EP1005423A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der referenz-geschwindigkeit in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der referenz-geschwindigkeit in einem kraftfahrzeug

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Publication number
EP1005423A1
EP1005423A1 EP98943888A EP98943888A EP1005423A1 EP 1005423 A1 EP1005423 A1 EP 1005423A1 EP 98943888 A EP98943888 A EP 98943888A EP 98943888 A EP98943888 A EP 98943888A EP 1005423 A1 EP1005423 A1 EP 1005423A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wheel
speed
reference speed
vehicle
motor vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98943888A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Herp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Teves AG and Co OHG
Original Assignee
Continental Teves AG and Co OHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Teves AG and Co OHG filed Critical Continental Teves AG and Co OHG
Publication of EP1005423A1 publication Critical patent/EP1005423A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/56—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for comparing two speeds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/17—Using electrical or electronic regulation means to control braking
    • B60T8/172—Determining control parameters used in the regulation, e.g. by calculations involving measured or detected parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T2250/00—Monitoring, detecting, estimating vehicle conditions
    • B60T2250/04—Vehicle reference speed; Vehicle body speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2520/00—Input parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2520/10—Longitudinal speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2520/00—Input parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2520/28—Wheel speed

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for determining a reference speed in a motor vehicle, in particular in a four-wheel drive passenger car, for example in a four-wheel drive passenger car.
  • the present invention can be used both in traction control systems or in anti-slip systems and in anti-lock braking systems in a motor vehicle.
  • the reference speed that is the actual speed of the vehicle in the direction of travel.
  • Acceleration occurs relatively easily and reliably based on the tangential speed of the outer wheel circumference of a non-driven wheel, which is not affected by a drive torque.
  • the reference speed is no longer so easy to determine when braking, since even with multi-circuit braking systems, braking forces always act on each wheel of the vehicle in normal operation.
  • acceleration sensors are used to determine the reference speed.
  • a disadvantage of this is that the acceleration sensors in question are expensive and significantly increase the costs for the overall system.
  • the tangential speed of the outer wheel circumference of the slowest rotating wheel is used as the reference speed of the vehicle in the event of acceleration. In the event of a delay, the
  • Tangential speed of the outer wheel circumference of the fastest rotating wheel is used as the reference speed of the vehicle.
  • This method has the disadvantage that it allows an inaccurate and under certain conditions very unreliable determination of the reference speed.
  • US Pat. No. 4,969,100 describes a device for determining the reference speed in an automobile, which has a speed sensor on each wheel and in which for determining the reference speed one of the wheels or the Speed of one of the wheels is selected by selection means, and the reference speed of the automobile is determined based on the speed of that one selected wheel by performing a calculation.
  • This method also has the disadvantage that it allows an inaccurate and, under certain conditions, very unreliable determination of the reference speed.
  • the invention is therefore based on the problem to provide a method and a device which allow a precise and reliable determination of the reference speed of a motor vehicle; in addition, the method and the device should be able to be implemented inexpensively.
  • the method and the device should also allow an accurate and reliable determination of the reference speed of a motor vehicle both for the acceleration case and for the deceleration case.
  • the problem is solved by the methods and devices disclosed in the independent patent claims. Particular embodiments of the invention are disclosed in the subclaims.
  • the problem is solved according to the invention in that wheel speeds are measured on at least two wheels of the motor vehicle and the reference speed is calculated taking into account the wheel speeds of at least two wheels.
  • the reference speed is the actual speed in the direction of travel of the vehicle.
  • the wheel speed is the tangential speed of the outer wheel circumference; it is determined from the frequency of rotation of the wheel, taking into account the wheel diameter, possibly also taking into account the speed-dependent wheel diameter.
  • Various sensors are known from the prior art for determining the rotational frequency of the wheel, for example those with a mechanical, electrical, optical or magnetic sensor principle.
  • the wheel speeds of at least two wheels has the advantage that an accurate and reliable determination of the reference speed of the motor vehicle is ensured; in addition, the method and the associated device can be implemented inexpensively, since the need for a cost-intensive acceleration sensor is eliminated. It is also advantageous that the method and the associated device ensure an accurate and reliable determination of the reference speed of a motor vehicle both for the acceleration case and for the deceleration case.
  • the wheel speeds are measured on all wheels of the motor vehicle and the reference speed is calculated taking into account the wheel speeds of all wheels.
  • the reference speed is calculated at discrete times with a sufficiently high repetition frequency using a recursive calculation rule.
  • the reference speed v ref (t n + 1 ) is calculated at the time t n + 1 from the reference speed v ref (t n ) at the * time t n according to the recursive calculation rule
  • V re _ (t n + _) v re £ (t n ) + w (t n ) ⁇ a mot (t n ) ⁇ ⁇ t
  • w is a weighting factor that is determined empirically
  • a mot is a maximum possible acceleration derived from the engine torque
  • ⁇ t is the time difference between the times t n and t n + 1
  • the weighting factor w is dependent on the speed that Acceleration and the slip of the wheels of the motor vehicle, and is taken from electronically stored tables, and further preferably the maximum possible acceleration a mot derived from the engine torque is corrected taking into account an effective braking torque.
  • the acceleration and the slip of the wheels of the motor vehicle can be determined from the time course of the speed of rotation in comparison with the reference speed.
