DE4446534A1 - Fahrdynamikregelsystem - Google Patents

Fahrdynamikregelsystem

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    • B60T2270/00—Further aspects of brake control systems not otherwise provided for
    • B60T2270/86—Optimizing braking by using ESP vehicle or tire model

Description

Stand der Technik
Systeme zur Regelung der Fahrdynamik von Kraftfahrzeugen sind aus dem Stand der Technik in vielerlei Modifikationen bekannt. Hierbei werden im allgemeinen aus Meß- und Schätzgrößen Sollgrößen bestimmt, deren Einregelung mit Hilfe von individuell einstellbaren Bremsmomenten an den Radbremsen zur Stabilisierung des Fahrverhaltens beitragen. Hierbei wird im allgemeinen als Meßgröße die Radgeschwindigkeit der Räder, die Giergeschwindigkeit und der Lenkwinkel des Fahrzeugs verwendet.
Aus der DE-OS 43 05 155 ist ein modulares Fahrdynamikregelungssystem bekannt, daß hierarchisch organisiert ist und sich in einen Fahrdynamikrechner mit den unterlagerten Modulen Bremsenregelung und in weiterer Ausbildung Hinterachslenkung gliedert. Diesen Modulen sind die Stellsysteme Radregler und hydraulische Hinterachslenkung untergeordnet. Durch solche Fahrdynamikregelungssysteme wird vor allem der untrainierte Fahrer bei kritischen Fahrsituationen unterstützt. Das Fahrzeug wird auch bei extremen Situationen stabilisiert, die Abbremsung kann bei kritischen Situationen selbständig, das heißt ohne daß der Fahrer das Bremspedal bedient, erfolgen. In der DE-OS 43 05 155 wird die Giergeschwindigkeit, das heißt die Bewegung des Fahrzeugs um die Fahrzeughochachse, geregelt. Wird ein niedriger Reibwert der Fahrbahn detektiert, so wird der Sollwert für die Giergeschwindigkeit kurzzeitig verringert. Bei hoher Regeldifferenz erfolgt ein aktiver Bremseingriff.
Beim Gegenstand der DE-OS 42 22 958 werden vier fahrdynamische Situationen, in der sich ein Fahrzeug augenblicklich befinden kann, nämlich Split-Bremsung, Kurvenfahrt, Spurwechsel und Geradeausfahrt erkannt. Zum Erkennen dieser vier Fahrsituationen liegen folgende vier Meßsignale vor: Vorderradlenkwinkel, Fahrzeuggeschwindigkeit, linker und rechter Vorderradbremsdruck. Aus diesen vier Meßsignalen werden verschiedene Größen abgeleitet, aus denen sich Anhaltspunkte zur Unterscheidung der obengenannten Situationen ergeben. Je nach erkannter Fahrsituation werden unterschiedliche eigene Regelstrategien durch verschiedene Regler gewählt.
Ebenso ist aus der DE-OS 42 21 030 ein Verfahren zum Erkennen der Fahrsituation bei einem Fahrzeug bekannt, bei dem durch Auswertung einer möglichst geringen Anzahl im Fahrzeug zur Verfügung stehender Meßsignale online die momentan vorliegende Fahrsituation erkannt wird. Dies geschieht durch Einsatz von Fuzzy-Logik. Auch hier werden je nach erkannter Situation (gebremste Kurvenfahrt, µ-Split) eigene Regelstrategien durch verschiedene Regler der Situation angepaßt.
Aus der DE-OS 41 21 954 ist ein Verfahren zur Gewinnung der Giergeschwindigkeit und/oder Quergeschwindigkeit bekannt.
Gemessen wird hierzu der Lenkwinkel des Fahrzeugs und die Querbeschleunigung.
Verfahren zur Schleudererkennung innerhalb eines Fahrdynamikregelsystems sind beispielsweise aus der DE-OS 38 27 883 und der DE-OS 42 19 750 bekannt.
Konventionelle Antiblockiersysteme für Personenkraftwagen oder Nutzkraftwagen sind beispielsweise aus "Kraftfahrtechnisches Taschenbuch", 21. Auflage, 1991, Seite 610 bis 619 und Seite 639 bis 643 bzw. "Automotive Handbook", Third Edition, 1993, Seiten 610 bis 619 und Seiten 639 bis 643 bekannt. Aus diesem Stand der Technik sind auch unterschiedliche Systeme zur Steuerung bzw. Regelung des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs bekannt (Seite 536 bis 559). Hierzu gehören beispielsweise bekannte Antriebsschlupfregelungssysteme und Getriebesteuerungssysteme.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Fahrdynamikregelsystem zu entwerfen, das mit geringem Aufwand flexibel an die verschiedensten Fahrzeuge angepaßt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Vorteile der Erfindung
Bei dem erfindungsgemäßen Fahrdynamikregelsystem wird eine die Bewegung eines Fahrzeugs repräsentierende Bewegungsgröße geregelt. Hierzu werden wenigstens Aktuatoren zur Aufbringung einer Bremskraft an den Rädern angesteuert. Es sind Reglermittel vorgesehen, mittels der unter Verwendung von reglerinternen Größen Signale zur Beeinflussung der Aktuatoren im Sinne einer Regelung einer Regelgröße gebildet werden. Die reglerinternen Größen sind dabei abhängig von Sensorsignalen verschiedener, wählbarer Sensorkonfigurationen erfaßbar.
