DE4239177A1 - Verfahren zur besseren Anpassung einer Blockierschutzregelung an den jeweiligen Straßenzustand - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur besseren Anpassung einer Blockierschutzregelung an den jeweiligen Straßenzustand bzw. an die jeweilige Fahrbahncharakteri­ stik, bei den beim Überschreiten vorgegebener Regelschwel­ len ein weiterer Bremsdruckanstieg verhindert oder der Bremsdruck abgesenkt wird und bei dem aus dem Drehverhal­ ten der einzelnen Räder, das mit Radsensoren ermittelt und elektronisch ausgewertet wird, eine Fahrzeugreferenzge­ schwindigkeit gebildet wird und Bremsdrucksteuersignale abgeleitet werden.

Bremsanlagen mit elektronischer Blockierschutzregelung (ABS) haben sich in den letzten Jahren auf dem Markt für PKW der mittleren und gehobenen Preisklassen durchgesetzt. Die weitere Verbilligung dieser elektronischen Systeme ohne Einbußen an die Bremswirkung, aber auch die Verbes­ serung der Regelstrategien oder Regelphilosophien, um noch kürzere Bremswege und den Erhalt der Fahrstabilität auch in ungünstigen Situationen zu erreichen, sind Ziel umfang­ reicher Entwicklungsarbeiten. Schwierigkeiten bereitet weiterhin die Anpassung der Regelung an extrem unterschied­ liche Straßencharakteristiken, die durch die Kraftschluß- Schlupf-Kurven (µ-Schlupf Kurven) beschrieben werden.

Heutige ABS sind so ausgelegt, daß sie im wesentlichen - abgesehen von speziellen Situationen - als Beschleuni­ gungsregler arbeiten. Die Blockierschutzregelung setzt ein, sobald die Beschleunigung bzw. Verzögerung an einem Rad einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

Im Prinzip wird also für die Druckkonstanthaltung bzw. dem Druckabbau dasjenige Bremsdruckniveau sensiert, das, wenn eine weitere Drucksteigerung stattfindet, zum Überschrei­ ten des vorgegebenen Radverzögerungs-Grenzwertes führt.

Bei einer Straßensituation mit einer µ-Schlupf-Charakte­ ristik, die ein ausgeprägtes Maximum zeigt, wird eine Bremsdrucksteigerung im aufsteigenden Ast der µ-Schlupf- Kurve, also bis zum Erreichen des Maximums, grundsätzlich durch das sich einstellende höhere Straßenmoment kompen­ siert, so daß die auftretende Radbeschleunigung weitgehend der Fahrzeugverzögerung entspricht. Erst beim Überschrei­ ten des Schlupf-Maximalwertes kann die Bremsmomentenstei­ gerung nicht durch das Straßenmoment kompensiert werden, was eine hohe Radverzögerung bzw. eine Überschreitung des Verzögerungs-Grenzwertes zur Folge hat. Auf Fahrbahnen mit solchen Charakteristika führt daher die vorgenannte Regel­ strategie der heutigen Blockierschutzregelsysteme zu maxi­ maler Bremsleitung mit minimalem Bremsweg.

Bei Straßensituationen mit ansteigender µ-Schlupf-Charak­ teristik, also ohne ausgeprägte Kraftschluß-Maxima, wird nicht nur im Anfangsbereich der µ-Schlupf-Kurve, d. h. bis zu einem dem Maximalwert im vorgenannten Fall entspre­ chenden Schlupf, sondern auch bei noch höheren Schlupfwer­ ten ein weiterer Anstieg des Bremsdruckes durch die Ver­ größerung des Straßenmomentes über den höheren Schlupf kompensiert. Um jedoch in diesen höheren Schlupfbereich zu gelangen, tritt eine deutliche Erhöhung der Radverzögerung ein, die größer ist als der vorgegebene Grenzwert bzw. die Regelschwelle und die daher zum Einsetzen des Druckabbaus oder der Druckkonstanthaltung führt. Die theoretisch erreichbare maximale Bremsleistung wird also in solchen Situationen mit den heutigen Regelstrategien nicht erreicht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zur besseren Anpassung der Regelung an die jeweili­ ge Straßensituation und insbesondere zur Erhöhung der Bremsleistung bei Fahrbahncharakteristika mit ansteigender µ-Schlupf-Kurve - d. h. bei Fahrbahncharakteristika ohne ausgeprägte Kraftschluß-Maxima - zu erreichen.

Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst werden kann, dessen Be­ sonderheit darin besteht, daß der zeitliche Verlauf der Fahrzeugverzögerung bzw. ein aus der Fahrzeugreferenzge­ schwindigkeit abgeleiteter, angenäherter Wert und der zeitliche Verlauf des mittleren Radschlupfes der Fahrzeug­ räder ermittelt werden, daß der Verlauf der Fahrzeugverzö­ gerung mit dem Verlauf des mittleren Radschlupfes vergli­ chen wird und daß Regelschwellen der Blockierschutzrege­ lung in Abhängigkeit von der Phasenlage zwischen der Fahr­ zeugverzögerung und dem mittleren Radschlupf variiert wer­ den, so daß bei geringer Phasenverschiebung die Blockier­ schutzregelung einen höheren Radschlupf im Vergleich zu Situationen mit größerer Phasenverschiebung zuläßt.