  • weighting factors for example in the form of a programmable memory (PROM, EPROM or EEPROM) in the vehicle control system individually for different vehicle types of a manufacturer or for different areas of application of a vehicle, also by the Customer service or the workshop on site, can be plugged in and / or exchanged.
  • PROM programmable memory
  • the motor vehicle has an acceleration sensor and the vehicle speed is also determined by means of the acceleration sensor, for example by integrating the output signal of the acceleration sensor over time, and the vehicle speed determined by the acceleration sensor is determined by the Reference speed compared.
  • This has the advantage that when using an inertial-based acceleration sensor that always detects the acceleration due to gravity, and whose output signal is therefore dependent on the orientation of the acceleration sensor and thus of the motor vehicle in relation to the horizontal, it can be determined by comparing the two speeds. whether the vehicle is currently driving uphill or downhill. This additional information can be used for other, also safety-specific, controls of the vehicle.
  • a wheel is selected as the stable wheel, taking into account the speed, the acceleration and the slip of the respective wheel, and provided that the respective wheel is not currently subjected to braking forces, the speed of the stable wheel compared with the determined reference speed, and preferably the reference speed is adjusted to the speed of the stable wheel if the comparison yields a difference.
  • the teaching of the present invention also includes a device for determining a reference speed in a motor vehicle, which has sensors for recording wheel speeds, electronic data storage means and electronic computing means, and which carries out a method of the type described above.
  • the teaching of the present invention also includes a data carrier which stores a computer program and / or associated data, the computer program executing a method of the type described above or providing the data associated with this method, or the computer program having a device of the type described above. controls described type or provides the data associated with the control of this device.
  • Figure 1 is a schematic representation of the method for determining a reference speed of a motor vehicle and the integration of this method in the control loop of an anti-slip or anti-lock device.
  • FIG. 2 shows a special embodiment of the method according to FIG. 1.
  • Figure 3 is a table for assigning a weighting factor.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a method for determining a reference speed of a motor vehicle and the integration of this method in the control loop of an anti-slip or anti-lock device of the motor vehicle.
  • the wheel speed is over a corresponding transducer 112 v. of the first wheel 111 determined.
  • the wheel speed v 2 of the second wheel 121 is determined on a second wheel 121 via a corresponding measurement sensor 122. From the two wheel speeds! and v 2 is in a calculation step 131 calculates the reference speed v re £ ; the reference speed v ref in particular as a function of the time profile of the two wheel speeds v. (t) and v 2 (t) are calculated.
  • control channels 113, 123 for example electrical, optical, mechanical, pneumatic or hydraulic control channels, e ne actuation or release of the brakes 114, 124 on the respective wheels 111, 121 controlled.
  • the brake 114 on the wheel 111 is actuated via the control channel 113, for example via the closing or Opening hydraulic valves within the brake system.
  • FIG. 2 shows a special embodiment of the method according to FIG. 1.
  • the weighting factors of all wheels have to be taken into account when averaging or, for example, only the minimum weighting factors of the wheels of an axle if the differentials between the axles are open.
  • a maximum possible acceleration of the motor vehicle a mot 230 is derived from the drive torque M mot 231 provided by the engine, taking into account an effective braking torque ⁇ f rems 232.
  • the drive torque M mot 231 supplied by the motor can generally be found in the information bus of the motor vehicle, for example a CAN bus.
  • the maximum possible acceleration of the motor vehicle a mot 230 can be derived from these moments, taking into account vehicle-specific variables, such as mass and drag coefficient, and the current driving state, such as speed and gear.
  • a calculation step 240 the parameters provided in this way become the reference speed v re £ (t n + 1 ) at the time t n + 1 from the reference speed v ref (t n ) at the time t n in accordance with the recursive calculation rule
  • V r ⁇ f (t n + _) v zet (t a ) + w (t n ) ⁇ a mot (t n ) ⁇ ⁇ t
  • w is the average weighting factor
  • a mot is the maximum possible acceleration derived from the engine and braking torque
  • ⁇ t is the time difference between the times t n and t n + 1 .
  • the vehicle speed v sens can be determined in an additional manner 251 by means of an acceleration sensor in the motor vehicle, the output signal of which is integrated over time.
  • an acceleration sensor in the motor vehicle the output signal of which is integrated over time.
  • a comparison of the two speeds v re £ and v sens can be used to determine whether the vehicle is currently driving uphill or downhill.
  • the method according to the invention turns the output variables from the input variables engine speed, gear stage, sensor acceleration, maximum acceleration, wheel acceleration, wheel slip and wheel speed derived from the engine torque
  • At least one so-called “stable” wheel is selected 261.
  • a stable wheel is to be understood as a wheel whose wheel speed is very close to the actual speed of the motor vehicle in the direction of travel.
  • a wheel is then recognized as a stable wheel if the associated weighting factor w is 100%, the wheel brake pressure is below a predetermined value for a certain period of time, for example less than 3 to 5 bar, no pressure build-up phase is recognized for the wheel, and that Wheel has been recognized as stable for a certain period of time.
  • the calculation of the reference speed v ref is checked for its plausibility by a comparison 260 of the reference speed v re £ and the wheel speed v stable of the stable wheel. If this comparison 260 shows a significant deviation of the two speeds v ref and v stab ⁇ i, then the reference speed v re £ is matched to the speed of the stable wheel v sta b ⁇ i-
  • w stabll is the weighting factor of the stable wheel
  • a neg is a maximum possible deceleration
  • ⁇ t is the time difference between the times t n and t n + 1 .