Der Kern der Erfindung besteht darin, daß die Reglermittel zwei Bereiche aufweisen, wobei der erste Bereich angepaßt an die gewählte jeweilige Sensorkonfiguration derart ausgelegt ist, daß ausgehend von den Sensorsignalen die reglerinternen Größen gebildet werden. Der zweite Bereich zur Verarbeitung der reglerinternen Größen ist unabhängig von der Wahl der Sensorkonfiguration ausgelegt.
Durch die Aufteilung in einen sensorkonfigurationsunabhängigen Teil und einen sensorkonfigurationsabhängigen Teil wird eine einfache Anpassung mit geringem Entwicklungs- beziehungsweise Applikationsaufwand an die verschiedensten Fahrzeuge ermöglicht. Soll die erfindungsgemäße Reglerstrukturstruktur an Fahrzeuge mit verschiedenen Sensorkonfigurationen angepaßt werden, so muß nur der sensorkonfigurationsabhängige Bereich des Reglers geändert werden, während der sensorkonfigurationsunabhängige Teil, der Reglerkern, unverändert bleiben kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß
  • - als erste Sensorkonfiguration Mittel zur Erfassung der Lenkbewegungen des Fahrzeugs und Mittel zur Erfassung der Gierbewegungen,
  • - als zweite Sensorkonfiguration Mittel zur Erfassung der Lenkbewegungen des Fahrzeugs und Mittel zur Erfassung der Querbewegungen an einer Stelle des Fahrzeugs,
  • - als dritte Sensorkonfiguration Mittel zur Erfassung der Lenkbewegungen des Fahrzeugs und Mittel zur Erfassung der Gierbewegung und Mittel zur Erfassung der Querbewegungen an einer Stelle des Fahrzeugs, oder
  • - als vierte Sensorkonfiguration Mittel zur Erfassung der Lenkbewegungen des Fahrzeugs und Mittel zur Erfassung der Querbewegungen an wenigstens zwei Stellen des Fahrzeugs gewählt werden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, daß
  • - die Mittel zur Erfassung der Lenkbewegungen als Lenkwinkelsensor,
  • - die Mittel zur Erfassung der Gierbewegungen als Gierwinkelgeschwindigkeitssensor,
  • - die Mittel zur Erfassung der Querbewegungen als entsprechend am Fahrzeug angebrachte Beschleunigungssensoren ausgelegt sind.
Der erste sensorkonfigurationsabhängige Bereich ist vorteilhafterweise derart ausgelegt, daß ausgehend von den Sensorsignalen und unabhängig von der gewählten Sensorkonfiguration als Regelgröße eine die Gierbewegung oder die Querbewegung des Fahrzeugs repräsentierende Größe ermittelt wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Reglermittel modular aufgebaut sind und wenigstens zwei Submodule aufweisen, wobei
  • - in einem ersten Submodul abhängig von wenigstens der erfaßten die Querbewegung oder die Gierbewegung des Fahrzeugs repräsentierenden Größe zur Regelung der Regelgröße eine Führungsgröße ermittelt wird und
  • - in einem zweiten Submodul die Regelgröße gebildet und mit der ermittelten Führungsgröße zur Bildung der Signale zur Beeinflussung der Ansteuersignale der Aktuatoren verglichen wird.
Es kann vorgesehen sein, daß die Reglermittel weiterhin ein drittes Submodul aufweisen, mittels dem abhängig von wenigstens der erfaßten Drehbewegungen der Räder oder der die Querbewegung oder die Gierbewegung des Fahrzeugs repräsentierenden Größe eine den momentan Fahrsituationszustand repräsentierende Größe ermittelt wird und diese Größe wenigstens einem der ersten oder zweiten Submodule zugeführt wird.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß die Submodule ihrerseits jeweils aus ersten an die gewählte jeweilige Sensorkonfiguration angepaßten Bereichen und zweiten unabhängig von der Wahl der Sensorkonfiguration ausgelegten Bereichen bestehen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Zeichnung
Die Zeichnung besteht aus den Fig. 1 bis 8, die jeweils Blockschaltbilder zur Beschreibung der Erfindung zeigen. Dabei zeigen die Figuren die Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen in verschiedenen Detailiertheitsgraden.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnung beschrieben werden.
Die Fig. 1 zeigt hierzu einen ersten Reglerteil 102 und einen zweiten Reglerteil 101. Dem zweiten Reglerteil werden Signale δV eines Lenkwinkelsensors zugeführt. Weiterhin werden den zweiten Reglermitteln 101 Signale eines Sensors 104 zugeleitet. Der Sensor 104 kann als Querbeschleunigungssensor die Querbeschleunigung ay des Fahrzeugs an einem bestimmten Ort des Fahrzeugs und/oder die Gierwinkelgeschwindigkeit ω, das heißt die Winkelgeschwindigkeit um die Hochachse des Fahrzeugs sensieren. Weiterhin werden den zweiten Reglermitteln 101 die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vx und die Signale Tÿ zugeführt. Die Signale Tÿ repräsentieren dabei die Ansteuerzeiten der noch zu beschreibenden Aktuatoren 106ÿ. Der Index i gibt an, ob sich die jeweilige Größe beziehungsweise der jeweilige Aktuator oder Sensor an der Hinter- oder Vorderachse befindet. Der Index j zeigt die Zuordnung zur rechten oder linken Fahrzeugseite an.
