DE10128690A1

DE10128690A1 - Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität

Info

Publication number: DE10128690A1
Application number: DE10128690A
Authority: DE
Inventors: Volker Bremeier; Thorsten Wickenhoefer
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2002-12-19
Also published as: WO2002100697A1; EP1399345A1; US20040162662A1; JP2004528231A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität, bei dem anhand von mehreren Eingangsgrößen Drücke für die einzelnen Bremsen ermittelt werden, so daß durch einen ESP-Eingriff die Fahrstabilität des Fahrzeugs erhöht wird. Um eine Modifikation der ESP-Fahrstabilitätsregelung zu schaffen, die ein Untersteuern wirksam verhindert, wird bei einer Kurvenfahrt bei einem untersteuerten Fahrverhalten ermittelt, ob bei dem ESP-Eingriff am kurveninneren Hinterrad eine Kraftübertragung zwischen Reifen und Fahrbahn des Fahrzeugs in Korrelation zu einem Grenzwert G¶Schlupf¶ vorliegt, wobei beim Erreichen oder Überschreiten des Grenzwerts der ESP-Eingriff zusätzlich zum kurveninneren Hinterrad am kurveninneren Vorderrad erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität, bei dem anhand von mehreren Eingangsgrößen Drücke für die einzelnen Bremsen ermittelt werden, so daß durch einen ESP-Eingriff die Fahrstabilität des Fahrzeugs erhöht wird.

Um Fahrzeuginstabilitäten selbsttätig entgegenzuwirken sind eine Vielzahl von Fahrstabilitätsregelungen bekannt geworden. Unter dem Begriff Fahrstabilitätsregelung vereinigen sich vier Prinzipien zur Beeinflussung des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs mittels vorgebbarer Drücke bzw. Bremskräfte in oder an einzelnen Radbremsen und mittels Eingriff in das Motormanagement des Antriebsmotors. Dabei handelt es sich um Bremsschlupfregelung (ABS), welche während eines Bremsvorgangs das Blockieren einzelner Räder verhindern soll, um Antriebsschlupfregelung (ASR), welche das Durchdrehen der angetriebenen Räder verhindert, um elektronische Bremskraftverteilung (EBV), welche das Verhältnis der Bremskräfte zwischen Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs regelt sowie um eine Giermomentregelung (ESP), welche für stabile Fahrzustände beim Gieren des Fahrzeugs um die Hochachse sorgt.

Mit Fahrzeug ist also in diesem Zusammenhang ein Kraftfahrzeug mit vier Rädern gemeint, welches mit einer hydraulischen, elektro-hydraulischen oder elektro-mechanischen Bremsanlage ausgerüstet ist. In der hydraulischen Bremsanlage kann mittels eines pedalbetätigten Hauptzylinders vom Fahrer ein Bremsdruck aufgebaut werden, während die elektro-hydraulischen und elektro-mechanischen Bremsanlagen eine vom sensierten Fahrerbremswunsch abhängige Bremskraft aufbauen. Im Folgenden wird auf eine hydraulische Bremsanlage bezug genommen. Jedes Rad besitzt eine Bremse, welcher jeweils ein Einlaßventil und ein Auslaßventil zugeordnet sind. Über die Einlaßventile stehen die Radbremsen mit dem Hauptzylinder in Verbindung, während die Auslaßventile zu einem drucklosen Behälter bzw. Niederdruckspeicher führen. Schließlich ist noch eine Hilfsdruckquelle vorhanden, welche auch unabhängig von der Stellung des Bremspedals einen Druck in den Radbremsen aufzubauen vermag. Die Einlaß- und Auslaßventile sind zur Druckregelung in den Radbremsen elektromagnetisch betätigbar.

