ver wendung der Meßwerte G₁ und G₂ durch die folgende Gleichung abgeleitet werden:

dω/dt = (G₁ - G₂)/L (2).

Die Bestimmung der Gierwinkelbeschleunigung dω/dt erfolgt nach einem der in der Steuereinheit 6 abgelegten Programme gemäß Fig. 6A bzw. 6B.

Bei dem Antiblockiersystem wird die Differenz zwischen der erfaßten Gierbeschleunigung dω/dt und einer der Lenkwin kelgeschwindigkeit entsprechenden Lenk-Gierbeschleunigung dω/dt_R berechnet. Da bekanntermaßen die sekundäre Verzöge rungskomponente der Lenkwinkelgeschwindigkeit dθ/dt der durch den Lenkvorgang erzeugten Gierwinkelbeschleunigung proportional ist, kann durch die Erzeugung der proportiona len Komponente in einem Block 91 und der sekundären Verzö gerungskomponente in einem Block 92 auf der Grundlage der Lenkwinkelgeschwindigkeit dθ/dt die entsprechende Lenk- bzw. Lenk-Gierwinkel-Beschleunigung dω/dt_R bestimmt werden.

Diese Gierwinkelbeschleunigung dω/dt_R wird von der nach Fig. 6A oder 6B bestimmten Gierwinkelbeschleunigung dω/dt der Fahrzeugkarosserie subtrahiert um die Differenz β zu erhalten.

Auf der Grundlage dieser Gierwinkelbeschleunigungsdifferenz β werden in den Blöcken 93, 94, 95 und 96 die Soll-Schlupf verhältnisse S_frt, S_flt, S_rrt bzw. S_rlt der jeweiligen Räder ermittelt und zwar anhand von in Fig. 2A und 2B gezeigten Tabellen, in denen die Soll-Schlupfverhältnisse für vorge gebene Differenzwerte β enthalten sind.

In den Blöcken 97a bis 97d werden auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit V, der Soll-Schlupfverhältnisse S_frt, S_flt, S_rrt und S_rlt und der Radgeschwindigkeiten V_fr, V_fl, V_rr und V_rl die Soll-Radgeschwindigkeiten V_frt, V_flt, V_rrt und V_rlt wie folgt berechnet:

V_frt = V . (1 - S_frt) (3),
V_flt = V . (1 - S_flt) (4),
V_rrt = V . (1 - S_rrt) (5),
V_rlt = V . (1 - S_rlt) (6).

Auf der Grundlage der Differenz zwischen den Soll-Radge schwindigkeiten V_frt, V_flt, V_rrt und V_rlt und den Ist-Radge schwindigkeiten V_fr, V_fl, V_rr und V_rl werden die Betriebsar ten der jeweiligen elektromagnetischen Stellventile 5a bis 5d zwischen der ERHÖHUNGS-Betriebsart, der HALTE-Betriebs art und der ENTLASTUNGS-Betriebsart ausgewählt.

In dem Flußdiagramm von Fig. 7 entspricht der Schritt 701 dem Block 91, der Schritt 705 dem Block 92 und der Schritt 707 den Blöcken 93, 94, 95 und 96 jeweils in Fig. 9.

In dem Flußdiagramm nach Fig. 7 bilden die Schritte 701 bis 703 eine Funktionsabfolge zur Ableitung eines differenzier ten Signals dθ/dt der Lenkwinkelposition θ. Im Schritt 701 wird ein Signal vom Lenkwinkelsensor 8 ausgelesen und im Schritt 702 differenziert. Im Schritt 703 werden die Daten aktualisiert, indem sie für die Verwendung im nächsten Be rechnungszyklus verschoben werden.

Im Schritt 704 wird mittels einer Nachschlagtabelle eine Soll-Winkelbeschleunigung dω/dt_T abgeleitet. Diese Tabelle ist im Block 91 von Fig. 9 erläutert und zur Lenkwinkelge schwindigkeit dθ/dt proportional. Wie aus dem Block 91 von Fig. 9 ersichtlich, sind für den linken und den rechten Einschlagwinkel obere Grenzen vorgesehen. Im Schritt 704 (der dem Block 92 in Fig. 9 entspricht) wird ein zur Lenk winkelgeschwindigkeit proportionales, nach rechts gerichte tes Gierwinkelbeschleunigungssignal dω/dt_R abgeleitet, wenn ein Lenkvorgang nach rechts ausgeführt wird. Umgekehrt wird ein nach links gerichtetes Gierwinkelbeschleunigungssignal, das ebenfalls zur Lenkwinkelgeschwindigkeit proportional ist, abgeleitet, wenn ein Lenkvorgang nach links ausgeführt wird.