Die ersten Reglermittel 102, die im allgemeinen in dieser Ausführungsform als Antiblockiersystem ausgelegt sind, verarbeiten die Signale Nÿ von Raddrehzahlsensoren 103ÿ. Abhängig von den Raddrehzahlen werden in den ersten Reglermitteln 102 Größen gebildet, die den Radschlupf und/oder die Radverzögerung repräsentieren. Zur Regelung beziehungsweise Steuerung dieser Größen werden die Radbremsen 106ÿ durch die Ansteuersignale Aÿ angesteuert. Die schon erwähnten Signale Tÿ geben die Ansteuerzeiten der einzelnen Radbremsen an. Diese Ansteuerzeiten Tÿ sowie die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vx werden im ersten Reglerteil 102 gebildet und, wie erwähnt, den zweiten Reglermitteln 101 zugeführt. Statt der Ansteuerzeitsignale Tÿ können auch die Bremsdrücke an den einzelnen Radbremsen gemessen werden. Hierzu ist jedoch eine erweiterte Sensorik notwendig.
In der Fig. 1 ist weiterhin innerhalb des zweiten Reglerteils 101 eine Überwachungseinheit 110 eingezeichnet, die die Eingangssignale der Sensoren 104 und 105 überwacht und gegebenenfalls auf die Ausgangssignale Sÿ des zweiten Reglerteils 101 einwirken kann.
Die Funktion des ersten Reglerteils 102 beziehungsweise des ersten Moduls soll hier nicht näher beschrieben werden, da es sich hier um ein aus dem Stand der Technik hinreichend bekanntes Antiblockiersystem handelt. Es kann hierzu auf den beispielsweise in der Beschreibungseinleitung erwähnten einschlägigen Stand der Technik verwiesen werden. Die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vx wird ebenfalls in bekannter Weise aus den Raddrehzahlen Nÿ gebildet. Hierzu können beispielsweise die Drehzahlen Nÿ der Räder gewichtet verknüpft werden. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist lediglich zu erwähnen, daß mittels des ersten Reglerteils abhängig von den Raddrehzahlen Nÿ die Radbremsen 106ÿ im Sinne einer Regelung des Radschlupfes und/oder der Radverzögerung angesteuert werden. In diese Ansteuerungen greift der zweite Reglerteil 101 durch die Ausgangssignale Sÿ im Bedarfsfall ein. Zur näheren Erläuterung soll nun zur Fig. 2 übergegangen werden.
Die Fig. 2 zeigt detaillierter den zweiten Reglerteil beziehungsweise das zweite Modul 101. Hier erkennt man die Aufteilung des Moduls 101 in ein erstes Submodul 201, ein zweites Submodul 202 und ein drittes Submodul 203. Dem ersten Submodul werden die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vx von dem ersten Reglerteil 102, der Lenkwinkel δV des Sensors 105 und die Fahrzeugquergeschleunigung ay und/oder die Gierwinkelgeschwindigkeit ω des Sensors beziehungsweise der Sensoren 104 zugeführt. Weiterhin werden dem ersten Submodul 201 die Ausgangssignale fzstab, wsplit und µ des noch zu beschreibenden dritten Submoduls 203 zugeleitet. Abhängig von den Eingangssignalen wird im ersten Submodul 201 ein durch die Grenzen fzmin und fzmax gekennzeichneter Führungsgrößen- bzw. Regelgrößen-Sollbereich gebildet. Zur genaueren Funktion des ersten Submoduls 201 soll auf die Fig. 5 und 6 verwiesen werden. Zusammenfassend kann an dieser Stelle gesagt werden, daß mittels des ersten Submoduls 201 zur erfindungsgemäßen Regelung die Führungsgröße beziehungsweise ein Regelgrößen-Sollbereich gebildet wird.
Dem zweiten Submodul 202 wird die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit (Ausgangssignal des ersten Reglerteils 102) und die Fahrzeugquerbeschleunigung ay und/oder die Gierwinkelgeschwindigkeit ω (Ausgangssignal des Sensors 104) zugeleitet. Weiterhin liegen am zweiten Submodul 202 die schon erwähnten Ausgangssignale des noch zu beschreibenden dritten Submoduls 203 an. Das zweite Submodul wird zwar genauer anhand der Fig. 3 beschrieben werden, man kann aber schon an dieser Stelle zusammenfassend sagen, daß hier abhängig von der erfaßten Fahrdynamik des Fahrzeugs eine Regelgröße fzist gebildet wird. Diese Regelgröße wird mit der im ersten Submodul 201 gebildeten Führungsgröße beziehungsweise dem Regelgrößen-Sollbereich (fzmin, fzmax) verglichen, wobei die Signale Sÿ zur Beeinflussung der Radbremsen 106ÿ im Sinne einer Annäherung der Regelgröße an die entsprechende Führungsgröße beziehungsweise einem im Sinne eines Verbleibens der Regelgröße im Führungsgrößen- bzw. Regelgrößen-Sollbereich gebildet werden. Das zweite Submodul 202 stellt also den eigentlichen Reglerkern dar. Die genauere Funktion wird anhand der Fig. 3 beschrieben.
Dem dritten Submodul 203 werden die erwähnten Bremsansteuerzeiten Tÿ von dem ersten Reglerteil 102, die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vx, der Lenkwinkel δV und die Fahrzeugquerbeschleunigung ay beziehungsweise die Gierwinkelgeschwindigkeit ω zuführt. Durch das dritte Submodul 203 werden Ausgangsgrößen fzstab, wsplit und µ gebildet, die die momentane Fahrsituation beziehungsweise Umwelteinflüsse, denen das Fahrzeug unterliegt, beschreiben. Zur genaueren Funktion des dritten Submoduls 203 soll auf die Fig. 4 verwiesen werden.
Zusammenfassend zeigt die Fig. 2 einen modularen Aufbau des zweiten Reglerteils 101.