Zur Erfassung von fahrdynamischen Zuständen sind vier Drehzahlsensoren, pro Rad einer, ein Giergeschwindigkeits sensor, ein Querbeschleunigungssensor und mindestens ein Drucksensor für den vom Bremspedal erzeugten Bremsdruck vorhanden. Dabei kann der Drucksensor auch ersetzt sein durch einen Pedalweg- oder Pedalkraftmesser, falls die Hilfsdruckquelle derart angeordnet ist, daß ein vom Fahrer aufgebauter Bremsdruck von dem der Hilfsdruckquelle nicht unterscheidbar ist.

Bei einer Fahrstabilitätsregelung wird das Fahrverhalten eines Fahrzeugs derart beeinflußt, daß es für den Fahrer in kritischen Situationen besser beherrschbar wird. Eine kritische Situation ist hierbei ein instabiler Fahrzustand, in welchem im Extremfall das Fahrzeug den Vorgaben des Fahrers nicht folgt. Die Funktion der Fahrstabilitätsregelung besteht also darin, innerhalb der physikalischen Grenzen in derartigen Situationen dem Fahrzeug das vom Fahrer gewünschte Fahrzeugverhalten zu verleihen. Ein instabiles Fahrverhalten eines Fahrzeugs kann im Fall des Untersteuerns eintreten, bei dem die gemessene Gierwinkelgeschwindigkeit in der Weise von der zu erzielenden abweicht, daß das Fahrzeug sich nicht so stark in die Kurve hineindreht, wie erwartet.

Ein in diesem Fall stattfindender ESP-Untersteuereingriff mit einer Abbremsung des kurveninneren Hinterrades besitzt insbesondere bei stationär mit starker Untersteuertendenz und hohem Querbeschleunigungsniveau durchfahrenen Kurven bei Fahrzeugen mit hoher Wankneigung oder bei bestimmten Hinterachskonstruktionen (z. B. Verbundlenkerachse) keine Wirkung, da es bei diesen Fahrsituationen zum Abheben des kurveninneren Hinterrades kommt. Darüber hinaus hat ein ESP- Untersteuereingriff aufgrund der Normalkraftreduktion der kurveninneren Fahrzeugseite bei besonders schweren Fahrzeugen eine nur begrenzte Wirkung. Untersteuernde Fahrsituationen dieser Art entstehen, wenn der Fahrer bei Hochreibwert verhältnissen einen Lenkwinkel aufgrund des Kurvenverlaufs vorgibt bzw. vorgeben muß, dem das Fahrzeug bei der aktuellen Geschwindigkeit nicht folgen kann. Der eigentliche Grund für die in solchen Situationen von der ESP-Regelung erkannte untersteuernde Instabilität besteht also in einer dem Kurvenverlauf nicht angepaßten Fahrzeuggeschwindigkeit und das durch sie bedingte hohe Querbeschleunigungsniveau. Durch den ESP-Untersteuereingriff an dem kurveninneren Hinterrad kann die Fahrzeuginstabilität durch die Einleitung eines Giermoments um die Fahrzeughochachse nicht oder nur begrenzt abgebaut werden. Eine Verringerung der Untersteuertendenz wird erst dann erreicht, wenn eine Bremswirkung des Untersteuereingriffs erreicht bzw. verstärkt werden kann.

