WO2002006102A1 - Verfahren und bremsanlage zum regeln des bremsvorgangs bei einem kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2002006102A1
WO2002006102A1 PCT/DE2001/002475 DE0102475W WO0206102A1 WO 2002006102 A1 WO2002006102 A1 WO 2002006102A1 DE 0102475 W DE0102475 W DE 0102475W WO 0206102 A1 WO0206102 A1 WO 0206102A1
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wheel
brake
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slip
braking
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PCT/DE2001/002475
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Armin Arnold
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • B60T8/176—Brake regulation specially adapted to prevent excessive wheel slip during vehicle deceleration, e.g. ABS
    • B60T8/1763—Brake regulation specially adapted to prevent excessive wheel slip during vehicle deceleration, e.g. ABS responsive to the coefficient of friction between the wheels and the ground surface
    • B60T8/17636—Microprocessor-based systems
    • 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
    • B60T8/1755—Brake regulation specially adapted to control the stability of the vehicle, e.g. taking into account yaw rate or transverse acceleration in a curve

Definitions

  • the invention relates to a method for regulating the braking process in a motor vehicle and a brake system operating according to such a method.
  • brake actuation signals are converted into wheel brake pressures, the wheel speeds of at least some of the wheels are transmitted to a control device, a wheel slip is calculated by the control device from the wheel speeds, and a predetermined value for the wheel slip is set.
  • the brake actuation signals are generated either by actuation of the brake pedal by the driver or by a control unit for regulating the driving dynamics or stability.
  • Known anti-lock braking systems (for example EP 0 644 836 B1) regulate the braking pressure of the individual wheels of a motor vehicle in such a way that the wheels are prevented from locking when braking and thus the steerability of the motor vehicle is maintained by applying the wheel braking pressure to the respective grip of the tire adapt to the road surface.
  • This adjustment takes place in that, with the help of brake pressure control valves, the occurrence of inadmissibly high slip causes the brake pressure acting on the individual wheels to be reduced and increased intermittently, and thus discontinuously.
  • EMB systems electromotive brake systems
  • Such braking systems also In addition, the considerable outlay for master brake cylinders, brake pressure lines, etc. of conventional brake systems is greatly reduced or avoided entirely.
  • Wheel of a vehicle which determines a slip actual value and a first manipulated variable in accordance with a comparison between the slip actual value and a slip setpoint for controlling a brake pressure for the wheel, the first manipulated variable also being determined in accordance with the behavior over time of the speed of one or more wheels of the vehicle (DE 199 26 672 AI).
  • the method determines a minimum control variable, compares a control variable determined by a control with the minimum control variable and calculates the control variable with earlier and / or later control variables to a new control variable if the control variable is smaller than the minimum control variable.
  • an anti-lock control system for a vehicle wheel in which the wheel speed and the brake pressure are determined and with the aid of a reference speed slip actual values are formed which are used to regulate the brake pressure on the wheel brake (DE 40 34 814 AI).
  • Control phases and brake pressure control phases alternate, and during the control phases the friction coefficient is continuously determined from the brake pressure and the wheel deceleration. In these phases, the maximum value of the coefficient of friction and additionally the slip value when the maximum coefficient of friction is reached are determined.
  • a slightly smaller target slip value is formed from the slip value, which is given to a slip control as the target slip value in the following control phase.
  • a switch is made to brake pressure control during the control phases beyond a predetermined value, during which a reduced brake pressure is set. After the slip has dropped below the value, an increased brake pressure is applied. and the slip control is activated with the new desired slip if the slip becomes less than a limit value.
  • a vehicle dynamics control system which is also known, has a superordinate vehicle dynamics computer which is followed by a brake controller (DE 43 05 155 AI). This has a channel for regulating the yaw rate to a target value and a channel for limiting the float angle.
  • the computer specifies the setpoint and the limit value and determines which channel is effective based on the driving situation.
  • Both channels generate a control signal, which is routed via a control amplifier with proportional and differential components.
  • a control signal is formed from the resulting signal components, which is used to control the brake pressure on the wheel brakes, the current driving situation in both cases being classified into one of several classes and this classification also being used to determine the wheels on which the brake pressure is controlled ,
  • the invention is based on the object of providing a brake control method and a brake system which, even in the case of EMB systems, enable problem-free control of motor vehicle wheels to predetermined longitudinal slip values, as are desirable, for example, in driving dynamics control. According to the invention, this object is achieved by a method according to saying 1 and a brake system according to claim 6 solved. Appropriate developments of the invention are laid down in the subclaims.
  • the specified value for the wheel slip is set by means of a P control and a set brake pressure which is set in parallel (additionally on loan).
  • Figure 1 shows an electric brake system according to the invention
  • Figure 2 shows the course of the static friction coefficient
  • FIG. 3 shows the course of the coefficient of static friction of a motor vehicle wheel on a road in the transverse direction as a function of longitudinal slip
  • FIG. 4 measurement results of a first variant of the control method according to the invention
  • FIG. 5 measurement results of a second variant of the control method according to the invention
  • FIG. 6 shows a flow chart of a program processed by the control unit of the brake system according to FIG. 1.