  • the weighting factor w stabll of the stable wheel is taken from a table, depends on the slip and the brake pressure on the respective wheel and is determined empirically. If a stable wheel is detected, whose speed v stab is above the reference speed v re £ , the reference speed v re £ (t n + 1 ) at time t n + 1 is derived from the reference speed v re £ ( t n ) at time t n according to the recursive calculation rule
  • the slip s is given in absolute values of the difference between the wheel speed and the vehicle speed in the unit kmlr 1 .
  • the numerical values for the weighting factors w are given in%.
  • the table given applies to a certain range of the wheel speed v x of the wheel i, for example for the range 20 to 30 kmhX.
  • a wheel acceleration of 1.75 g and a slip of 5 kmh results in " 1 a weighting factor of 20% for the wheel i.
  • a high acceleration and / or a large slip result in a low weighting factor and vice versa. This is due to the connection, known from the literature, between the coefficient of adhesion, drive slip and vehicle speed.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Referenz-Geschwindigkeit in einem Kraftfahrzeug. Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine genaue und zuverlässige Bestimmung der Referenz-Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs erlauben; ausserdem soll das Verfahren und die Vorrichtung kostengünstig realisierbar sein. Das Problem ist bei einem Verfahren zur Bestimmung einer Referenz-Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass Rad-Geschwindigkeiten an mindestens zwei Rädern (111, 121) des Kraftfahrzeugs gemessen werden (112, 122), und die Referenz-Geschwindigkeit unter Berücksichtigung der Rad-Geschwindigkeiten von mindestens zwei Rädern berechnet wird (131). Die vorliegende Erfindung ist sowohl bei Traktionsregelsystemen oder bei Antischlupfsystemen als auch bei Antiblockiersystemen in einem Kraftfahrzeug anwendbar, insbesondere in einem Allrad-angetriebenen Personenkraftfahrzeug, beispielsweise in einem Vierradangetriebenen Personenkraftwagen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Referenz-Geschwindigkeit in einem Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Referenz-Geschwindigkeit in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem allrad- angetriebenen Personenkraftfahrzeug, beispielsweise in einem vierrad-angetriebenen Personenkraftwagen. Die vorliegende Erfindung ist sowohl bei Traktionsregelsystemen oder bei Antischlupfsystemen als auch bei Antiblockiersystemen in einem Kraftfahrzeug anwendbar.
Bei Traktionsregel- oder AntriebsschlupfSystemen ist es erforderlich, die auf jedes angetriebene Rad wirkenden Antriebskräfte so zu regeln, daß kein angetriebenes Rad überdreht, das heißt, daß die Tangentialgeschwindigkeit des äußeren Radumfangs des angetriebenen Rades möglichst nahe an der tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Fahrtrichtung liegt. Dadurch wird eine optimale Beschleunigung des Fahrzeugs erreicht.
Bei Antiblockiersystemen ist es erforderlich, die auf jedes abgebremste Rad wirkenden Bremskräfte so zu regeln, daß kein abgebremstes Rad überbremst wird und dadurch zum Blockieren neigt, das heißt, daß die Tangentialgeschwindigkeit des äußeren Radumfangs des abgebremsten Rades möglichst nahe an der tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs liegt. Dadurch wird eine optimale Verzögerung des Fahrzeugs erreicht.
Für diese beiden Aufgaben ist es erforderlich, die Tangentialgeschwindigkeit des äußeren Radumfangs des angetriebenen beziehungsweise abgebremsten Rades des Fahrzeugs zu ermitteln. Zu diesem Zweck ist an jedem Rad ein entsprechender Sensor angebracht, der die Anzahl der Umdrehungen des jeweiligen Rades pro Zeiteinheit erfaßt. Daraus wird unter Verwendung des bekannten Radius des Rades die Umfangsgeschwindigkeit des jeweiligen Rades berechnet.
Außerdem ist es für diese beiden Aufgaben erforderlich, die Referenz-Geschwindigkeit zu ermitteln, das heißt die tatsächliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Fahrtrichtung.
Bei nicht-allrad angetriebenen Fahrzeugen kann die Ermittlung der Referenz-Geschwindigkeit im
Beschleunigungsfall verhältnismäßig einfach und zuverlässig anhand der Tangentialgeschwindigkeit des äußeren Radumfangs eines nicht-angetriebenen Rades erfolgen, auf das kein Antriebsmoment einwirkt. Allerdings ist auch bei nicht-allrad angetriebenen Fahrzeugen im Bremsfall die Referenz-Geschwindigkeit nicht mehr so einfach zu bestimmen, da auch bei Mehrkreis- Bremssystemen im normalen Betriebsfall stets auf jedes Rad des Fahrzeuges Bremskräfte einwirken.
Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen werden Beschleunigungssensoren für die Ermittlung der Referenz- Geschwindigkeit eingesetzt. Ein Nachteil dabei ist, daß die in Frage kommenden Beschleunigungssensoren teuer sind und die Kosten für das Gesamtsystem wesentlich erhöhen.
In anderen bekannten Verfahren wird im Beschleunigungsfall die Tangentialgeschwindigkeit des äußeren Radumfanges des sich am langsamsten drehenden Rades als Referenz- Geschwindigkeit des Fahrzeugs herangezogen. Im Verzögerungsfall wird entsprechend die
Tangentialgeschwindigkeit des äußeren Radumfanges des sich am schnellsten drehenden Rades als Referenz-Geschwindigkeit des Fahrzeugs herangezogen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es eine nur ungenaue und unter bestimmten Voraussetzungen sehr unzuverlässige Bestimmung der Referenz- Geschwindigkeit erlaubt.