Die Fig. 3 zeigt die genauere Funktion des zweiten Submoduls 202. In der Einheit 302 wird dabei abhängig von der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vx und abhängig von der Fahrzeugquerbeschleunigung ay und/oder abhängig von der Gierwinkelgeschwindigkeit ω eine Regelgröße fzist gebildet. Dies geschieht dadurch, daß in der Einheit 302 ein Fahrzeugmodell (bzw. durch eine einfache, auf der Fahrzeuggeometrie basierende Berechnungsvorschrift) abgelegt ist. Abhängig von den erfaßten, die momentane Fahrdynamik des Fahrzeugs repräsentierenden Größen Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und Fahrzeugquer­ beziehungsweise Giergeschwindigkeit kann in bekannter Weise mittels eines Fahrzeugmodells ein aktueller Wert fzist der Regelgröße ermittelt werden. Diese Regelgröße wird der Einheit 301 zur Ermittlung der Regelabweichung zugeleitet. Weiterhin liegen an der Einheit 301 die Grenzen fzmin und fzmax des Regelgrößen-Sollbereichs an. Zusätzlich wird der Einheit 301 noch die Größe wsplit (Ausgangsgröße des dritten Submoduls 203) zugeleitet. In der Einheit 301 wird nun die Regelgröße fzist mit dem Regelgrößen-Sollbereich, der durch die Grenzen fzmin und fzmax bestimmt wird, verglichen. Liegt die Regelgröße fzist nicht innerhalb des Regelgrößen-Sollbereichs, so liegt ausgangsseitig der Einheit 301 ein entsprechendes Regelabweichungssignal efz an. Bei der Bildung des Regelabweichungssignal efz kann zusätzlich noch das Signal wsplit des dritten Submoduls 203 verwendet werden. Wie noch anhand der Fig. 4 zu beschreiben ist, gibt dieses Signal an, ob sich das Fahrzeug in einer sogenannten µ-Split-Situation befindet, das heißt, ob die Reibwerte der Fahrbahn auf der rechten und linken Fahrzeugseite in einem gewissen Maß unterschiedlich sind. Das Regelabweichungssignal efz wird nun zum einen dem Regler für die Hinterachse 303 und dem Regler für die Vorderachse 304 zugeführt. Hier werden aus der Regelabweichung efz Signale zur Ansteuerung der Radbremsen an der Hinter­ beziehungsweise Vorderachse unter Berücksichtigung des ermittelten Reibwertes µ gebildet. Je nach dem, ob das Fahrzeug über- oder untersteuert, werden also einzelne Räder über- beziehungsweise unterbremst. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Regelgröße fzist wieder in den Regelgrößen-Sollbereich zurückgeführt wird. Die Ansteuersignale für die Radbremsen können durch den Zusatzregler 310 modifiziert werden. Solche Modifikationen durch den Zusatzregler 310 kommen insbesondere dann zum Einsatz, wenn durch das dritte Submodul 203 die schon beschriebenen µ-Split-Bedingungen erkannt werden, das heißt, daß erkannt wird, wenn die Reibwerte der Fahrbahn auf der rechten und linken Fahrzeugseite extrem unterschiedlich sind. Hierzu wird im Zusatzregler 310 das entsprechende Signal wsplit des dritten Submoduls 203 zugeführt. Optional kann dem Zusatzregler 310 auch noch ein die Querbeschleunigung ay und/oder die Gierwinkelgeschwindigkeit ω repräsentierendes Signal zugeleitet werden. Durch den Zusatzregler 310 wird gezielt das Hinterrad unterbremst, das sich auf der Fahrbahn mit dem höheren Reibwert bewegt. Gegebenenfalls kann, wie mit der gestrichelten Linienführung angedeutet, ein zusätzlicher Eingriff an den Vorderachsbremsen vorgesehen werden.
Durch den Zusatzregler aktive Bremse 311 können auch Bremseingriffe realisiert werden, obwohl der Fahrer des Fahrzeugs das Bremspedal nicht betätigt. Ohne den Zusatzregler aktive Bremse 311 werden durch die Ausgangssignale Sÿ des zweiten Submoduls 202 beziehungsweise des zweiten Reglerteils 101 lediglich die vom ersten Regelteil 102 ausgehenden Ansteuersignale für die Radbremsen modifiziert. Dies geschieht, indem ein durch den ersten Reglerteil 102 anliegender Bremsdruck an einem Rad durch die Signale Sÿ entweder erhöht oder erniedrigt wird. Wünscht der Fahrer des Fahrzeugs keinen Bremsvorgang (keine Bremspedalbetätigung), so wird im allgemeinen durch das durch den zweiten Reglerteil 101 beziehungsweise durch die beschriebenen Reglerabweichungen im zweiten Submodul 202 ein Über- oder Unterbremsen eines Rades zur Aufrechterhaltung der Fahrstabilität gewünscht, so kann dies in diesem Falle nicht durch Modifikation der Ansteuersignale Aÿ des Antiblockiersystems 102 geschehen. Mittels des Signals S1 meldet das Antiblockiersystem 102 an den Zusatzregler 311, daß kein Bremswunsch des Fahrers vorliegt und somit kein entsprechender Druck aufgebaut ist. Wird nun durch Abgreifen der Signale Sÿ durch den Zusatzregler 311 festgestellt, daß einzelne Radbremsen zu betätigen sind, so wird durch das Signal S2 vom Zusatzregler 311 an das Antiblockiersystem 102 der entsprechende Bremsdruck zur Verfügung gestellt. Beispielsweise kann durch den Zusatzregler für aktive Bremse 311 gezielt ein Vorderrad überbremst werden, obwohl der Fahrer das Bremspedal nicht betätigt. Gegebenenfalls können selbstverständlich zusätzlich weitere Räder abgebremst werden.