Der ESP-Untersteuereingriff besitzt auch für Fahrzeuge mit hoch liegendem Aufbauschwerpunkt (z. B. Offroad Fahrzeuge) eine Bedeutung. Bei diesen Fahrzeugen wird bedingt durch die hohen Querbeschleunigungen unter den genannten Randbedingungen die Normalkraft der kurveninneren Räder so stark reduziert, so daß die aufbaubaren Bremskräfte ebenfalls nicht einmal einen stabilisierenden Aufbau eines Giermoments erlauben. Da die Fahrzeuggeschwindigkeit nur in geringem Umfang reduziert wird, steigt aufgrund des nicht begrenzten Querbeschleunigungsniveaus auch die Instabilität dieser Fahrzeuge. Darüber hinaus, kann eine Reduktion des Normalkraftniveaus, das die Wirkung des ESP- Untersteuereingriffs weiter verkleinert, auch durch eine Verlagerung des Fahrzeugschwerpunkts Richtung Vorderachse (z. B. Fahrzeuge mit Frontantrieb bei gleichzeitig geringer Gesamtmasse) herbeigeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Modifikation der ESP-Fahrstabilitätsregelung zu schaffen, die ein Untersteuern wirksam verhindert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein gattungsgemäßes Verfahren so durchgeführt wird, daß bei einer Kurvenfahrt bei einem untersteuernden Fahrverhalten ermittelt wird, ob bei dem ESP-Eingriff am kurveninneren Hinterrad eine Kraftübertragung zwischen Reifen und Fahrbahn des Fahrzeugs in Korrelation zu einem Grenzwertes G_Schlupf vorliegt, wobei beim Erreichen oder Überschreiten des Grenzwerts der ESP-Eingriff zusätzlich zum kurveninneren Hinterrad am kurveninneren Vorderrad erfolgt.

Dabei erfolgt eine Modifikation des ESP-Untersteuereingriffs derart, daß neben einer Abbremsung des kurveninneren Hinterrades zusätzlich in das kurveninnere Vorderrad ein geeigneter Bremsdruck im ABS-Regelbereich eingesteuert wird. Mit der so über den Bremsdruck eingeleiteten Längskraft wird die Seitenkraft reduziert, indem sich der Reifen in Richtung der resultierenden Gesamtkraft verformt, also sowohl in Längs- als auch in Querrichtung. Die Aufteilung der von einem Rad nur begrenzt übertragbaren Gesamtkraft kann näherungsweise durch den Kamm'schen Reibungskreis dargestellt werden. Der Verlust an Seitenführungskraft führt dabei zu einer Verkleinerung des Moments, das dem Untersteuern entgegenwirkt, bei dem die gemessene Gierwinkelgeschwindigkeit in der Weise von der zu erzielenden abweicht, daß das Fahrzeug sich nicht so stark in die Kurve hineindreht, wie erwartet. Der Verlust an Seitenführungskraft wirkt also dem Aufbau eines dem Untersteuern des Fahrzeugs entgegenwirkendem Giermoment entgegen. Das durch den Seitenkraftabbau bedingte Drehmoment um die Hochachse des Fahrzeugs wird dabei mit zunehmendem Längsschlupf größer. Eine maximal zwischen Reifen und Fahrbahn übertragbare Längskraft ergibt sich entsprechend der µ-Schlupfkurve bei ca. 15% Längsschlupf, dies entspricht dem Regelbereich des ABS. Bei diesem Längsschlupf ist der Verlust an Seitenkraft noch relativ gering. Das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt daher am kurveninneren Vorderrad in Summe aus Längs- und Seitenkraft ein Drehmoment um die Hochachse entgegen der untersteuernden Kurvenbahn des Fahrzeugs. Das Verfahren ermöglicht eine Fahrzeugstabilisierung im Untersteuerfall oder deren Verbesserung, insbesondere für Fahrzeuge mit Verbundlenkerachse (Starrachse) aber auch bei Fahrzeugen mit hohem Gewicht, bei denen ein alleiniger Bremseingriff am kurveninneren Hinterrad nicht ausreichend ist. Besonders für diese Fahrzeuge kann durch den speziellen ESP-Eingriff ein untersteuern wirksam verhindert werden.

Es ist nach einem Ausführungsbeispiel vorteilhaft, daß der ESP- Eingriff am kurveninneren Vorderrad erfolgt, wenn der Grenzwert G_Schlupf einen Schlupfwert λ ≧ 0% bis 20% erreicht oder überschritten hat.