In dem US-Patent Nr. 4,969,100 wird eine Vorrichtung zur Bestimmung der Referenz-Geschwindigkeit in einem Automobil beschrieben, die an jedem Rad einen Geschwindigkeitssensor aufweist und bei der zur Bestimmung der Referenz- Geschwindigkeit eines der Räder, beziehungsweise die Geschwindigkeit eines der Räder durch Auswahl-Mittel ausgewählt wird, und auf der Grundlage der Geschwindigkeit dieses einen ausgewählten Rades unter Ausführung einer Berechnung die Referenz-Geschwindigkeit des Automobils bestimmt wird.
Auch dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß es eine nur ungenaue und unter bestimmten Voraussetzungen sehr unzuverlässige Bestimmung der Referenz-Geschwindigkeit erlaubt.
Der Erfindung' liegt daher das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine genaue und zuverlässige Bestimmung der Referenz- Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs erlauben; außerdem soll das Verfahren und die Vorrichtung kostengünstig realisierbar sein.
Das Verfahren und die Vorrichtung soll weiterhin sowohl für den Beschleunigungsfall wie für den Verzögerungsfall eine genaue und zuverlässige Bestimmung der Referenz- Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs erlauben.
Das Problem wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen offenbarten Verfahren und Vorrichtungen gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart. Das Problem ist bei einem Verfahren zur Bestimmung einer Referenz-Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Rad-Geschwindigkeiten an mindestens zwei Rädern des Kraftfahrzeugs gemessen werden, und die Referenz-Geschwindigkeit unter Berücksichtigung der Rad-Geschwindigkeiten von mindestens zwei Rädern berechnet wird.
Unter der Referenz-Geschwindigkeit ist die tatsächliche Geschwindigkeit in Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu verstehen. Die Rad-Geschwindigkeit ist die Tangential-Geschwindigkeit des äußeren Radumfangs; sie wird aus der Umdrehungsfrequenz des Rades unter Berücksichtigung des Raddurchmessers, gegebenenfalls auch unter Berücksichtigung des geschwindigkeitsabhängigen Raddurchmessers bestimmt. Für die Ermittlung der Umdrehungsfrequenz des Rades sind aus dem Stand der Technik verschiedene Meßaufnehmer bekannt, beispielsweise solche mit mechanischem, elektrischem, optischem oder magnetischem Aufnehmerprinzip.
Die Berücksichtigung der Rad-Geschwindigkeiten von mindestens zwei Rädern hat den Vorteil, daß eine genaue und zuverlässige Bestimmung der Referenz-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs gewährleistet ist; außerdem ist das Verfahren und die zugehörige Vorrichtung kostengünstig realisierbar, da das Erfordernis eines kostenintensiven Beschleunigungssensors entfällt. Weiterhin ist vorteilhaft, daß das Verfahren und die zugehörige Vorrichtung sowohl für den Beschleunigungsfall wie für den Verzögerungsfall eine genaue und zuverlässige Bestimmung der Referenz-Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs gewährleisten .
In einer besonderen Ausführungsart der Erfindung werden die Rad-Geschwindigkeiten an allen Rädern des Kraftfahrzeugs gemessen und die Berechnung der Referenz-Geschwindigkeit erfolgt unter Berücksichtigung der Rad-Geschwindigkeiten von allen Rädern. Dies hat den Vorteil, daß sowohl bei zweirad- angetriebenen Fahrzeugen als auch bei allrad-angetriebenen Fahrzeugen eine genaue, zuverlässige und kostengünstige Bestimmung der Referenz-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs gewährleistet ist.
In einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung wird die Referenz-Geschwindigkeit zu diskreten Zeitpunkten mit einer ausreichend hohen Wiederholfrequenz unter Verwendung einer rekursiven Rechenregel berechnet.
Dies hat den Vorteil, daß für die Berechnung auch digitale elektronische Schaltkreise eingesetzt werden können, wodurch eine hohe Rechengeschwindigkeit und hohe Rechengenauigkeit bei geringen Kosten und geringem Energieverbrauch für die zugehörigen Rechenmittel erzielt werden können. Außerdem ist es vorteilhaft, daß die Eingangsgrößen für die Berechnung einfach gefiltert und einer statistischen Bearbeitung, beispielsweise einer gleitenden Mittelwertbildung, unterzogen werden können, wodurch sich die Genauigkeit der berechneten Referenz-Geschwindigkeit weiter erhöht.
In einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung erfolgt die Berechnung der Referenz-Geschwindigkeit vref(tn+1) zum Zeitpunkt tn+1 aus der Referenz-Geschwindigkeit vref(tn) zum* Zeitpunkt tn gemäß der rekursiven Rechenregel
Vre_(tn+_) = vre£(tn) + w( tn ) ■ amot ( tn ) ■ Δt
wobei w ein Gewichtungsfaktor ist, der empirisch ermittelt ist, amot eine aus dem Motormoment abgeleitete maximalmögliche Beschleunigung ist, und Δt die Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten tn und tn+ 1 ist, und wobei vorzugsweise der Gewichtungsfaktor w abhängig ist von der Geschwindigkeit, der Beschleunigung und dem Schlupf der Räder des Kraftfahrzeugs, und aus elektronisch gespeicherten Tabellen entnommen wird, und weiterhin vorzugsweise die aus dem Motormoment abgeleitete maximal-mögliche Beschleunigung amot unter Berücksichtigung eines wirksamen Bremsmoments korrigiert wird. Die Beschleunigung und der Schlupf der Räder des Kraftfahrzeugs können aus dem zeitlichen Verlauf der Umdrehungsgeschwindigkeit im Vergleich mit der Referenz- Geschwindigkeit ermittelt werden. Dies hat den Vorteil, daß die Referenz-Geschwindigkeit sehr schnell und mit hoher Wiederholfrequenz und gleichzeitig mit hoher Genauigkeit berechnet werden kann, und daß auch in kritischen Fahrsituationen, wie zum Beispiel bei unterschiedlichen Fahrbahnzuständen unter allen vier Rädern eines Fahrzeugs, beispielsweise Eis, Schnee, nasser und trockener Asphalt, eine rasche und zuverlässige Bestimmung der Referenz-Geschwindigkeit möglich ist, die im Zusammenspiel mit einer Antischlupf- oder Antiblockier- Einrichtung des Fahrzeugs einen stabilen und sicheren Fahrbetrieb gewährleistet. Die Entnahme d<_r Gewichtungsfaktoren aus elektronisch gespeicherten Tabellen hat den Vorteil, daß die entsprechenden Gewichtungsfaktoren beispielsweise in Form eines programmierbaren Speichers (PROM, EPROM oder EEPROM) in die Fahrzeugsteuerung individuell für verschiedene Fahrzeugtypen eines Herstellers oder für verschiedene Einsatzgebiete eines Fahrzeugs, auch durch den Kundendienst oder die Werkstatt vor Ort, eingesteckt und/oder ausgetauscht werden können.
In einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung weist das Kraftfahrzeug einen Beschleunigungssensor auf und die Fahrzeug-Geschwindigkeit wird auch mittels des Beschleunigungssensors ermittelt, zum Beispiel über die Integration des Ausgangssignals des Beschleunigungssensors über der Zeit, und die mit dem Beschleunigungssensor bestimmte Fahrzeug-Geschwindigkeit wird mit der Referenz- Geschwindigkeit verglichen. Dies hat den Vorteil, daß bei Verwendung eines trägheitsbasierenden Beschleunigungssensors, der die Erdbeschleunigung stets mit erfaßt, und dessen Ausgangssignal demzufolge abhängig ist von der Ausrichtung des Beschleunigungssensors und damit des Kraftfahrzeugs in Bezug auf die Horizontale, durch einen Vergleich der beiden Geschwindigkeiten bestimmt werden kann, ob das Fahrzeug gegenwärtig bergauf oder bergab fährt. Diese zusätzliche Information kann für andere, auch sicherheitsspezifische, Steuerungen des Fahrzeugs verwendet werden.
In einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung wird ein Rad unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit, der Beschleunigung und dem Schlupf des jeweiligen Rades, und unter der Voraussetzung, daß das jeweilige Rad gegenwärtig nicht mit Bremskräften beaufschlagt ist, als stabiles Rad ausgewählt, die Geschwindigkeit des stabilen Rades mit der ermittelten Referenz-Geschwindigkeit verglichen, und vorzugsweise die Referenz-Geschwindigkeit an die Geschwindigkeit des stabilen Rades angeglichen, wenn der Vergleich eine Differenz ergibt.
Dies hat den Vorteil, daß mit den bereits ermittelten Parametern eine Überprüfung der berechneten Referenz- Geschwindigkeit und gegebenenfalls ein Angleichen möglich ist, wodurch die Zuverlässigkeit der Bestimmung der Referenz-Geschwindigkeit weiter erhöht wird. Zu der Lehre der vorliegenden Erfindung gehört auch eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Referenz-Geschwindigkeit in einem Kraftfahrzeug, die Sensoren zur Aufnahme von Rad- Geschwindigkeiten, elektronische Datenspeichermittel und elektronische Rechenmittel aufweist, und die ein Verfahren der vorstehend-beschriebenen Art ausführt.
Zu der Lehre der vorliegenden Erfindung gehört auch ein Datenträger, der ein Rechenprogramm und/oder zugehörige Daten speichert, wobei das Rechenprogramm ein Verfahren der vorstehend-beschriebenen Art ausführt oder die zu diesem Verfahren zugehörigen Daten bereitstellt, oder wobei das Rechenprogramm eine Vorrichtung der vorstehend-beschriebenen Art steuert oder die zur Steuerung dieser Vorrichtung zugehörigen Daten bereitstellt.
Dies hat den Vorteil, daß das Rechenprogramm und/oder die zugehörigen Daten beispielsweise in Form eines programmierbaren Speichers (PROM, EPROM oder EEPROM) in die Fahrzeugsteuerung individuell für verschiedene Fahrzeugtypen eines Herstellers oder für verschiedene Einsatzgebiete eines Fahrzeugs, auch durch den Kundendienst oder die Werkstatt vor Ort, eingesteckt und/oder ausgetauscht werden können.
Ein Weg zum Ausführen der beanspruchten Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen :
Figur 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Bestimmung einer Referenz-Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs und die Einbindung dieses Verfahrens in den Regelkreis einer Antischlupf- oder Antiblockiereinrichtung.
Figur 2 eine besondere Ausführungsart des Verfahrens nach der Figur 1.