Anhand der Fig. 4 soll nun die Funktionsweise des dritten Submoduls 203 beschrieben werden. Dieses Submodul besteht aus einer Schleudererkennung 401, einer µ-Split-Erkennung 402 und einer Reibwerterkennung 403.
Der Schleudererkennung 401 werden die Lenkwinkelsignale δV (Sensor 105), die Querbeschleunigung ay und/oder die Gierwinkelgeschwindigkeit ω (Sensor 104) und die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vx zugeführt. In bekannter Weise werden nun in der Schleudererkennung 401 die gemessenen fahrdynamischen Daten mit einem Referenzmodell des Fahrzeugs verglichen. Dieses Referenzmodell gibt an, bei welchen fahrdynamischen Daten das Fahrzeug noch beherrschbar beziehungsweise stabil ist. Abhängig von diesem Vergleich wird als Ausgangsgröße der Schleudererkennung 401 die Größe fzstab gebildet. Diese Größe kann entweder zwei oder mehrere diskrete Werte annehmen oder kontinuierlich angeben, inwieweit das Fahrzeug noch stabil ist.
In der µ-Split-Erkennung 402 wird ausgehend von Signalen des Lenkwinkelsensors, des Fahrzeugquerbeschleunigungs- und/oder des Giergeschwindigkeitssensors, der Ansteuerzeit Tÿ der einzelnen Radbremsen und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vx die Größe wsplit gewonnen. Diese Größe wsplit gibt an, ob sich die Fahrbahnreibwerte auf der rechten und linken Fahrzeugseite unterscheiden. Aus den Ventilansteuerzeiten Tÿ, die dem Antiblockiersystem 102 entnommen werden können, können die Druckdifferenzen der einzelnen Radbremsen berechnet werden. Vergleicht man nun diese Bremsdruckreferenzen mit dem aktuellen Lenkwinkel und der aktuellen Querbeschleunigung (oder optional der aktuellen Gierwinkelgeschwindigkeit), so kommt man zu einem Maß dafür, inwieweit sich die Reibwerte der Fahrbahn auf der rechten und linken Fahrzeugseite unterscheiden. Statt der Ventilansteuerzeiten Tÿ können selbstverständlich auch direkt die Bremsdrücke der einzelnen Radbremsen detektiert werden, was allerdings eine erweiterte Sensorik erfordert. Das Ausgangssignal wsplit der µ-Split-Erkennung 402 kann entweder digital (µ-Split-Bedingung ja oder nein), mehrstufig oder kontinuierlich ausgelegt sein.
Der Reibwerterkennung 403 werden die Signale des Lenkwinkels, der Fahrzeugquerbeschleunigung und/oder der Gierwinkelgeschwindigkeit und der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit zugeführt. Auch in der Reibwerterkennung 403 findet in bekannter Weise ein Vergleich mit einem Referenzmodell des Fahrzeugs statt, wobei als Vergleichsergebnis ein Reibwertsignal µ ausgangsseitig anliegt.
Durch die beschriebene Situationserkennung 203 (drittes Submodul) kann also der gesamte Reglerteil 101 sehr genau an die jeweilige Fahrsituation beziehungsweise an die momentan vorliegende Umweltsituation, der das Fahrzeug unterliegt, angepaßt werden.
Die Fig. 5 zeigt die genauere Funktionsweise des ersten Submoduls 201. Einer Einheit 501 wird insbesondere der Lenkwinkel δV und die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vx zugeführt. Mittels eines Fahrzeugmodells wird nun eine Führungsgröße gebildet. Eine Besonderheit dieses Teils des Ausführungsbeispiels besteht darin, daß der schon erwähnte Regelgrößen-Sollgrößenbereich berechnet wird. Dies kann, neben dem Lenkwinkel δV und der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vx, abhängig von den Ausgangssignalen des dritten Submoduls 203 geschehen. Hierzu soll näheres anhand der Fig. 6 beschrieben werden.
In der Einheit 601 der Fig. 6 wird abhängig vom detektierten Lenkwinkel δV, der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vx und dem Ausgangssignal der µ-Split-Erkennung (drittes Submodul 203) eine erste obere Grenze fzlmax und eine untere Grenze fzlmin ermittelt. Durch die Einheit 601 wird also zunächst aus der Lenkbewegung des Fahrers mit einem Fahrzeugmodell ein Sollbereich für eine Fahrbahn mit einem Hochreibwert abgeleitet. Dieser erste Sollbereich wird nun durch eine Reibwertanpassung (605 bzw. 602) korrigiert, um ein Schleudern des Fahrzeugs bei glatter Fahrbahn zu verhindern. Hierzu werden der Reibwertbegrenzung 605 die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vx, die Führungsgröße fzsoll und der im dritten Submodul ermittelte Reibwert µ der Fahrbahn zugeführt. Hieraus wird die Größe fzµ ermittelt, die die in der Einheit 601 ermittelten Grenzen korrigiert. Diese korrigierten Grenzen sind in der Fig. 6 mit fzµmax und fzµmin bezeichnet.
Tritt dennoch eine Schleudertendenz auf, durchläuft der Sollbereich eine weitere Anpassung (606, 603), um das Fahrzeug zu stabilisieren. Hierzu wird der Stabilisierung 606 die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vx, die berechnete Führungsgröße fzsoll, der ermittelte Reibwert µ der Fahrbahn und die Stabilitätsgröße fzstab zugeführt. Zur Korrektur der Grenzen wird ausgangsseitig der Stabilisierung 606 die Größe fβ gebildet und in der Verknüpfung 603 multiplikativ bei der Grenzbildung berücksichtigt.