  • a brake system 1 for a motor vehicle MV with four wheels 2 includes four brakes 3, each having a brake disc 4 and an actuating device in the form of a wheel brake actuator 5, also referred to below as an actuator.
  • the actuators 5 are each attached to an associated brake caliper 6. They each contain a pressure sensor, not shown. Near the rigid with the wheel 2 connected brake disc 4, a wheel speed sensor 7 is arranged.
  • a central electronic control unit 8 contains a first computer 9, which controls the basic braking function, and a second computer 10, which controls additional braking functions, such as ABS, vehicle dynamics control, etc.
  • the control unit 8 is connected to the sensors and actuators mentioned by signal and control lines 11, which are indicated in the drawing by a dashed line.
  • a steering wheel 12 has a steering angle sensor, the signals of which are transmitted to the control unit 8 via signal lines 16.
  • a brake pedal 14 has one or more sensors, for example displacement and pressure sensors, which are also connected to the control unit 8 by one of the signal lines 16. These sensors are not shown since they are generally known and would make the drawing confusing.
  • the motor vehicle MV is provided with a yaw rate sensor 18 and a lateral acceleration sensor 19, which are connected to the control unit 8 via signal lines 20. These last two sensors can be omitted in the event that the invention is only used in an ABS system.
  • the control unit 8 evaluates the signals received via the signal lines 11, 16 and 20 and then generates control signals for each of the brakes 3 of the motor vehicle MV in a manner to be described below.
  • ⁇ denotes the coefficient of static friction between the wheel and the road.
  • the curves shown show a maximum depending on the slip angle of the tire at around 10% slip. If this maximum is exceeded due to hard braking, the tire is operated on the unstable side of the ⁇ slip curve and the wheel locks (without immediate brake pressure reduction). A conventional ABS system would try to use the maximum if possible.
  • the cornering force can be reduced in a targeted manner by setting an even greater longitudinal slip.
  • brake pressure or braking force control is required, which works reliably in this slip area. Expressions such as brake pressure and braking force, brake application force and the like are equally important in the context of the invention, since their values on a wheel brake differ only by a constant factor.
  • a controller 21 contained in the computer 10 - and thus the control method according to the invention - has a P component (ie the controller 21 is designed as a proportional controller) and optionally also a D component (the controller 21 is also a differential controller).
  • the control deviation is not integrated, as is the case with a conventional I controller (integral controller). Instead of a complete waiver, a very low I component can optionally be retained. Through this waiver, the Control stability increased, since there is no I component phase-delayed by ⁇ / 2 compared to the control deviation.
  • Access to the brake actuation represents, it overlaps the control of the wheel slip, so to speak.
  • the setpoint pressure requirement can also be made dependent on other operating variables or measured values. Changes to it may be made continuously or discontinuously.
  • the value M mo ⁇ t ⁇ e ntan is preferably determined from the torque balance on the wheel.
  • the braking torque Bre ms r caused by the brake, the wheel accelerations ⁇ and the wheel inertia ⁇ are included in the equation.
  • the torque introduced by the drive and its proportionate inertia can also be included. In the simplest case, the equation is:
  • the calculated value M can currently a corresponding brake application force or brake pressure are assigned, which causes the value of M mornent exactly directed counter braking torque. If this pressure could be set without delay and infinitely precisely, the wheel would remain in its state without further speed changes.
  • the target pressure requirement is calculated as a substitute value instead of an I component.
  • the control deviation ⁇ is determined by forming the difference between the wheel speed v Ra and its target value:
  • a proportional-derivative controller short PD controller, which calculates a regulator setpoint pressure P R egier, which is calculated from the sum of P component and D component Pproportionai PDifferentxai:
  • the desired pressure ps o ii adjusted to the brake is determined as a sum of yaw Pmomentan and a controller setting p Re:
  • the instantaneous value of the pressure p m0 mentan is continuously approximately estimated or estimated here.
  • a correction pressure p correction is set in predetermined driving situations or tracked integratively. To do this, if a slip threshold is exceeded (for example 10%), a start value for the correction pressure Pcorrection_start is set by equating P correction_start with P momentary at this moment. Since ⁇ through a meaningful start value is set quickly:
  • the value is then tracked integratively when specified conditions are met.
  • the value should only be increased (or decreased) if the wheel turns too quickly (or too slowly) by a minimum amount ⁇ m ⁇ ndest and the current pressure setpoint would not be sufficient without taking the (only damping) D component into account slow down (or accelerate). Suitable conditions for this are given below in a mathematical representation.
  • Ki selectable factor
  • the instantaneous value of the pressure P moment is approximately determined or estimated here depending on the situation.
  • the measurement results of this variant B) can be seen in FIG. 5, which also shows the time course of the wheel speed, the reference speed, the actual braking pressure and the target braking pressure.
  • the D component is set to the same size in process variants A) and B).
  • the P component in variant A) is chosen to be somewhat smaller than in variant B), since the increase in the coefficient of friction curve is already compensated for by the feedback of the currently transmitted moments, i.e. the
  • the coefficient of friction curve is simultaneously “measured” and included in the target pressure.