Figur 3 eine Tabelle für die Zuordnung eines Gewichtungsfaktors .
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Bestimmung einer Referenz-Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs und die Einbindung dieses Verfahrens in den Regelkreis einer Antischlupf- oder Antiblockiereinrichtung des Kraftfahrzeugs.
An einem ersten Rad 111 wird über einen entsprechenden Meßwertaufnehmer 112 die Rad-Geschwindigkeit v,. des ersten Rads 111 ermittelt. An einem zweiten Rad 121 wird über einen entsprechenden Meßwertaufnehmer 122 die Rad-Geschwindigkeit v2 des zweiten Rads 121 ermittelt. Aus den beiden Rad- Geschwindigkeiten ! und v2 wird in einem Berechnungsschritt 131 die Referenz-Geschwindigkeit vre£ berechnet; die Referenz-Geschwindigkeit vref wird insbesondere als eine Funktion des zeitlichen Verlaufs der beiden Rad- Geschwindigkeiten v,.(t) und v2(t) berechnet.
Durch ein Vergleichen 141 der Referenz-Geschwindigkeit vref mit den beiden Rad-Geschwindigkeiten vγ und v2 wird im Rahmen einer Antischlupf- oder Antiblockiereinrichtung des Kraftfahrzeugs über entsprechende Steuerkanäle 113, 123, beispielsweise elektrische, optische, mechanische, pneumatische oder hydraulische Steuerkanäle, e ne Betätigung beziehungsweise ein Loslassen der Bremsen 114, 124 an den jeweiligen Rädern 111, 121 gesteuert.
Ergibt beispielsweise im Fall einer Antischlupfregelung der Vergleich, daß die Rad-Geschwindigkeit v des Rads 111 signifikant höher ist als die berechnete Referenz- Geschwindigkeit vre£, dann wird über die Steuerkanal 113 die Bremse 114 am Rad 111 betätigt, beispielsweise über das Schließen oder Öffnen von hydraulischen Ventilen innerhalb des Bremssystems.
Ergibt im anderen Fall einer Antiblockierregelung der Vergleich, daß die Rad-Geschwindigkeit v2 des Rads 121 signifikant geringer ist als die berechnete Referenz- Geschwindigkeit vre£, dann wird über die Steuerkanal 123 die Bremse 124 am Rad 121 gelöst, beispielsweise über das Öffnen oder Schließen von hydraulischen Ventilen innerhalb des Bremssystems . Die Figur 2 zeigt eine besondere Ausführungsart des Verfahrens nach der Figur 1. In dieser Ausführungsart werden über entsprechende Meßwertaufnehmer 210 die Rad- Geschwindigkeiten Vj. (i = 1, 2, 3, 4) der vier Räder 211, 212, 213, 214 eines Kraftfahrzeugs ermittelt. Aus dem zeitlichen Verlauf der Rad-Geschwindigkeiten v werden die Rad-Beschleunigungen ax (i = 1, 2, 3, 4) der vier Räder 211, 212, 213, 214 berechnet. Weiterhin wird aus den Rad- Geschwindigkeiten vx und der jeweils gültigen Referenz- Geschwindigkeit vre£ der jeweilige Schlupf s (i = 1, 2, 3, 4) der vier Räder 211, 212, 213, 214 berechnet.
Aus den Parametern vι r a und sx werden für jedes der vier Räder 211, 212, 213, 214 Gewichtungsfaktoren w^ (i = 1, 2, 3, 4) ermittelt (220), und zwar werden diese Gewichtungsfaktoren aus elektronisch gespeicherten oder zumindest elektronisch auslesbaren Tabellen 221 ausgelesen. Jede dieser Tabelle ist für einen bestimmten Geschwindigkeitsbereich gültig und ordnet innerhalb dieses Geschwindigkeitsbereichs jedem Schlupf/Beschleunigungspaar ( s /a ) eines Rades i genau einen Gewichtungsfaktor w± zu. Ein Beispiel einer solchen Tabelle ist in der Figur 3 dargestellt und wird nachfolgend noch eingehender beschrieben. Aus den Gewichtungsfaktoren w (i = 1, 2, 3, 4) wird durch Mittelwertbildung 221 ein mittlerer Gewichtungsfaktor w gebildet, der für die weitere Berechnung der Referenz-Geschwindigkeit verwendet wird. Bei der Mittelwertbildung können auch statistische Verfahren angewendet werden, um eine möglichst zuverlässige Mittelwertbildung zu erreichen, und zum Beispiel einen "Ausreißer" unter den Gewichtungsfaktoren zu eliminieren.
Je nach der Anzahl von offenen Differentialen in dem Kraftfahrzeug sind bei der Mittelwertbildung die Gewichtungsfaktoren aller Räder zu berücksichtigen oder zum Beispiel nur die jeweils minimalen Gewichtungsfaktoren der Räder einer Achse, wenn zwischen den Achsen die Differentiale offen sind.