Im praktischen Fahrbetrieb wird die Gierwinkelbeschleuni gung jedoch nicht unmittelbar nach dem Lenkvorgang erzeugt. Daher wird im Schritt 705 ein Verzögerungselement wie etwa ein sekundäres Verzögerungselement vorgesehen.

Die so abgeleitete Referenz-Gierwinkelbeschleunigung dω/dt_R wird mit der tatsächlich erfaßten Gierwinkelbeschleunigung dω/dt verglichen, um eine Differenz zwischen diesen Größen zu erhalten, die als Gierwinkelbeschleunigungsdifferenz β dient.

Dann wird die Tabelle abgerufen, um in einem Schritt 707 für jedes der Räder das Soll-Schlupfverhätnis abzuleiten. Die bei dieser Verarbeitung verwendeten Tabellen sind in den Blöcken 93 bis 96 in Fig. 9 und in den Fig. 2A und 2B gezeigt. Die Tabellennachschlagoperation wird für die Soll- Schlupfverhältnisse S_frt, S_flt, S_rrt und S_rlt ausgeführt. Im wesentlichen ist die gezeigte Tabelle so beschaffen, daß das Soll-Schlupfverhältnis abnimmt, wenn eine Gierwinkelbe schleunigung, die größer als die Referenz-Gierwinkelbe schleunigung dω/dt_R ist, erzeugt wird. Wie in Fig. 5 ge zeigt, hat dies zur Folge, daß das Soll-Schlupfverhältnis für die rechten Räder, das auf einen Wert in der Umgebung von 0,2 gesetzt ist, auf einen Wert abgesenkt wird, der kleiner oder gleich 0,1 ist, um den Reibungskoeffizienten µ zu verringern, wodurch ein Giermoment nach links erzeugt wird.

Die Steuerung jedes Rades nach dem Soll-Schlupfverhältnis wird mit Bezug auf Fig. 10 und das rechte Vorderrad (Index fr) beschrieben, in welcher der Steuerbetrieb der Radge schwindigkeit V_fr auf die Soll-Radgeschwindigkeit V_frt, die anhand des Soll-Schlupfverhältnisses S_frt durch Berechnung der obigen Gleichung (3) abgeleitet wird, gezeigt ist, wo bei A bis D Betriebszustände des Hydraulikventils bezeich nen:

Zustand A

Die Radbeschleunigung G_fr ist kleiner G_L; der Bremsdruck bleibt konstant (HALTE-Betriebsart);

Zustand B

Die Radgeschwindigkeit V_fr ist kleiner als die Soll- Radgeschwindigkeit V_frt; der Bremsdruck wird vermindert (ENTLASTUNGS-Betriebsart);

Zustand C

Die Radbeschleunigung G_fr ist größer G_H; der Bremsdruck bleibt konstant (HALTE-Betriebsart); und

Zustand D

Der Zustand ist von den Zustanden A bis C verschieden, so daß der Bremsfluiddruck erhöht wird (BEAUFSCHLAGUNGS- Betriebsart).

In den oben erwähnten Zuständen A bis D bezeichnen G_L und G_H einen unteren bzw. einen oberen Referenzpegel, die mit der Beschleunigung G verglichen werden.

Die in Fig. 8 gezeigte Steuerungsverarbeitung wird entspre chend den oben erwähnten Zuständen in vorgegebenen Inter vallen Δt (z. B. 10 ms) periodisch ausgeführt. Zunächst wird im Schritt 801 die Soll-Radgeschwindigkeit berechnet. Dann wird im Schritt 802 unter Verwendung der im vorhergehenden Rechenzyklus erhaltenen Radgeschwindigkeit V_fr die Radbe schleunigung berechnet. In den Schritten 803 und 804 wird beurteilt, ob der momentane Zustand mit dem Zustand B oder mit dem Zustand A von Fig. 10 übereinstimmt. Wenn der mo mentane Zustand mit keinem der Zustände A bis C überein stimmt, wird festgestellt, daß der momentane Zustand D vor liegt, so daß die elektromagnetischen Ventile in der BEAUFSCHLAGUNGS-Betriebsart betrieben und der Bremsdruck erhöht wird.