Die Erfindung macht also von der Erkenntnis Gebrauch, daß bei Straßencharakteristika des Typs A (glatte, homogene Oberfläche) Fahrzeugverzögerung und mittlerer Radschlupf phasenverschoben sind, während bei einer Straße des Typs B (inhomogene, mehrschichtig aufgebaute Fahrbahn, z. B. mit Schotter oder mit Kiesauflage) maximale Verzögerung und der Maximalwert des mittleren Schlupfes gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig auftreten.

Nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens wird die Fahrzeugverzögerung mit Hilfe eines zu­ sätzlichen Fahrzeug-Beschleunigungssensors ermittelt.

Eine weitere Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfah­ ren besteht darin, daß bei relativ geringer Phasenver­ schiebung zwischen der Fahrzeugverzögerung und dem mitt­ leren Radschlupf nur die Regelschwellen des Vorderrades angehoben werden, während an den Hinterrädern ein geringe­ rer maximaler Schlupf zugelassen wird. Bei manchen Fahr­ zeugen wird durch diese Maßnahme die Fahrstabilität in kritischen Situationen entscheidend erhöht.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Aus­ führungsbeispielen anhand der beigefügten Diagramme her­ vor.

Es zeigen:

Fig. 1 Ein Kraftschluß-Schlupf-Diagramm (µ-Schlupf- Diagramm) mit ausgeprägtem Maximum (Straßen­ charakteristik Typ A),

Fig. 2 ein Kraftschluß-Schlupf-Diagramm mit an­ steigender Charakteristik bzw. ohne Maximum (Straßencharakteristik Typ B),

Fig. 3 den Verlauf der Fahrzeugverzögerung und des mittleren Schlupfes während einer geregel­ ten Bremsung auf einer Straße mit der Straßencharakteristik des Typs A und

Fig. 4 die Fahrzeugverzögerung und den mittleren Schlupf bei einer geregelten Bremsung in einer Situation mit der Charakteristik des Typs B.

Die Diagramme nach den Fig. 1 und 2 zeigen also typi­ sche µ-Schlupf-Kurven des Typs A bzw. des Typs B. In "nor­ malen" Straßensituationen tritt ein mehr oder weniger aus­ geprägtes Kraftschlußmaximum bei ansteigendem Schlupf auf (Typ A).

Bei den heutigen hochwertigen ABS dürfte der Schlupf wäh­ rend der Blockierschutzregelung - abgesehen von Ausnahme­ situationen - innerhalb des in Fig. 1 und 2 schraffierten Schlupfbereiches bleiben.

Beim Kurventyp A (Fig. 1) gilt für die Phasenlage des zeitlichen Verlaufs der Fahrzeugverzögerung a_FZ und des mittleren Schlupfes S_FZ, d. h. des aus dem Radschlupf der einzelnen Räder gebildeten Mittelwertes, der Kurvenverlauf nach Fig. 3. Die Phasenverschiebung, die durch die Zeit­ spanne ΔT₁ zwischen dem Schlupf-Maximum zum Zeitpunkt t_smax1 und dem Verzögerungs-Maximum zum Zeitpunkt t_amax1 zum Ausdruck kommt, ist vergleichsweise groß.

Bei einer Straßencharakteristik des Typs B (Fig. 2) ist dagegen die Phasenverschiebung ΔT₂ oder ΔT₃, wie Fig. 4 zeigt, gering im Vergleich zu der Phasenlage die­ ser Größen bei einer Straßencharakteristik des Typs A (vergleiche Fig. 1 und Fig. 3). Auch in diesem Fall läßt sich die Phasenlage zwischen der Fahrzeugverzögerung a_FZ und dem mittleren Schlupf S_FZ durch Messen der Zeitpunkte t_smax2, t_amax2; t_smax3, t_amax3 feststellen, an denen die Fahrzeugverzögerung a_FZ bzw. der mittlere Schlupf S_FZ ihren Maximalwert einnehmen.

Der zeitliche Verlauf der Fahrzeugverzögerung a_FZ läßt sich natürlich mit einem Fahrzeugbeschleunigungs-Sensor ermitteln. Einfacher und kostengünstiger ist es jedoch, die Fahrzeugverzögerung aus der ohnehin für die Blockier­ schutzregelung benötigten Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit abzuleiten. Dieser Wert entspricht annähernd und hinrei­ chend genau der Fahrzeugverzögerung.

Bei einem elektronischen System mit digitaler Verarbeitung der Signale läßt sich die Fahrzeugverzögerung auf Basis der Referenzgeschwindigkeit nach folgender Formel (1) er­ mitteln:

wobei n eine ganze Zahl ist und den Verarbeitungstakt sym­ bolisiert.