Parallel zur Ermittlung der Gewichtungsfaktoren w wird aus dem vom Motor gelieferten Antriebsmoment Mmot 231 unter Berücksichtigung eines wirksamen Bremsmoments Λfrems 232 eine maximal mögliche Beschleunigung des Kraftfahrzeugs amot 230 abgeleitet. Das vom Motor gelieferte Antriebsmoment Mmot 231 kann ebenso wie das wirksame Bremsmoment Mbrems 232 in der Regel dem Informationsbus des Kraftfahrzeugs, beispielsweise ein CAN-Bus, entnommen werden. Die maximal mögliche Beschleunigung des Kraftfahrzeugs amot 230 läßt sich aus diesen Momenten unter Berücksichtigung fahrzeugsspezifischer Größen, wie zum Beispiel Masse und Luftwiderstandsbeiwert, und dem gegenwärtigen Fahrtzustand, wie zum Beispiel Drehzahl und Gangstufe, ableiten. Aus den derart bereitgestellten Parametern wird in einem Berechnungsschritt 240 die Referenz-Geschwindigkeit vre£(tn+1) zum Zeitpunkt tn+1 aus der Referenz-Geschwindigkeit vref(tn) zum Zeitpunkt tn gemäß der rekursiven Rechenregel
Vrβf(tn+_) = vzet ( ta ) + w( tn ) ■ amot ( tn ) ■ Δt
berechnet, wobei w der mittlere Gewichtungsfaktor ist, amot die aus dem Motor- und Bremsmoment abgeleitete maximalmögliche Beschleunigung ist, und Δt die Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten tn und tn+1 ist.
Parallel zur Berechnung 240 der Referenz-Geschwindigkeit vre£ kann die Fahrzeug-Geschwindigkeit vsens auf zusätzliche Weise 251 mittels eines Beschleunigungssensors im Kraftfahrzeug, dessen Ausgangssignal über der Zeit integriert wird, ermittelt werden. Bei einem trägheitsbasierenden Beschleunigungssensor, der die Erdbeschleunigung stets mit erfaßt, und dessen Ausgangssignal demzufolge abhängig ist von der Ausrichtung des Beschleunigungssensors und damit des Kraftfahrzeugs in Bezug auf die Horizontale, kann durch einen Vergleich 250 der beiden Geschwindigkeiten vre£ und vsens ermittelt werden, ob das Fahrzeug gegenwärtig bergauf oder bergab fährt.
Zum Beispiel wird auf Bergfahrt erkannt, wenn die vom Beschleunigungssensor ermittelte Geschwindigkeit über einen längeren Zeitraum kleiner ist als die Referenz- Geschwindigkeit . Im anderen Fall wird auf Talfahrt erkannt, wenn die vom Beschleunigungssensor ermittelte Geschwindigkeit über einen längeren Zeitraum größer ist als die Referenz- Geschwindigkeit .
Insgesamt werden durch das erfindungsgemäße Verfahren aus den Eingangsgrößen Motordrehzahl, Gangstufe, Sensorbeschleunigung, aus dem Motormoment abgeleitete maximale Beschleunigung, Radbeschleunigung, Radschlupf und Radgeschwindigkeit die Ausgangsgrößen
Referenzgeschwindigkeit, Steigungswinkel in Fahrtrichtung und Radreibkoeffizienten bestimmt.
Darüber hinaus wird unter Berücksichtigung der Gewichtungsfaktoren w der Räder mindestens ein sogenanntes "stabiles" Rad ausgewählt 261.
Unter einem stabilen Rad ist ein Rad zu verstehen, dessen Rad-Geschwindigkeit sehr nahe an der tatsächlichen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Fahrtrichtung liegt. Ein Rad wird dann als stabiles Rad erkannt, wenn der zugehörige Gewichtungsfaktor w 100 % beträgt, der Radbremsdruck für eine bestimmte Zeitdauer unter einem vorbestimmten Wert liegt, zum Beispiel kleiner als 3 bis 5 bar ist, für das Rad keine Druckaufbauphase erkannt wird, und das Rad bereits seit einer bestimmten Zeitdauer als stabil erkannt worden ist. Durch einen Vergleich 260 der Referenz-Geschwindigkeit vre£ und der Rad-Geschwindigkeit vstablι des stabilen Rades wird die Berechnung der Referenz-Geschwindigkeit vref auf ihre Plausibilität hin überprüft. Ergibt sich bei diesem Vergleich 260 eine signifikante Abweichung der beiden Geschwindigkeiten vref und vstabιi, so erfolgt ein Angleichen der Referenz-Geschwindigkeit vre£ an die Geschwindigkeit des stabilen Rades vstabιi-
Wird ein stabiles Rad erkannt, dessen Geschwindigkeit vstab unterhalb der Referenz-Geschwindigkeit vre£ liegt, so wird die Referenz-Geschwindigkeit vre£(tn+1) zum Zeitpunkt tn+1 aus der Referenz-Geschwindigkeit vre£(tn) zum Zeitpunkt tn gemäß der rekursiven Rechenregel
Vref ( tn+ 1 ) = Vrβf ( t„ ) " Wβtabll ( tn ) ' aneg ■ Δt
berechnet, wobei wstabll der Gewichtungsfaktor des stabilen Rades ist, aneg eine maximal-mögliche Verzögerung ist, und Δt die Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten tn und tn+1 ist. Der Gewichtungsfaktor wstabll des stabilen Rades wird aus einer Tabelle entnommen, ist vom Schlupf und vom Bremsdruck an dem jeweiligen Rad abhängig und ist empirisch ermittelt. Wird ein stabiles Rad erkannt, dessen Geschwindigkeit vstab oberhalb der Referenz-Geschwindigkeit vre£ liegt, so wird die Referenz-Geschwindigkeit vre£(tn+1) zum Zeitpunkt tn+1 aus der Referenz-Geschwindigkeit vre£(tn) zum Zeitpunkt tn gemäß der rekursiven Rechenregel
Vre ( tn+1 ) = vref ( tn ) + ( vstab ( tn ) - vre_ ( tn ) ) = vBtab- 1 ( n )
ermittelt .