Der so bestimmte stationäre Sollbereich (Ausgang der Multiplikationsstufe 603) wird schließlich mittels der Einheit 607 beziehungsweise 604 mit einer gewünschten Solldynamik versehen. Hierzu wird der Dynamikanpassung 607 die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vx und die Stabilitätsgröße fzstab (Ausgangssignal des dritten Submoduls 203) zugeführt. Ausgangsseitig der Einheit 607 liegt dann das Dynamiksignal T, mit dem mittels der Einheit 604 der stationäre Sollbereich dynamisiert wird. Dieser dynamisierte Sollbereich weist dann die schon erwähnten Grenzen fzmax und fzmin auf.
In der Einheit 502 werden also die einzelnen Berechnungsschritte der jeweils vorliegenden Fahrsituation (µ-Split, schleuderndes, ungebremstes, vollgebremstes Fahrzeug) angepaßt. Außerdem kann in jedem Berechnungsschritt die Methode der Fuzzy-Logik angewendet werden.
Zusammenfassend ist zu der Regelgrößen-Sollbereichsbestimmung 502 zu sagen, daß anstelle eines eindeutigen Sollwertes ein Sollbereich (fzmin, fzmax) für die Fahrzeugbewegungsgröße fz vorgegeben wird, der die maximal erlaubte und die mindestens geforderte Querdynamik des Fahrzeugs angibt. Die obere Grenze fzmax des Sollbereichs beschreibt ein Fahrzeugverhalten, das in Dynamik und Betrag geringfügig über der natürlichen Fahrzeugbewegung liegt und die Stabilitätsgrenze angibt., Die untere Grenze fzmin gibt die auch unter ungünstigen Bedingungen mindestens geforderte Fahrzeugreaktion auf Lenkbewegungen an (unterhalb der natürlichen Fahrzeugbewegung). Durch die getrennte Festlegung der Bereichsgrenzen ist eine problemangepaßte Berechnung möglich, zum Beispiel die Verwendung unterschiedlicher Fahrzeugmodelle und Dynamik für obere (Stabilität) und untere Grenze (Lenkfähigkeit). Der zweite Reglerteil muß erst dann eingreifen, wenn die Fahrzeugbewegungsgröße fz den zulässigen Bereich, beschrieben durch das Sollband, verläßt. Dadurch werden unnötige Eingriffe vermieden, im Falle der Vollbremsung kann das unterlagerte ABS 102 über längere Phasen ungestört regeln. Insbesondere kann vorgesehen sein, daß nicht erst dann eine Ansteuerung erfolgt, wenn die Regelgröße-außerhalb des Sollbereichs liegt. Um einen rechtzeitigen Eingriff sicherzustellen, erfolgt bereits dann eine Ansteuerung, wenn feststeht, daß die Regelgröße den Sollbereich verläßt oder verlassen wird. Hierzu kann beispielsweise das zeitliche Verhalten der Regelgröße Fz ausgewertet werden.
Anhand der Fig. 7 soll nun die Erweiterung des Ausführungsbeispiels auf weitere Sübsysteme neben dem beschriebenen Antiblockiersystem 102 ausgeführt werden. Mit dem Bezugszeichen 101 ist wiederum der schon beschriebene zweite Reglerteil gekennzeichnet, der abhängig von Sensorsignalen in der beschriebenen Weise Ansteuersignale für die verschiedensten Aktuatoren liefert. Im bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde die Modifikation von Bremssignalen im Rahmen eines Antiblockiersystems 102 dargelegt. Darüberhinaus können aber erfindungsgemäß noch weitere Subsysteme durch den zweiten Reglerteil 101 beeinflußt werden. Hierbei sei insbesondere an eine bekannte Antriebsschlupfregelung 111 gedacht, mittels der der Radschlupf durch Bildung von Ansteuersignalen zur Ansteuerung von Stellgliedern zur Reduzierung des Radantriebsmoments geregelt wird. Weiterhin ist als Subsystem eine Getriebesteuerung 112 vorgesehen, mittels der das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Fahrzeugmotor und den Rädern durch Bildung von Ansteuersignalen zur Ansteuerung von Stellgliedern geregelt beziehungsweise gesteuert wird. Hierdurch gelangt man zu einer modularen Fahrdynamikregelung, die "aufwärtskompatibel" zu vorhandenen Serienreglern 102, 111 und 112 ist. Es wird hierdurch eine hierarchisch strukturierte, modulare Fahrdynamikregelung mit einem übergeordneten Regler 101 für die Fahrzeugbewegung und unterlagerten Reglern für Bremsvorgänge 102 beziehungsweise Antriebsstrang 111, 112 erreicht. Hierbei können die unterlagerten Regler 102, 111, 112 konventionelle Serienregler, die lediglich zusätzlich mit einer Schnittstelle versehen sind, sein.
Insbesondere ist vorgesehen, daß Überwachungsmittel 110 die korrekte Funktion des zweiten Reglerteils 101 und/oder der Sensorik 104, 105, insbesondere der Sensorik, deren Signale ausschließlich dem Reglerteil 101 zugeführt werden, überwachen. Wird nun durch die Überwachungsmittel 110 eine nicht korrekte Funktion des Reglerteils 101 und/oder der Sensorik 104, 105 festgestellt, so werden die Ausgangssignale des zweiten Reglerteils 101 im einfachsten Fall unterbunden. Die unterlagerten Regler 101, 111 und 112 gehen dann in einen Notlauf, der dem Stand alone Serienstand entspricht.