In den Blöcken 97b bis 97d in Fig. 9 werden entsprechende Prozesse ausgeführt, um die jeweiligen Radgeschwindigkeiten V_fl, V_rr und V_rl an die Soll-Radgeschwindigkeiten V_flt, V_rrt bzw. V_rlt anzupassen. Die obigen Prozesse und Berechnungen werden vom Mikrocomputer in der Steuereinheit 6 ausgeführt.

Wenn z. B. bei einer sog. Vollbremsung in den Radbremszylin dern 2a bis 2d plötzlich ein übermäßiger Bremsfluiddruck aufgebaut wird, kann dieser Bremsfluiddruck in Abhängigkeit vom Radschlupf so gesteuert werden, daß die Bremskraft ohne Blockieren der Räder den optimalen Wert besitzt. Zusätzlich wird bei einem Bremsvorgang auf einer Fahrbahn mit unter schiedlichen Reibungskoeffizienten µ die durch die unter schiedlichen Bremskräfte zwischen den linken und an den rechten Rädern verursachte Gierbewegung durch Berücksichti gung der Soll-Schlupfverhältnisse S_frt, S_flt, S_rrt und S_rlt für die linken und rechten Räder erfolgreich kompensiert, wo durch plötzliche Schwankungen der Gierwinkelgeschwindigkeit verhindert und zufriedenstellende Bremsleistungen sowie gu te Fahrstabilität erzielt werden. Durch direktes Erfassen der Gierbeschleunigung und die gesonderte Steuerung der Schlupfverhältnisse der einzelnen Räder werden Gierbewegun gen des Kraftfahrzeugs unterdrückt, bevor die Giergeschwin digkeit anwächst.

Zur Erfassung des Fahrzeugverhaltens und der Fahrzeugbewe gung sind aus JP-A-64-16912 ein Schwingungs-Gyrometer und aus JP-A-64-1906 ein Lichtleitfaser-Gyrometer bekannt, die im erfindungsgemäßen Antiblockiersystem zum Erfassen der Gierbeschleunigung verwendet werden können. Für privat ge nutzte Kraftfahrzeuge sind solche Gyrometer allerdings zu teuer, so daß erfindungsgemäß kostengünstige Beschleuni gungssensoren von einfacher Konstruktion verwendet werden.

Es wird darauf hingewiesen, daß die obige Aussage auch dann gilt, wenn die Anbringungspositionen der Beschleunigungs sensoren in Fig. 3A in Drehrichtung um 90° verschoben sind.

In den Fig. 3A und 3B sind eine Draufsicht bzw. eine Rück ansicht zur Erläuterung der praktischen Anordnung zweier Paare von Beschleunigungssensoren 11a und 11b bzw. 11c und 11d gezeigt. Die Gierwinkelbeschleunigung, die durch die so angeordneten Beschleunigungssensoren und durch die oben be schriebene Verarbeitung abgeleitet wird, stimmt ungefähr mit dem differenzierten Wert des vom Gyrometer erfaßten Wertes überein, wie in Fig. 11 vergleichend dargestellt ist.

In Fig. 12 ist ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Prozes ses der Ableitung der Betriebsgröße bei einem Fahrzeug mit Vierradlenkung (4WS) gezeigt. Die gezeigte Routine beginnt jeweils nach einem gegebenen Zeitintervall von beispiels weise 5 ms. Zunächst wird vom Radgeschwindigkeitssensor die Radgeschwindigkeit ausgelesen (Schritt 81). Dann wird im Schritt 82 aus dem Lenkwinkelsensor der Lenkwinkel θ_f aus gelesen und in digitale Daten umgesetzt. Gleichzeitig wird außerdem ein differenzierter Wert des Lenkwinkels θ_f er rechnet. Im Schritt 83 wird auf der Grundlage der Fahrzeug geschwindigkeit V, des Lenkwinkels θ_f und des differenzier ten Lenkwinkels dθ_f/dt die Soll-Gierbeschleunigung dω_T/dt abgeleitet. Im Schritt 84 wird anhand des Ausgangssignals der Beschleunigungssensoren 21a und 21b die Gierwinkelbe schleunigung dω_s/dt bestimmt. Dann wird im Schritt 85 die Differenz Δ(dω/dt) = dω_T/dt - dω_s/dt berechnet. Auf deren Grundlage wird die Stellgröße θ_r abgeleitet, um die Steuer einheit 5 zu steuern (Schritt 86).