  • the invention represents a brake system with penetration which works in parallel with a controller known per se, for example a PD controller, in order to carry out effective wheel slip control.
  • a controller known per se, for example a PD controller
  • suitable values for the grip are determined from the moment balance on the wheel.
  • the flow chart shown in FIG. 6 of a program executed by the control unit 8 of the brake system 1 has the following program steps:
  • control unit 8 The following sensor variables are evaluated in control unit 8: wheel speeds and brake pressures, possibly also steering angle, yaw rate and lateral acceleration.
  • step S2 The desired wheel speed and the control deviation are calculated.
  • step S3 You are asked whether the wheel should be braked. If the result is "yes”, step S4 follows, if the result is "no", then a jump follows to step S6.
  • step S4 A query is made as to whether the slip is greater than the maximum adhesion. If the result is "yes”, step S5 follows, if the result is "no”, then a jump to step S6 follows.
  • S5 The torque transmitted from the ground to the wheel is calculated from the moment balance on the wheel.
  • S6 A different control algorithm, in particular a time-dependent, for example an integrating, control algorithm is processed (explanation in this regard after the end of the program). Then there is a jump to step S9.
  • S7 A brake application force (actuating force) compensating the torque transmitted from the surface to the wheel is calculated.
  • S8 An additional brake application force, which has been determined by the PD controller 21, is added to this brake application force.
  • S9 The resulting target pressure values for the individual wheels are output to the associated wheel brake actuators.
  • the deviating control algorithm mentioned in step S6 can use a conventional ABS algorithm in the event that the wheel should not be braked. If, on the other hand, the wheel is to be braked, but is actually not or is no longer braked, the control algorithm in S6 ensures that the target pressure is increased rapidly in such a way that the wheel is braked as desired.
  • the setpoint pressure increase is calculated, for example, as a function of the elapsed time or the observed wheel behavior.
  • Known braking and ABS algorithms are generally time-dependent, whereas the method according to the invention also works in the over-braking phase without a time dependency. This completes a program run. The program is continuously processed again with every braking operation or every driving dynamics control. It provides optimized braking effects for different road surface conditions and, if necessary, effectively prevents the motor vehicle from breaking out or skidding in critical driving situations.

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Abstract

Durch ein Steuergerät (8) wird aus Raddrehzahlen, die von Drehzahlsensoren (6) erfasst werden, ein Radschlupf berechnet. Ein vorgegebener Wert für den Radschlupf wird durch eine P-Regelung geregelt. Parallel dazu wird ein Sollbremsdruck für die Radbremsen (3) festgelegt, der durch das Steuergerät (8) anhand des momentan von dem jeweiligen Rad (2) auf den Untergrund übertragenen Raddrehmomentes (M¿momentan?) bestimmt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Bremsanlage zum Regeln des Bremsvorgangs bei einem Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Bremsvorgangs bei einem Kraftfahrzeug und eine nach einem derartigen Verfahren arbeitende Bremsanlage. Bei einem solchen Verfahren werden Bremsbetätigungssignale in Radbremsdrücke umgesetzt, werden die Raddrehzahlen mindestens eines Teils der Räder an ein Steuergerät übermittelt, wird durch das Steuergerät aus den Raddrehzahlen ein Radschlupf berechnet und wird ein vorgegebener Wert für den Radschlupf eingestellt. Die Bremsbetätigungssignale werden entweder durch Betätigungen des Brems- pedals durch den Fahrer oder durch ein Steuergerät zur Fahrdynamik- oder Fahrstabilitätsregelung erzeugt.
Bekannte Antiblockiersysteme (beispielsweise EP 0 644 836 Bl) regeln den Bremsdruck der einzelnen Räder eines Kraftfahr- zeugs derart, daß ein Blockieren der Räder beim Bremsen verhindert und damit die Lenkfähigkeit des Kraftfahrzeugs erhalten bleibt, indem sie den Radbremsdruck an die jeweilige Haftung des Reifens auf der Fahrbahn anpassen. Dieses Anpassen erfolgt dadurch, daß mit Hilfe von Bremsdrucksteuerventilen beim Auftreten von unzulässig hohem Schlupf der auf die einzelnen Räder wirkende Bremsdruck intermittierend - und somit diskontinuierlich - abgesenkt und wieder erhöht wird.
Eine neuere Entwicklung stellen elektromotorisch betätigte Bremsanlagen - sogenannte EMB-Systeme - dar, die die Sicherheit und den Komfort des Betriebs von Kraftfahrzeugen verbessern und die sich insbesondere für den Einsatz von Fahrdynamikregel- und Fahrstabilitätssystemen, Traktionskontrollen, "intelligente" Fahrgeschwindigkeitsregler usw. eignen (siehe z. B. DE 198 13 194 C2) . Durch solche Bremsanlagen wird au- ßerdem der erhebliche Aufwand für Hauptbremszylinder, Bremsdruckleitungen usw. herkömmlicher Bremssysteme stark verringert oder ganz vermieden.