Auf eine weitere Besonderheit der Erfindung soll anhand der Fig. 8 hingewiesen werden. Die reglerinternen Größen, die in den zweiten Reglermitteln 101 Verwendung finden, also die Führungsgröße fzsoll, die Regelgröße fzist und die Fahrsituationsgrößen fzstab, wsplit und µ, werden, wie beschrieben, aus sensorisch ermittelten Daten abgeleitet. Diese reglerinternen Größen können jedoch mit verschiedenen Sensorkonfigurationen erfaßt werden. Hierzu ist in der Fig. 8 als erste Sensorkonfiguration 801 ein Lenkwinkelsensor 105 und ein Giergeschwindigkeitssensor 104a gezeigt. Eine zweite Sensorkonfiguration zur Ermittlung der reglerinternen Größen ist mit dem Block 802 gekennzeichnet und besteht wiederum aus dem Lenkwinkelsensor 105 und dem Querbeschleunigungssensor 104b. Eine dritte Sensorkonfiguration 803 besteht wieder aus dem Lenkwinkelsensor 105, dem Giergeschwindigkeitssensor 104a und dem Querbeschleunigungssensor 104b. Weiterhin ist in der Fig. 8 als vierte Sensorkonfiguration ein Lenkwinkelsensor 105 und mehrere Querbeschleunigungssensoren 104b und 104b dargestellt, wobei die Querbeschleunigungssensoren 104b und 104b an verschiedenen Stellen des Fahrzeugs angebracht sind. Aus den Signalen aller vier Sensorkonfigurationen können die beschriebenen reglerinternen Größen abgeleitet werden. Erfindungsgemäß wird nun der zweite Reglerteil 101 in zwei Bereiche aufgeteilt, wobei ein erster Bereich an die jeweils gewählte Sensorkonfiguration 801, 802, 803 oder 804 angepaßt ist, während der zweite Bereich 101a unabhängig von der Wahl der jeweiligen Sensorkonfiguration nur die sensorkonfigurationsunabhängigen reglerinternen Größen verarbeitet und die Ansteuersignale Sÿ ausgibt. Hierzu ist der erste Bereich 101b derart ausgelegt, daß ausgehend von den Sensorsignalen einer Sensorkonfiguration die reglerinternen Größen gebildet werden.
Durch diese Unterteilung in einen sensorkonfigurationsunabhängigen Teil 101a und einen sensorkonfigurationsabhängigen Teil 101b wird die Flexibilität des erfindungsgemäßen Regelsystems nochmals erhöht. Soll nun die erfindungsgemäße Regelung an ein Fahrzeug angepaßt werden, so ist lediglich notwendig, den Teil 101b an die jeweils vorhandene Sensorkonfiguration anzupassen, während der Reglerteil 101a unverändert bleiben kann. Hierdurch wird ein geringer Entwicklungs- beziehungsweise Applikationsaufwand ermöglicht.
Um auch zu diesem Teil der Erfindung mehr ins Detail zu gehen, soll nochmals auf die Fig. 2, 3, 4 und 5 hingewiesen werden. Die schon beschriebenen Blöcke in diesen Figuren sind jeweils in zwei Bereiche mit der Kennzeichnung a und der Kennzeichnung b aufgeteilt. Dies entspricht jeweils dem beschriebenen sensorkonfigurationsunabhängigen Teil (Kennzeichnung mit dem Buchstaben a) und dem sensorkonfigurationsabhängigen Teil (Kennzeichnung mit dem Buchstabenzusatz b). So werden also die Fahrdynamikmodule Situationserkennung, Sollwertvorgabe und Fahrzeugregelung in sensorkonfigurationsunabhängige und sensorkonfigurationsabhängige Bereiche aufgespalten. In den sensorkonfigurationsunabhängigen Bereichen (beispielsweise Fahrzeugmodell, Reglerkern) wird die Fahrzeugbewegungsgröße fzist beziehungsweise fzsoll verwendet, die immer gleich normiert ist (zum Beispiel auf Querbeschleunigung oder Giergeschwindigkeit). Bei der Wahl einer anderen Sensorkonfiguration ändern sich diese Bereiche nicht. Mögliche sensorkonfigurationsabhängige Bereiche sind:
  • - Berechnung der Fahrzeugbewegungsgröße aus den jeweiligen Sensorgrößen (Blöcke 302 und 501).
  • - Funktionen, die mit verschiedenen Sensorkonfigurationen unterschiedlich realisiert werden (zum Beispiel Schleudererkennung 401).
  • - Sensorkonfigurationsabhängige Verbesserung der Grundfunktion (zum Beispiel Teile des Zusatzreglers 310).
Zusammenfassend läßt sich zu dem vorgestellten Ausführungsbeispiel folgendes sagen:
Das im Ausführungsbeispiel vorgestellte Fahrdynamikregelungssystem baut auf verschiedenen Stand alone Serienreglern auf (Antiblockiersystem, Antriebsschlupfregelung, Getriebesteuerung). Die Standardsensorik besteht beispielsweise bei einem Antiblockiersystem oder einer Antriebsschlupfregelung in erster Linie aus den Raddrehzahlsensoren. Bei einer Getriebesteuerung werden zusätzlich im allgemeinen noch die Motordrehzahl und/oder die Getriebeeingangsdrehzahl sowie die Abtriebsdrehzahl am Getriebe und die Motorlast gemessen. Zusätzlich zu dieser Standardsensorik werden nun der Lenkwinkel und die Giergeschwindigkeit und/oder die Querbeschleunigung des Fahrzeugs über Sensoren erfaßt. Weitere benötigte Größen werden auf Basis der vorhandenen Sensorik geschätzt. Das Hauptziel des beschriebenen Ausführungsbeispiels besteht darin, daß Fahrzeug in kritischen Fahrsituationen zu stabilisieren. Die Verbesserung der Stabilisierung in kritischen Fahrzuständen ist insbesondere aber nicht nur bei starken Bremsmanövern zu gewährleisten.