Die Figur 3 zeigt eine Tabelle für die Zuordnung eines Gewichtungsfaktors w in Abhängigkeit der Beschleunigung ax und des Schlupfes sx eines Rades i (i = l, 2, 3, 4) innerhalb eines Geschwindigkeitsbereiches für die Rad- Geschwindigkeit vx.
Die Beschleunigung ax ist in der Einheit g angegeben, wobei in Näherung 1 g = 10 ms-2 gilt. Der Schlupf s ist in Absolutwerten der Differenz zwischen der Rad-Geschwindigkeit und der Fahrzeug-Geschwindigkeit in der Einheit kmlr1 angegeben. Die Zahlenwerte für die Gewichtungsfaktoren w sind in % angegeben.
Die angegebene Tabelle gilt für einen bestimmten Bereich der Rad-Geschwindigkeit vx des Rades i, zum Beispiel für den Bereich 20 bis 30 kmhX In diesem Geschwindigkeitsbereich ergibt sich beispielsweise bei einer Rad-Beschleunigung von 1,75 g und einem Schlupf von 5 kmh"1 ein Gewichtungsfaktor von 20 % für das Rad i. Allgemein läßt sich sagen, daß eine hohe Beschleunigung und/oder ein großer Schlupf einen geringen Gewichtungsfaktor ergeben und umgekehrt. Dies hat seine Ursache in dem aus der Literatur bekannten Zusammenhang zwischen Kraftschlußbeiwert, Antriebsschlupf und Fahrzeug-Geschwindigkeit.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung einer Referenz-Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs, aufweisend die Schritte:
Messen (112, 122) einer Rad-Geschwindigkeit an mindestens zwei Rädern (111, 121) des Kraftfahrzeugs,
gekennzeichnet durch den Schritt:
Berechnen (131) der Referenz-Geschwindigkeit unter Berücksichtigung der Rad-Geschwindigkeiten von mindestens zwei Rädern (111, 121).
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
Messen (112, 122) der Rad-Geschwindigkeiten an allen Rädern des Kraftfahrzeugs, und
Berechnen (131) der Referenz-Geschwindigkeit unter Berücksichtigung der Rad-Geschwindigkeiten von allen Rädern.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Berechnen der Referenz-Geschwindigkeit zu diskreten Zeitpunkten und mit einer ausreichend hohen Wiederholfrequenz, und Verwenden einer rekursive Rechenregel für das Berechnen der Referenz- Geschwindigkeit .
4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Berechnen der Referenz-Geschwindigkeit vre£(tn+1) zum Zeitpunkt tn+1 aus der Referenz-Geschwindigkeit vre£(tn) zum Zeitpunkt tn gemäß der rekursiven Rechenregel
vref(tn+1) = vref(tn) + w( tn ) ■ amot ( tn ) ■ Δt
wobei w ein Gewichtungsfaktor ist, der empirisch ermittelt ist,
amot eine aus dem Motormoment abgeleitete maximalmögliche Beschleunigung ist, und
Δt die Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten tn und tn+l ISt .
5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Gewichtungsfaktor w abhängig ist von der Geschwindigkeit v, der Beschleunigung a und dem Schlupf s der Räder des Kraftfahrzeugs, und aus elektronisch gespeicherten Tabellen (221) entnommen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet dadurch, daß die aus dem Motormoment abgeleitete maximalmögliche Beschleunigung amot unter Berücksichtigung eines wirksamen Bremsmoments Mbrems korrigiert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kraftfahrzeug einen Beschleunigungssensor aufweist, gekennzeichnet durch
Bestimmen (251) der Fahrzeug-Geschwindigkeit mittels des Beschleunigungssensors, und
Vergleichen (250) der mit dem Beschleunigungssensor bestimmten Fahrzeug-Geschwindigkeit vsens und der Referenz-Geschwindigkeit vre£.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
Auswählen (261) eines Rades als stabiles Rad
unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit, der Beschleunigung und dem Schlupf des jeweiligen Rades,
und unter der Voraussetzung, daß das jeweilige Rad gegenwärtig nicht mit Bremskräften beaufschlagt ist, und Vergleichen (260) der Geschwindigkeit des stabilen Rades mit der ermittelten Referenz-Geschwindigkeit.
9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Angleichen der Referenz-Geschwindigkeit an die Geschwindigkeit des stabilen Rades, wenn das Vergleichen (260) eine Differenz ergibt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß es sich bei dem Fahrzeug um einen allrad- angetriebenen Personenkraftwagen handelt.
11. Vorrichtung zur Bestimmung einer Referenz- Geschwindigkeit in einem Kraftfahrzeug, wobei die Vorrichtung aufweist:
Sensoren zur Aufnahme von Rad-Geschwindigkeiten, elektronische Datenspeichermittel und elektronische
Rechenmittel, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausführt.
12. Datenträger, der ein Rechenprogramm und/oder zugehörige Daten speichert, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechenprogramm ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausführt oder die zu diesem Verfahren zugehörigen Daten bereitstellt, oder daß das Rechenprogramm eine Vorrichtung nach Anspruch 11 steuert oder die zur Steuerung dieser Vorrichtung zugehörigen Daten bereitstellt.
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