Bekannt ist ein Verfahren zur Regelung des Schlupfes eines
Rades eines Fahrzeugs, das einen Schlupfistwert und eine erste Stellgröße nach Maßgabe eines Vergleiches zwischen dem Schlupfistwert und einem Schlupfsollwert zur Ansteuerung eines Bremsdruckes für das Rad ermittelt, wobei die erste Stellgröße auch nach Maßgabe des zeitlichen Verhaltens der Geschwindigkeit eines oder mehrerer Räder des Fahrzeugs ermittelt wird (DE 199 26 672 AI) . Zur Aufbereitung einer Ansteuergröße zur Ansteuerung eines Ventils bestimmt das Verfahren eine Minimalansteuergröße, vergleicht eine von einer Steuerung ermittelte Ansteuergröße mit der Minimalansteuergröße und verrechnet die Ansteuergröße mit früheren und/oder späteren Ansteuergrößen zu einer neuen Ansteuergröße, wenn die Ansteuergröße kleiner als die Minimalansteuergröße ist.
Bekannt ist auch ein Antiblockierregelsystem für ein Fahrzeugrad bekannt, bei dem die Radgeschwindigkeit und der Bremsdruck ermittelt und unter Zuhilfenahme einer Referenzgeschwindigkeit Schlupfistwerte gebildet werden, die zur Regelung des Bremsdrucks an der Radbremse ausgenutzt werden (DE 40 34 814 AI) . Dabei wechseln sich Regelphasen und Bremsdrucksteuerphasen ab, und während der Regelphasen wird aus dem Bremsdruck und der Radverzögerung laufend der Reibbeiwert ermittelt. In diesen Phasen wird jeweils der Maximalwert des Reibbeiwerts und zusätzlich der Schlupfwert bei Erreichen des maximalen Reibbeiwerts ermittelt. Aus dem Schlupfwert wird jeweils ein etwas kleinerer Sollschlupfwert gebildet, der in der folgenden Regelphase einem Schlupfregier als Sollschlupfwert vorgegeben wird. Bei Anwachsen des Radschlupfs wird während den Regelphasen über einen vorgegebenen Wert hinaus auf Bremsdrucksteuerung umgeschaltet, während der ein verminderter Bremsdruck eingestellt wird. Nach Absinken des Schlupfs unter den Wert wird ein erhöhter Bremsdruck einge- stellt, und der Schlupfregier wird mit dem neuen Sollschlupf wirksam gemacht, wenn der Schlupf kleiner als ein Grenzwert wird.
Ein ebenfalls bekanntes Fahrdynamikregelungssystem weist einen übergeordneten Fahrdynamikrechner aufweist, dem ein Bremsenregler nachgeschaltet ist (DE 43 05 155 AI) . Dieser weist einen Kanal zur Regelung der Giergeschwindigkeit auf einen Sollwert und einen Kanal zur Begrenzung des Schwimmwinkels auf. Der Rechner gibt den Sollwert und den Grenzwert vor und bestimmt aufgrund der Fahrsituation, weicher Kanal wirksam ist. Beide Kanäle erzeugen ein Regelsignal, das über einen Regelverstärker mit Proportional- und Differentialanteil geleitet wird. Aus den entstehenden Signalanteilen wird ein Stellsignal gebildet, das zur Steuerung des Bremsdrucks an den Radbremsen benutzt wird, wobei die augenblickliche Fahrsituation in beiden Fällen in eine von mehreren Klassen eingeordnet wird und diese Einordnung mit zur Festlegung der Räder dient, an denen der Bremsdruck gesteuert wird.
Insbesondere im Rahmen einer Fahrdynamikregelung ist es erwünscht, ein Rad auf einen vorgegebenen Längsschlupfwert einzuregeln. Dieser kann durchaus auch jenseits des Haftmaximums des Reifens, also im instabilen Bereich der Haftreibungs- o- der μ-Kurve, liegen, um so die Seitenführung des Rades deutlich zu reduzieren. Herkömmliche PID-Regler, wie sie in bekannten ABS-Anlagen verwendet werden, können bei einer elektromotorisch betätigten Bremsen und vor allem jenseits des Haftmaximums Schwierigkeiten bereiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Bremsregelverfahren und eine Bremsanlage zu schaffen, die auch bei EMB- Systemen ein einwandfreies Regeln von Kraftfahrzeugrädern auf vorgegebene Längsschlupfwerte, wie sie zum Beispiel bei einer Fahrdynamikregelung wünschenswert sind, ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach An- spruch 1 und eine Bremsanlage nach Anspruch 6 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü- cheh niedergelegt. Der vorgegebene Wert für den Radschlupf wird durch eine P-Regelung und einen parallel dazu (zusätz- lieh) festgelegten Sollbremsdruck eingestellt.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere in dem geringen Aufwand, der für ihre praktische Anwendung erforderlich ist. Außerdem hat sich herausgestellt, dass mit ihr auch An- tiblockiersysteme merklich verbessert werden können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße elektrische Bremsanlage; Figur 2 den Verlauf des Haftreibungskoeffizienten eines
Kraftfahrzeugrades auf einer Fahrbahn in Längsrichtung als Funktion des Längsschlupfes, Figur 3 den Verlauf des Haftreibungskoeffizienten eines Kraftfahrzeugrades auf einer Fahrbahn in Querrichtung als Funktion des Längsschlupfes, Figur 4 Messergebnisse einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Regelverfahrens, Figur 5 Messergebnisse einer zweiten Variante des erfin- dungsgemäßen Regelverfahrens, und
Figur 6 ein Ablaufdiagramm eines durch das Steuergerät der Bremsanlage nach Figur 1 abgearbeiteten Programms.