Claims (9)

1. Fahrdynamikregelsystem zur Regelung einer die Bewegung eines Fahrzeugs repräsentierenden Bewegungsgröße, wobei wenigstens Aktuatoren (106ÿ) zur Aufbringung einer Bremskraft an den Rädern vorgesehen ist, mit Reglermitteln (101), mittels der unter Verwendung von reglerinternen Größen (fzist, fzstab, wsplit, µ), die abhängig von Sensorsignalen (ay, ay′, ω, δV) verschiedener, wählbarer Sensorkonfigurationen (801, 802, 803, 804) erfaßbar sind, Signale (Sÿ) zur Beeinflussung der Aktuatoren im Sinne einer Regelung einer Regelgröße (fzist) gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Reglermittel (101) zwei Bereiche (101a, 101b) aufweisen, wobei
  • - der erste Bereich (101b) angepaßt an die gewählte jeweilige Sensorkonfiguration (801, 802, 803, 804) derart ausgelegt ist, daß ausgehend von den Sensorsignalen (ay, ay′, ω, δV) die reglerinternen Größen (fzist, fzstab, wsplit, µ) gebildet werden, und
  • - der zweite Bereich (101a) zur Verarbeitung der reglerinternen Größen (fzist, fzstab, wsplit, µ) unabhängig von der Wahl der Sensorkonfiguration ausgelegt ist.
2. Fahrdynamikregelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - als erste Sensorkonfiguration (801) Mittel (105) zur Erfassung der Lenkbewegungen des Fahrzeugs und Mittel (104a) zur Erfassung der Gierbewegungen,
  • - als zweite Sensorkonfiguration (802) Mittel (105) zur Erfassung der Lenkbewegungen des Fahrzeugs und Mittel (104b) zur Erfassung der Querbewegungen an einer Stelle des Fahrzeugs,
  • - als dritte Sensorkonfiguration (803) Mittel (105) zur Erfassung der Lenkbewegungen des Fahrzeugs und Mittel (104a) zur Erfassung der Gierbewegungen und Mittel (104b) zur Erfassung der Querbewegungen an einer Stelle des Fahrzeugs, oder
  • - als vierte Sensorkonfiguration (804) Mittel (105) zur Erfassung der Lenkbewegungen des Fahrzeugs und Mittel (104b, 104b′) zur Erfassung der Querbewegungen an wenigstens zwei Stellen des Fahrzeugs
gewählt werden.
3. Fahrdynamikregelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Mittel (105) zur Erfassung der Lenkbewegungen als Lenkwinkelsensor,
  • - die Mittel (104a) zur Erfassung der Gierbewegungen als Gierwinkelgeschwindigkeitssensor,
  • - die Mittel (104b, 104b′) zur Erfassung der Querbewegungen als entsprechend am Fahrzeug angebrachter Beschleunigungssensor
ausgelegt sind.
4. Fahrdynamikregelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (101b) derart ausgelegt ist, daß ausgehend von den Sensorsignalen (ay, ay′, ω, δV) und unabhängig von der gewählten Sensorkonfiguration (801, 802, 803, 804) als Regelgröße eine die Gierbewegung oder die Querbewegung des Fahrzeugs repräsentierende Größe (fzist) ermittelt wird.
5. Fahrdynamikregelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reglermittel (101) modular aufgebaut sind und wenigstens zwei Submodule (201, 202) aufweisen, wobei
  • - in einem ersten Submodul (201) abhängig von wenigstens der erfaßten die Querbewegung oder die Gierbewegung des Fahrzeugs repräsentierenden Größe (ay, ω) zur Regelung der Regelgröße (fzist) eine Führungsgröße (fzmin, fzmax) ermittelt wird und
  • - in einem zweiten Submodul (202) die Regelgröße (fzist) gebildet und mit der ermittelten Führungsgröße (fzmin, fzmax) zur Bildung der Signale (Sÿ) zur Beeinflussung der Ansteuersignale (Aÿ) der Aktuatoren (106ÿ) verglichen wird.
6. Fahrdynamikregelsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reglermittel (101) weiterhin einen dritten Submodul (203) aufweisen, mittels dem abhängig von wenigstens der erfaßten Drehbewegungen (Nÿ) der Räder oder der die Querbewegung oder die Gierbewegung des Fahrzeugs repräsentierenden Größe (ay, ω) eine den momentanen Fahrsituationszustand repräsentierende Größe (fzstab, wsplit, µ) ermittelt wird und diese Größe (fzstab, wsplit, µ) wenigstens einem der ersten oder zweiten Sübmodule (201, 202) zugeführt wird.
7. Fahrdynamikregelsystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sübmodule (201, 202, 203) jeweils aus ersten an die gewählte jeweilige Sensorkonfiguration (801, 802, 803, 804) angepaßten Bereichen (201b, 202b, 203b) und zweiten unabhängig von der Wahl der Sensorkonfiguration (801, 802, 803, 804) ausgelegten Bereichen (201a, 202a, 203a) bestehen.
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