Die Wirkung der vorstehend beschriebenen Brems- und Gier winkel-Regelung ist in den Fig. 13A und 13B gezeigt. Es wird angenommen, daß ein Fahrzeug bei Betätigung der Bremse auf einer Fahrbahn mit unterschiedlichen Reibungskoeffizi enten µ eine in Fig. 13A gezeigte Gierbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn ausführt. Die Gierwinkelgeschwindigkeit und der Winkel zwischen der Fahrzeuglängsachse und der Fahrt richtung während der Gierbewegung sind für den Stand der Technik in Fig. 13B in durchgezogenen Linien 91 und 92 ge zeigt. Die Gierwinkelgeschwindigkeit und der Winkel zwi schen der Fahrzeuglängsachse und der Fahrtrichtung für das erfindungsgemäße ABS sind in Fig. 13B in unterbrochenen Li nien 93 und 94 gezeigt.

Obgleich bei dem vorstehend beschriebenen ABS die Gierwin kelbeschleunigung erfaßt und an einen Soll-Wert angeglichen wird, kann die Gierwinkelbeschleunigung auch durch ihre In tegration in eine Gierwinkelgeschwindigkeit umgewandelt werden und die Regelung dann auf der Grundlage der Gierwin kelgeschwindigkeiten arbeiten. Die Datenverarbeitung ent spricht im wesentlichen derjenigen, die auf der Gierwinkel beschleunigung basiert.

Zur Steuerung der Gierbewegung eines Kraftfahrzeugs auf der Grundlage der Gierwinkelgeschwindigkeit und der Gierwinkel beschleunigung sind ein aktives Radaufhängungssteuersystem, ein Vierradlenksystem (4WS), ein Bremssystem, ein Trakti onssteuersystem (TCS) und dergleichen bekannt. In derarti gen Systemen können bei der normalen Steuerung der Fahr zeugbewegung Schwierigkeiten auftreten, wenn in den Senso ren für die Erfassung der Gierwinkelgeschwindigkeit oder der Gierwinkelbeschleunigung ein Defekt auftritt. Nach der JP-A-1-208256 wird eine vom Fahrer nicht beabsichtigte oder nicht angeforderte Giergeschwindigkeit erfaßt und beur teilt, ob ein abnormaler Zustand des Lenkbetriebs vorliegt. In diesem Fall wird das Schlupfverhältnis für die Vorderrä der abgesenkt und die Lenkwirkung unter Verringerung der Bremskraft wiederhergestellt.

Bei diesem Stand der Technik besteht das Problem, daß durch Verlängerung des Bremsweges eine zufriedenstellende Verzö gerung des Fahrzeugs nicht erhalten werden kann, obwohl die Bremskraft aufrechterhalten wird. Der Grund hierfür besteht darin, daß der Ausfall der Sensoren nicht direkt erfaßt wird und daß in Abhängigkeit davon, ob eine nicht beabsich tigte Giergeschwindigkeit erzeugt wird oder nicht, eine Steuerung ausgeführt wird.

In dem gezeigten erfindungsgemäßen Ausfallsicherungssystem wird der Betrieb der Sensoren zum Erfassen der Gierge schwindigkeit oder der Gierwinkelbeschleunigung ständig überwacht, um bei Auftreten eines Defekts das Gierbewe gungs-Steuersystem abzuschalten.

In Fig. 14 ist ein Ausfallsicherungssystem in Verbindung mit der Eingangs- und Ausgangsstruktur der Steuereinheit 6 gezeigt, wobei die in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen be zeichneten Komponenten nicht erneut beschrieben werden. Die Steuereinheit 6 empfängt von den Radgeschwindigkeitssenso ren 3a bis 3d Radgeschwindigkeitsdaten, von den Gierwinkel beschleunigungssensoren 11a und 11b Gierwinkelbeschleuni gungsdaten, vom Lenkwinkelsensor 8 Lenkwinkeldaten und von einer Lampe 31 eine Spannung V. Auf der Grundlage der Ein gangsinformation werden verschiedene Rechenoperationen aus geführt, um die Stellventile 5a bis 5d zu steuern. Wenn in dem System ein Fehler auftritt, werden eine Warnlampe 32 und ein Ausfallsicherungsrelais 33 eingeschaltet.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 14 wird unter Berück sichtigung der Tatsache, daß die Differenz zwischen den Drehgeschwindigkeiten der linken und der rechten nicht an getriebenen Räder eines Fahrzeugs mit Zweiradantrieb im un gebremsten Fahrbetrieb proportional zur Giergeschwindigkeit ist, beurteilt, ob ein Defekt der Gierwinkelbeschleuni gungssensoren 11a, 11b oder 21a, 21b vorliegt. Die Diffe renz zwischen den Drehgeschwindigkeiten der nicht angetrie benen Räder kann folgendermaßen ausgedrückt werden:

Ψ = (V_fr - V_fl)/L_t (7),

wobei L_t die Spurweite des Fahrzeugs ist.

In Fig. 15 ist ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Prozes ses der Erfassung eines Ausfalls, der in der Steuereinheit 6 abgearbeitet wird, gezeigt.

Zunächst wird im Schritt 521 beurteilt, ob eine Stopplampe eingeschaltet ist. Wenn die Stopplampe eingeschaltet ist, geht der Prozeß direkt zum ENDE, ohne die im folgenden er wähnten Prozesse auszuführen. Wenn die Stopplampe nicht eingeschaltet ist, geht der Prozeß weiter zum Schritt 522, um die erfaßten Werte Ga und Gb der Gierwinkelbeschleuni gungssensoren 11a und 11b auszulesen. Im Schritt 523 wird die Gierwinkelbeschleunigung dΨ/dt folgendermaßen darge stellt:

dΨ/dt = k₁ . (Ga - Gb) (8).

Dann werden im Schritt 524 die Radgeschwindigkeiten V_fr und V_fl der nicht angetriebenen Räder ausgelesen. Auf der Grundlage der ausgelesenen Radgeschwindigkeiten V_fr und V_fl der nicht angetriebenen Räder wird mittels der folgenden Gleichung eine Pseudogiergeschwindigkeit Ψ* berechnet:

Ψ* = k₂ . (V_fr - V_fl) (9).

Dann wird im Schritt 526 durch Differenzieren der Beschleu nigungswert dΨ*/dt für diese Pseudogiergeschwindigkeit Ψ* berechnet.

Anschließend wird im Schritt 527 beurteilt, ob die Diffe renz |dΨ/dt - dΨ*/dt| zwischen der Gierwinkelbeschleuni gung dΨ/dt und der Pseudogierwinkelbeschleunigung dΨ*/dt größer als ein vorgegebener Wert k₃ ist. Wenn diese Diffe renz kleiner ist, wird festgestellt, daß kein Defekt aufge treten ist, woraufhin der Prozeß beendet ist. Wenn anderer seits diese Differenz größer als der vorgegebene Wert k₃ ist, wird im Schritt 528 festgestellt, ob ein Zeitinter vall, in dem die Differenz größer als der vorgegebene Wert k₃ ist, eine vorgegebene Dauer k₄ übersteigt. Wenn nicht, wird ebenfalls festgestellt, daß kein Defekt aufgetreten ist, woraufhin der Prozeß beendet ist. Wenn andererseits das Zeitintervall die vorgegebene Dauer k₄ übersteigt, wer den im Schritt 529 das Ausfallsicherungsrelais ausgeschal tet und die Warnlampe 32 eingeschaltet.

Auf diese Weise kann ein Ausfall eines Gierwinkelbeschleu nigungssensors leicht und kostengünstig festgestellt wer den, so daß die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems erhöht wird.