Eine Bremsanlage 1 (Figur 1) für ein Kraftfahrzeug MV mit vier Rädern 2 schließt vier Bremsen 3 ein, die je eine Bremsscheibe 4 und eine Betätigungsvorrichtung in Gestalt eines Radbremsaktuators 5, im folgenden auch als Aktuator bezeichnet, aufweisen. Die Aktuatoren 5 sind an je einem zugehörigen Bremssattel 6 befestigt. Sie enthalten jeweils einen nicht dargestellten Drucksensor. In der Nähe der starr mit dem Rad 2 verbundenen Bremsscheibe 4 ist jeweils ein Raddrehzahlsensor 7 angeordnet.
Ein zentrales elektronisches Steuergerät 8 enthält einen ers- ten Rechner 9, der die Grundbremsfunktion steuert, sowie einen zweiten Rechner 10, der Zusatzbremsfunktionen, wie ABS, Fahrdynamikregelung usw. steuert. Das Steuergerät 8 ist durch Signal- und Steuerleitungen 11, die in der Zeichnung durch eine gestrichelte Linie angedeutet sind, mit den genannten Sensoren und Aktuatoren verbunden.
Ein Lenkrad 12 weist einen Lenkwinkelsensor auf, dessen Signale über Signalleitungen 16 an das Steuergerät 8 übermittelt werden. Ein Bremspedal 14 weist einen oder mehrere Sensoren, zum Beispiel Weg- und Drucksensoren, auf, die ebenfalls mit dem Steuergerät 8 durch eine der Signalleitungen 16 verbunden sind. Diese Sensoren sind nicht dargestellt, da sie allgemein bekannt sind und die Zeichnung unübersichtlich machen würden.
Das Kraftfahrzeug MV ist schließlich mit einem Giergeschwindigkeitssensor 18 und einem Querbeschleunigungssensor 19 versehen, die über Signalleitungen 20 mit dem Steuergerät 8 verbunden sind. Diese letzten beiden Sensoren können im Falle, dass die Erfindung nur bei einem ABS-System angewendet wird, entfallen.
Das Steuergerät 8 wertet die über die Signalleitungen 11, 16 und 20 empfangenen Signale aus und erzeugt daraufhin in einer noch zu beschreibenden Weise Steuersignale für jede einzelne der Bremsen 3 des Kraftfahrzeugs MV.
Aus Figur 2 ist das typische Verhalten eines Kraftfahrzeugreifens auf einer Fahrbahn dargestellt. Sogenannte μ-Schlupf-Kurven geben die zwischen dem Reifen und der Fahrbahn in Längs- oder Fahrtrichtung durch Reibung übertragbare Kraft in Abhängigkeit von dem Längsschlupf wieder, und zwar für verschiedene Schräglaufwinkel = 0°, 2°, 4°, ..., 14°. Mit μ wird bekanntlich der Haftreibungskoeffizient zwischen Rad und Fahrbahn bezeichnet.
Die dargestellten Kurven zeigen ein je nach Schräglaufwinkel des Reifens ausgeprägtes Maximum bei etwa 10 % Schlupf. Wird durch starkes Bremsen dieses Maximum überschritten, so wird der Reifen auf der instabilen Seite der μ-Schlupf-Kurve be- trieben und es kommt (ohne sofortige Bremsdruckreduktion) zum Blockieren des Rades. Eine übliche ABS-Anlage würde versuchen, möglichst das Maximum auszunutzen.
Soll jedoch auch das Fahrverhalten beeinflusst werden, wie es zum Beispiel bei einer Fahrdynamikregelung notwendig ist um ein Schleudern oder Ausbrechen eines Kraftfahrzeugs zu verhindern, so kann durch das Einstellen eines noch größeren Längsschlupfes die Seitenführungskraft gezielt verkleinert werden. Dies ist aus Figur 3 ersichtlich. Um das Fahrverhal- ten derart beeinflussen zu können ist allerdings eine Bremsdruck- oder Bremskraftregelung nötig, die in diesem Schlupfbereich zuverlässig arbeitet. Ausdrücke wie Bremsdruck und Bremskraft, Bremszuspannkraft und dergleichen sind im Rahmen der Erfindung gleich bedeutend, da sich ihre Werte an einer Radbremse nur durch einen konstanten Faktor unterscheiden.