Aus dem zeitlichen Verlauf der Fahrzeugverzögerung _REF müssen dann noch die Zeitpunkte, an denen Verzögerungs­ maxima auftreten, festgestellt werden.

Der mittlere Radschlupf S_FZ läßt sich durch Vergleich der Rotationsgeschwindigkeit der einzelnen Räder mit der Fahrzeuggeschwindigkeit oder Fahrzeugreferenzgeschwindig­ keit bestimmen. Die Zeitpunkte des maximalen Schlupfes werden hiermit t_smax symbolisiert.

Die Einstufung der Straßencharakteristik als Charakteri­ stik des Typs A oder des Typs B erfolgt dann bei einem digitalen System mit dem Arbeitstakt n nach der Formel

wobei k z. B. zwischen 3 und 8, vorzugsweise 4 bis 6 liegen sollte.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde k = 5 angenommen und das Vorliegen einer Straßencharakteristik des Typs B dann angenommen, wenn die vorgenannte Bedingung erfüllt war. Diese Bedingung besagt nämlich, daß die Schlupfmaxima und Verzögerungsmaxima auf der Zeitskala dicht beieinander liegen.

Nach dem Erkennen einer Straßensituation mit der Charak­ teristik B, die z. B. auf Schotter, Schnee, nasser Wiese etc. vorliegt und die bekanntlich für herkömmliche Regel­ strategien kritisch ist, werden erfindungsgemäß die Regel­ schwellen des Blockierschutzregelungssystems derart ange­ hoben, daß die Regelung einen höheren Bremsschlupf zuläßt. Dadurch wird aus den erläuterten Gründen bei diesen Straßencharakteristika des Typs B die Bremswirkung erhöht.

Sobald die vorgenannte Bedingung laut Gleichung (2) nicht mehr erfüllt ist, das Fahrzeug sich also wieder in einer Straßensituation mit der Charakteristik des Typs A befin­ det, werden die Regelschwellen zurückgestellt, so daß die Regelung wieder bei einem relativ geringen Schlupf anspricht.

Wird das erfindungsgemäße Verfahren der Schlupfschwellen­ anhebung nur auf die Vorderräder angewandt, wird sicherge­ stellt, daß auch in solch kritischen Situationen auf Straßen des Typs B über die Vorderräder eine erhöhte Bremsleistung aufgebracht wird, während die Hinterräder, deren Schlupfschwelle nicht angehoben wird, für eine hohe Seitenführung und damit für die Beibehaltung der Fahrsta­ bilität Sorge tragen.

Erfindungsgemäß wird also durch eine relativ einfache Maß­ nahme, nämlich durch die Anhebung der Schlupfschwelle bei erkannter Straßensituation mit der Charakteristik des Typs B, ohne Inkaufnahme irgendwelcher Nachteile die Bremswir­ kung in kritischen Situationen, d. h. auf Schotter, Neu­ schnee etc., wesentlich erhöht.

Claims (3)

1. Verfahren zur besseren Anpassung einer Blockierschutz­ regelung an den jeweiligen Straßenzustand, bei dem beim Überschreiten vorgegebener Regelschwellen ein Bremsdruckanstieg verhindert oder der Bremsdruck ab­ gesenkt wird und bei dem aus dem Drehverhalten der einzelnen Räder, das mit Radsensoren ermittelt und elektronisch ausgewertet wird, eine Fahrzeugreferenz­ geschwindigkeit gebildet wird und Bremsdrucksteuer­ signale abgeleitet werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zeitliche Verlauf der Fahr­ zeugverzögerung (a_FZ) bzw. ein aus der Fahrzeugre­ ferenzgeschwindigkeit abgeleiteter, angenäherter Wert und der zeitliche Verlauf des mittleren Radschlupfes (S_FZ) der Fahrzeugräder ermittelt werden, daß der Verlauf der Fahrzeugverzögerung (a_FZ) mit dem Ver­ lauf des mittleren Radschlupfes (S_FZ) verglichen wird und daß Regelschwellen der Blockierschutzrege­ lung in Abhängigkeit von der Phasenlage zwischen der Fahrzeugverzögerung (a_FZ) und dem mittleren Rad­ schlupf (S_FZ) variiert werden, so daß bei geringer Phasenverschiebung (ΔT₂, ΔT₃) die Blockier­ schutzregelung einen höheren Radschlupf im Vergleich zu Situationen mit größerer Phasenverschiebung (ΔT₁) zuläßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fahrzeugverzögerung (a_FZ) mit Hilfe eines zusätzlichen Fahrzeug-Beschleunigungs­ sensors ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei relativ geringer Phasenverschiebung (ΔT₂, ΔT₃) zwischen der Fahrzeugverzögerung (a_FZ) und dem mittleren Rad­ schlupf (S_FZ) nur die Regelschwellen des Vorderra­ des angehoben werden.