Nun wird ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsge mäßen Antiblockiersystems beschrieben. Auf einer Fahrbahn mit unterschiedlichen Reibungskoeffizienten µ wird ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel das Giermoment auf grund einer Differenz zwischen den Bremskräften an den lin ken und den rechten Rädern erzeugt, so daß die Gierge schwindigkeit veränderlich ist. Diese Giergeschwindigkeit wird mittels eines Sensors (wie etwa eines Schwingungs- Gyrometers, eines optischen Gyrometers oder dergleichen) erfaßt. Wenn die Änderung der Giergeschwindigkeit groß ist, wird der Bremsfluiddruck am Rad mit höherem Fahrbahnrei bungskoeffizienten µ abgesenkt, um die Erzeugung des Gier momentes zu kompensieren. Um die Zuverlässigkeit dieses Sy stems zu steigern, wird ähnlich wie beim ersten Ausfüh rungsbeispiel die auf der Grundlage der Differenz zwischen den Radgeschwindigkeiten der nicht angetriebenen Räder ab geleitete Giergeschwindigkeit kontinuierlich mit dem Aus gang des Sensors verglichen. Wenn die Differenz zwischen der Giergeschwindigkeit und dem Ausgangswert des Sensors größer als ein vorgegebener Wert ist und für eine Dauer, die länger als eine vorgegebene Dauer ist, aufrechterhalten wird, wird festgestellt, daß im Sensor ein Defekt aufgetre ten ist, so daß das System abgeschaltet wird. Es wird dar auf hingewiesen, daß die Zuverlässigkeit des ABS durch die Verwendung eines redundanten Sensorsystems zur Erfassung der Giergeschwindigkeit verbessert werden kann.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Ausfallsiche rungssystems werden im Antiblockiersystem sowohl die Be schleunigungsensoren 11a und 11b als auch der Giergeschwin digkeitssensor 7 verwendet. Die von den Beschleunigungssen soren 11a und 11b erfaßten Gierwinkelbeschleunigungen und ein differenzierter Wert der vom Giergeschwindigkeitssensor erfaßten Gierwinkelgeschwindigkeit werden miteinander ver glichen, wobei festgestellt wird, daß ein Defekt aufgetre ten ist, wenn die Differenz größer als ein vorgegebener Wert ist und während einer Dauer, die länger als eine vor gegebene Dauer ist, aufrechterhalten bleibt. In diesem Fall wird das System abgeschaltet.

Es ist ersichtlich, daß in dieser Ausführungsform durch die Verwendung eines redundanten Sensorsystems eine höhere Zu verlässigkeit erzielt werden kann.

Nun wird eine weitere Ausführungsform des Ausfallsiche rungssystems beschrieben. In dieser Ausführungsform wird ein redundantes Sensorsystem verwirklicht, in dem zwei Paa re von Gierwinkelbeschleunigungssensoren (insgesamt vier Sensoren) verwendet werden. Durch die Verwendung eines sol chen redundanten Doppelsensorsystems kann eine hohe Zuver lässigkeit erzielt werden. In diesem Fall kann die Erfas sung eines Defekts der Sensoren durch die Verwendung der vorhergesagten Giergeschwindigkeit, die auf der Grundlage der Differenz zwischen den Radgeschwindigkeiten der nicht angetriebenen Räder abgeleitet wird, oder durch die Anord nung eines Giergeschwindigkeitssensors und die Verwendung des differenzierten Wertes des von diesem Giergeschwindig keitssensor erfaßten Wertes ausgeführt werden. Außerdem ist es möglich, eine Differenz zwischen den erfaßten Werten der zwei Paare von Gierwinkelbeschleunigungssensoren abzulei ten, um zu beurteilen, daß in den Sensoren ein Defekt auf getreten ist, wenn die Differenz, die größer als ein vorge gebener Wert ist, während einer Dauer, die länger als eine vorgegebene Dauer ist, aufrechterhalten wird. Durch die Verwendung des redundanten Sensorsystems kann bei Auftreten eines Defekts in einem Sensorsystem die Gierbewegungssteue rung fortgeführt werden, indem das keinen Defekt zeigende andere Sensorsystem verwendet wird, um die Möglichkeit ei nes plötzlichen Ausfalls der Gierbewegungssteuerung zu ver meiden. Ferner kann bei Aufrechterhaltung der Gierbewe gungssteuerung an den Fahrer ein Alarm ausgegeben werden, der die Reparatur des fehlerhaften Sensorssystems fordert.

Es ist ersichtlich, daß die gezeigten Ausführungsformen des Ausfallsicherungsystems die Zuverlässigkeit des Gierbewe gungs-Steuersystems wie etwa des ABS erhöhen können.