Ein in dem Rechner 10 enthaltener Regler 21 - und damit das erfindungsgemäße Regelverfahren - weist einen P-Anteil (d. h. der Regler 21 ist als Proportionalregler ausgebildet) und wahlweise auch einen D-Anteil auf (der Regler 21 ist außerdem ein Differentialregler) . Auf ein Integrieren der Regelabweichung, wie es bei einem herkömmlichen I-Regler (Integralregler) stattfindet, wird hier verzichtet. An Stelle eines vollständigen Verzichts kann wahlweise auch ein sehr geringer I- Anteil beibehalten bleiben. Durch diesen Verzicht wird die Regelstabilitat vergrößert, da ein um π/2 gegenüber der Regelabweichung phasenverzogerter I-Anteil nicht vorhanden ist.
Durch den nicht vorhandenen I-Anteil wäre, wenn keine weite- ren Maßnahmen getroffen wurden, mit einer inakzeptabel großen stationären Regelabweichung zu rechnen. Daher erfolgt zeitlich parallel zu der PD-Regelung eine Solldruckanforderung, die unter Berücksichtigung des momentan von dem Rad auf die Fahrbahnoberflache übertragenen Momentes Momentan bestimmt wird. Diese zusatzliche Solldruckanforderung stellt einen
Durchgriff auf die Bremsbetatigung dar, sie überlagert sozusagen die Regelung des Radschlupfes. Die Solldruckanforderung kann auch noch von weiteren Betriebsgroßen oder Messwerten abhangig gemacht werden. Änderungen an ihr dürfen stetig oder unstetig erfolgen.
Der Wert Mmoιtιentan wird vorzugsweise aus der Drehmomentenbilanz an dem Rad bestimmt. In die Gleichung gehen ein das von der Bremse verursachte Bremsmoment Bremsr die Radbeschleunigungen ω sowie die Radtragheiten Θ . Es können auch noch das durch den Antrieb eingebrachte Drehmoment sowie dessen anteilige Trägheit mit einbezogen werden. Im einfachsten Fall lautet die Gleichung:
momentan = -MBremse + ώ • Θ ( I )
Dem hiermit berechneten Wert Mmomentan kann eine entsprechende Zuspannkraft oder Bremsdruck zugeordnet werden, die ein dem Wert Mmornent genau entgegengerichtetes Bremsmoment verursacht. Konnte dieser Druck ohne Zeitverzogerung und unendlich genau eingestellt werden, wurde das Rad ohne weitere Drehzahlanderungen in seinem Zustand verharren.
Mit dieser Zuspannkraft wird hier die Bremsregelung ergänzt, indem durch sie der sonst übliche I-Anteil der Regelung direkt ersetzt wird, oder aber indem mit ihr eine zusätzliche
Solldruckanforderung als Ersatzwert an Stelle eines I-Anteils berechnet wird.
Die Art und Weise, wie Korrekturen an dieser zusätzlichen Solldruckanforderung erfolgen sollen, kann insbesondere noch abhängig gemacht werden von der Regelabweichung und von Vergleichen zwischen dem Momentanmoment Mmomentan und den derzeitigen Bremsmomentanforderungen durch die Regelung.
Es werden nun zwei Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert, die besonders geeignet sind, einen Reifen vor allem jenseits des Haftmaximums auf einen bestimmten Sollschlupfwert Ssoii zu regeln, wobei sSoιι grundsätzlich zwischen null und eins entsprechend 0% und 100% liegen kann. Die ersten Verfahrensschritte beider Varianten unterscheiden sich nicht .
Es wird die Regelabweichung Δ bestimmt, indem die Differenz zwischen der Radgeschwindigkeit vRa und deren Sollwert gebildet wird:
Δ = [ (1 - Ss0ιι) * VFahrzeug] ~ VRad (II)
Auf diese Regelabweichung wirkt in beiden Fällen ein Propor- tional-Differential-Regler, kurz PD-Regler, der einen Reglersolldruck PRegier berechnet , der sich aus Summe von P-Anteil Pproportionai und D-Anteil PDifferentxai berechnet :
DRegler — PDifferentxai + PProportional (III)
Es wird vorausgesetzt, daß das Bremsmoment MBrese und der Bremsdruck p (oder die entsprechende Zuspannkraft der Bremse) über einen Proportionalitätsfaktor k zusammenhängen: ^Bremse = p * k (wobei p > 0 und k<0) (IV)
Damit wird ein Druck Pmomentan errechnet, der den momentanen Schlupfzustand beibehalten würde, d.h. zu einer verschwindenden Raddrehzahlableitung führen würde, beruhend auf der Gleichung (I) :
1 1
Pmomentan = ' Mmomentan = " (~ MBremse + • θ) ( V )
Zweckmäßigerweise wird Pmomentan gefiltert, da die Werte der Raddrehzahlableitungen verrauscht sind.
Nun unterscheiden sich die zwei Varianten A) und B) des Re- gelverfahrens .
A) In einer ersten, einfacheren Variante des Bremsregelverfahrens wird der an der Bremse einzustellende Solldruck psoii als Summe von Pmomentan und einer Reglervorgabe pRegier bestimmt:
Psoll — Pmomentan + PRegler (VI)
Der Momentanwert des Drucks pm0mentan wird hier kontinuierlich näherungsweise ermittelt oder geschätzt.
Das Messergebnis dieser Variante A) ist aus Figur 4 ersichtlich, in der der zeitliche Verlauf der Radgeschwindigkeit, der Referenzgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs G, des Ist- Bremsdrucks und des Soll-Bremsdrucks dargestellt sind.
B) In einer zweiten Variante des Bremsregelverfahrens wird ein Korrekturdruck pKθrrektur in vorgegebenen Fahrsituationen gesetzt oder integrativ nachgeführt. Dazu wird bei Überschreiten einer Schlupfschwelle (zum Beispiel 10%) ein Start- wert für den Korrekturdruck Pkorrektur_start festgelegt , indem in diesem Moment Pkorrektur_start mit Pmomentan gleichgesetzt wird . Da¬ durch wird schnell ein sinnvoller Startwert festgelegt :
Pkorrektur Start = Pmomentan (VII)
Anschließend wird der Wert integrativ nachgeführt, wenn vorgegebene Bedingungen erfüllt sind. Der Wert soll nur dann erhöht (oder erniedrigt) werden, wenn das Rad sich um einen Mindestbetrag Δmιndest zu schnell (beziehungsweise zu langsam) dreht und der derzeitige Drucksollwert ohne Berücksichtigung des (nur dämpfenden) D-Anteils nicht ausreichen würde, das Rad zu verlangsamen (beziehungsweise zu beschleunigen) . Geeignete Bedingungen hierfür sind nachfolgend in mathemati- scher Darstellung angegeben. Das entstehende Integral wird mit einem wählbaren Faktor Ki gewichtet :
Pkorrektur = Pkorrektur_Start ~*~ ' " J IPmomentan " (Pkorrektur " " P Proportional >i * ( VI I I )
wobei die Integration nur unter der Bedingung weitergeführt wird:
Δ > ' Ammdest & Pmomentan — ( Pkorrektur "•" PProportional ) — 0 OCter : Δ < — Δmαnciest & Pmomentan — ( Pkorrektur ' PProportional — 0
(wobei gilt: Δmιndest > 0)
Die meiste Zeit wird Pkorrektur also, bei erfindungsgemäßer Funktion des Verfahrens, konstant gehalten werden.
Der Solldruck ist nun: Psoll = Pkorrektur + PRegler ( IX )
Der Momentanwert des Drucks Pmomentan wird hier situationsbedingt näherungsweise ermittelt oder geschätzt. Die Messergebnisse dieser Variante B) sind aus Figur 5 ersichtlich, in der ebenfalls der zeitliche Verlauf der Radgeschwindigkeit, der Referenzgeschwindigkeit, des Ist- Bremsdrucks und des Soll-Bremsdrucks dargestellt sind.
- Anmerkung: Der D-Anteil ist in den Verfahrensvarianten A) und B) gleich groß eingestellt. Der P-Anteil ist in Variante A) etwas kleiner gewählt als in Variante B) , da hier die Ü- berhöhung der Reibwertkurve bereits durch die Rückführung der momentan übertragenen Momente kompensiert wird, d.h. die
Reibwertkurve wird simultan „vermessen" und in den Solldruck eingerechnet .
Abschließend kann festgestellt werden, dass die Erfindung ein Bremssystem mit Durchgriff darstellt, das parallel zu einem an sich bekannten Regler, zum Beispiel einem PD-Regler, arbeitet, um eine wirksame Radschlupfregelung durchzuführen. Neu ist einerseits, daß ein derartiges Verfahren zur Radschlupfregelung herangezogen wird, und andererseits, dass ge- eignete Werte für den Durchgriff aus der Momentenbilanz am Rad bestimmt werden.
Das aus Figur 6 ersichtliche Ablaufdiagramm eines durch das Steuergerät 8 der Bremsanlage 1 abgearbeiteten Programms weist folgende Programmschritte auf:
Sl: Es werden folgende Sensorgrößen in dem Steuergerät 8 ausgewertet: Raddrehzahlen und Bremsdrücke, gegebenenfalls auch Lenkwinkel, Giergeschwindigkeit und Querbeschleuni- gung.
S2: Es wird die gewünschte Radgeschwindigkeit und die Regelabweichung berechnet. S3: Es wird abgefragt, ob das Rad überbremst werden soll. Ist das Ergebnis „ja", dann folgt Schritt S4, ist das Ergeb- nis „nein", dann folgt ein Sprung zu Schritt S6. S4: Es wird abgefragt, ob der Schlupf größer als das Haftmaximum ist. Ist das Ergebnis „ja", dann folgt Schritt S5, ist das Ergebnis „nein", dann folgt ein Sprung zu Schritt S6. S5: Es wird das von dem Untergrund auf das Rad übertragene Drehmoment aus der Momentenbilanz am Rad berechnet. S6: Es wird an abweichender Regelalgorithmus, insbesondere ein zeitabhängiger, zum Beispiel ein integrierender, Regelalgorithmus abgearbeitet (Erläuterung hierzu nach dem Ende des Programms) . Danach erfolgt ein Sprung zu Schritt S9. S7: Es wird eine das von dem Untergrund auf das Rad übertragene Drehmoment kompensierende Brems-Zuspannkraft (Betätigungskraft) berechnet. S8: Zu dieser Brems-Zuspannkraft wird eine zusätzliche Brems- Zuspannkraft addiert, die durch den PD-Regler 21 ermittelt worden ist. S9: Die sich daraus für die einzelnen Räder ergebenden Solldruckwerte werden an die zugehörigen Radbremsaktuatoren ausgegeben.