Claims

1. Antiblockiersystem (ABS) für Kraftfahrzeuge

- mit je einem Drehgeschwindigkeits-Sensor (3a-3d) an jedem Fahrzeugrad (1a-1d),
- mit zwei symmetrisch zum Fahrzeugschwerpunkt ange ordneten Beschleunigungssensoren (11a, 11b) zum Be stimmen der auf das Fahrzeug einwirkenden Gierbewe gungen,
- mit einem Lenkwinkel-Sensor (8) zum Erfassen der Lenkradstellung,
- mit je einem jedem Radbremszlyinder (2a-2d) vorge schalteten Stellventil (5a-5d) für den jeweiligen Radbremsdruck und
- mit einer elektronischen Steuereinheit (6), die aus den Ausgangssignalen der beiden Sensoren (11a, 11b) und des Lenkwinkel-Sensors (8) die durch einen Brems vorgang erzeugte Gierbewegung des Fahrzeugs bestimmt und auf der Grundlage der erfaßten Fahrzeuggeschwin digkeit (V), der erfaßten Raddrehgeschwindigkeiten und der bestimmten Werte für die Gierbewegung geson derte Steuersignale für die einzelnen Stellventile (5a-5d) der Radbremszylinder (2a-2d) erzeugt,

dadurch gekennzeichnet,

- daß die Beschleunigungssensoren (11a, 11b) in Fahr zeuglängsrichtung wirkende Beschleunigungen erfassen, wobei die Differenz der Signale der Beschleunigungs sensoren ein Maß für die Gierwinkelbeschleunigung darstellt,
- daß in der Steuereinheit (6) aus den Ausgangssignalen des Lenkwinkel-Sensors (8) die durch einen Lenkvor gang verursachte Gierwinkelbeschleunigung (dω/dt_R) des Fahrzeugs anhand von gespeicherten Tabellen als Soll- und/oder Grenzwert bestimmt und von den mittels der Beschleunigungssensoren (11a, 11b) erfaßten Wer ten für die Gierwinkelbeschleunigung (dω/dt) zum Er halt eines Differenzwertes (β) subtrahiert wird, und
- daß in der Steuereinheit (6) für jedes Fahrzeugrad (1a-1d) ein Soll-Schlupfverhältnis (S_frt, S_flt, S_rrt und S_rlt) unter Einbeziehung des Differenzwertes (β) aus gespeicherten Tabellen bestimmt und durch Vergleich mit dem aus der erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit V und der erfaßten Raddrehgeschwindigkeit errechneten Ist-Schlupfverhältnis die Steuersignale für die Stellventile (5a-5d) der Radbremszylinder (2a-2d) er zeugt werden.

2. ABS nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkwinkelsensor (8) zur Erfassung der Winkelgeschwin digkeit (dθ/dt) des Lenkrades (9) ausgelegt ist und die Steuereinheit (6) Mittel zur Berechnung der durch den Lenkvorgang erzeugten Soll-Gierwinkelbeschleunigung (dω_R/dt) auf der Grundlage der Lenkwinkelgeschwindig keit (dθ/dt) aufweist.

3. ABS nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Win kelgeschwindigkeitssensoren (7) zur Erfassung der Gier winkelgeschwindigkeit (ω) des Fahrzeugs und durch Dif ferenzierglieder, welche aus den erfaßten Gierwinkelge schwindigkeitswerten (ω) die zugehörigen Gierwinkelbe schleunigungswerte (dω/dt) berechnen.

4. ABS nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelgeschwindigkeitssensor einen Lichtleitfaser- Gyrometer umfaßt.

5. ABS nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelgeschwindigkeitssensor einen Schwingungs- Gyrometer umfaßt.

6. ABS nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der Steuereinrichtung (6) ein Ausfallsi cherungssystem mit einer Warnlampe (32) und einem Si cherungsrelais (31) zugeordnet ist, das im normalen un gebremsten Fahrbetrieb die Funktionsfähigkeit der Gier winkelbeschleunigungssensoren (11a, 11b) überwacht und bei deren Ausfall das Sicherungsrelais (31) und die Warnlampe (32) aktiviert.

7. ABS nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausfallsicherungssystem auf der Grundlage der Differenz der erfaßten Drehgeschwindigkeiten (V_fr und V_fl) des rechten und des linken nicht angetriebenen Rads einen Wert für die entsprechende Gierwinkelbeschleunigung er rechnet und durch Vergleich mit den gemessenen Gierwin kelbeschleunigungen die Funktionsfähigkeit der Be schleunigungssensoren (11a, 11b) überwacht.

8. ABS nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausfallsicherungssystem die Funktionsfähigkeit der Beschleunigungssensoren (11a, 11b) überwacht durch Ver gleich der aus den Ausgangssignalen des Gierwinkelge schwindigkeitssensors (7) durch Differentiation errech neten Gierwinkelbeschleunigungswerte mit den von den Beschleunigungsensoren (11a, 11b) erfaßten Gierwinkel beschleunigungswerten.