S10: Daraufhin erfolgt die Reaktion des Kraftfahrzeugs.
Der in Schritt S6 erwähnte abweichende Regelalgorithmus kann, in dem Fall, dass das Rad nicht überbremst werden soll, ein herkömmlicher ABS-Algorithmus ein. Soll das Rad hingegen ü- berbremst werden, ist es aber tatsächlich noch nicht oder nicht mehr überbremst, bewirkt der Regelalgorithmus in S6, dass der Solldruck zügig derart erhöht wird, dass das Rad wie gewünscht überbremst wird. Die Solldruckerhöhung wird zum Beispiel in Abhängigkeit von der verstrichenen Zeit oder von dem beobachteten Radverhalten berechnet. Bekannte Brems- und ABS-Algorithmen sind allgemein zeitabhängig, wohingegen das erfindungsgemäße Verfahren in der Überbremsphase auch ohne eine Zeitabhängigkeit funktioniert. Ein Programmdurchlauf ist damit beendet. Das Programm wird bei jedem Bremsvorgang oder jeder Fahrdynamikregelung laufend erneut abgearbeitet. Es ergibt bei unterschiedlichen Fahrbahnbeschaffenheiten optimierte Bremswirkungen und verhindert falls erforderlich ein Ausbrechen oder Schleudern des Kraftfahrzeugs bei kritischen Fahrsituationen in wirksamer Weise.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Regeln des Bremsvorgangs bei einem Kraftfahrzeugs, indem - Bremsbetätigungssignale in Bremszuspannkräfte umgesetzt werden,
- die Raddrehzahlen mindestens eines Teils der Räder an ein Steuergerät übermittelt werden,
- durch das Steuergerät aus den Raddrehzahlen ein Radschlupf berechnet wird, und ein vorgegebener Wert für den Radschlupf eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet,
- dass der vorgegebene Wert für den Radschlupf durch eine P- Regelung und einen parallel dazu festgelegten Sollbrems- druck eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Wert für den Radschlupf durch eine PD- Regelung eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Wert für den Radschlupf durch eine PI- Regelung mit einem sehr geringen I-Anteil eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollbremsdruck anhand des momentan von dem Rad auf den Untergrund übertragenen Raddrehmomentes (Mm0mentan) bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das momentan von dem Rad auf den Untergrund übertragene Raddrehmoment aus der Momentenbilanz an dem Rades bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das momentan von dem Rad auf den Untergrund übertragene Rad- drehmoment nach der Gleichung Mmomentan = -MBremse + ώ • Θ bestimmt wird, worin MBrems das von der Bremse verursachte Bremsmoment, ώ die Radbeschleunigungen und Θ die Radträgheiten sind, und dass mit einem diesem übertragenen Raddrehmoment entsprechen- den Radbremsdruck der festgelegte Sollbremsdruck berechnet wird, mit dem in die Bremsregelung eingegriffen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einstellen der Regelung auf einen über dem Maximum des Haftreibungskoeffizienten liegenden Längsschlupfes die Seitenführungskraft des Rades verkleinert und damit das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs stabilisiert wird.
8. Bremsanlage (1) mit Regelung des Bremsvorgangs bei einem Kraftfahrzeug (MV) , mit Raddrehzahlsensoren (6), durch die die Drehzahlen der Räder (2) des Kraftfahrzeugs erfasst und an ein Steuergerät übermittelt werden, mit einem Steuergerät (8), durch das Sensorsignale ausge- wertet, aus den Raddrehzahlen Schlupfwerte der einzelnen Räder berechnet und Steuersignale für die Radbremsen (3) erzeugt werden, und - mit Bremsaktuatoren (5), durch die die Steuersignale in Betätigungen der Radbremsen umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (8) einen Regler (21) enthält, der als P-Regler ausgebildet ist und durch den ein vorgegebener Wert für den Radschlupf geregelt wird, und dass durch das Steuergerät (8) ein Sollbremsdruck ermit- telt und mit diesem zusätzlich zu der Regelung der Bremsdruck an den Radbremsen (3) eingestellt wird.
9. Bremsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollbremsdruck durch das Steuergerät (8) anhand des mo- mentan von dem jeweiligen Rad (2) auf den Untergrund übertragenen Raddrehmomentes (Mm0mentan) bestimmt wird.
10. Bremsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das momentan von dem jeweiligen Rad (2) auf den Untergrund übertragene Raddrehmoment durch das Steuergerät (8) aus der Momentenbilanz an dem Rad (2) bestimmt wird.
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