Vorteilhaft erfolgt der ESP-Eingriff am kurveninneren Vorderrad, wenn der Grenzwert G_Schlupf einen Schlupfwert λ zwischen 10% und 20% erreicht oder überschritten hat, da bei einem dynamischen Untersteuereingriff in diesem Fall der Längskraftaufbau am kurveninneren Hinterrad erschöpft ist. Ein in diesem Fall stattfindender ESP-Untersteuereingriff mit einer Abbremsung nur des kurveninneren Hinterrades besitzt bei mit starker Untersteuertendenz und hohem Querbeschleunigungsniveau durchfahrenen Kurven bei Fahrzeugen mit hoher Wankneigung oder bei bestimmten Hinterachskonstruktionen (z. B. Verbundlenker achse) keine Wirkung, da es bei diesen Fahrsituationen zum Abheben des kurveninneren Hinterrades kommt.

Darüber hinaus hat ein ESP-Untersteuereingriff am kurveninneren Hinterrad aufgrund der Normalkraftreduktion der kurveninneren Fahrzeugseite bei Fahrzeugen mit hohem Gesamtgewicht eine nur begrenzte Wirkung. Vorteilhaft kann der ESP-Eingriff am kurveninneren Vorderrad daher auch dadurch erfolgen, daß der Grenzwert G_Schlupf auf einen Schlupfwert λ von 0% gesetzt wird, so daß bei jedem ESP-Untersteuereingriff Bremsdruck in die beiden kurveninneren Räder eingesteuert wird. Hierdurch wird vorteilhaft ein größeres Gesamtdrehmoment um die Hochachse des Fahrzeugs bei einer erhöhten Reduktion der Längsgeschwindigkeit erzielt.

Vorteilhaft wird eine Betrachtung der Querbeschleunigung des Fahrzeugs derart vorgenommen, daß bei dem ESP-Eingriff am kurveninneren Hinterrad und/oder Vorderrad die Querbeschleunigung an den Vorderrädern erfasst und mit einem Grenzwert G_{Quer/oben/unten} verglichen wird. Die Abweichung der Querbeschleunigung von dem Grenzwert G_{Quer/oben/unten} bei dem ESP- Eingriff wird ermittelt und in Korrelation mit dem Schlupfwert die Dynamik des Fahrmanövers ausgewertet. So kann bei hohen Schlupfwerten und einer geringen Querbeschleunigung auf geringe Reibwerte zwischen Reifen und Fahrbahn geschlossen werden.

Es ist zweckmäßig, daß ein fahrzeugindividueller oberer Grenzwert G_Quer/oben festgelegt ist, der beim Eintritt der Regelung am kurveninneren Vorderrad erreicht oder überschritten werden muß. Der Grenzwert G_Quer/oben kann beispielsweise zwischen 4 m/s² und 8 m/s², vorzugsweise 6 m/s², liegen. Ein Austritt aus der Regelung des kurveninneren Vorderrades erfolgt beim Errei chen oder Unterschreiten eines unteren Grenzwerts G_Quer/unten. Der Grenzwert G_Quer/unten kann zwischen 1 m/s² und 3 m/s², vorzugsweise 2 m/s², liegen.

Vorteilhaft kann der Grenzwert (G_Quer ≘ λ = 0) auch auf Null ge setzt werden, wenn bei einem ESP-Untersteuereingriff ständig Bremsdruck in die kurveninneren Räder, also das Vorderrad und das Hinterrad, eingesteuert werden soll.

Vorteilhaft ist, daß der ESF-Eingriff am kurveninneren Vorder rad erfolgt, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:

1. Die modellbasierte maximale Seitenkraft für den im wesent lichen linearen Bereich an der Vorderachse wird über schritten.
2. Es ist keine ESP-Motormomentreduktion aktiviert.
3. Der gemessene Lenkwinkel α_Mess ist kleiner als ein modell basierter Lenkwinkel α_Modell, bei dem sich die Drehrichtung des durch die Bremsdrücke (Längskraft) eingeleiteten Mo ments ändert.

Der unter Punkt 3 genannte Lenkwinkel α_Modell der Bedingung α_Mess < α_Modell kann nach der Beziehung

ermittelt werden, mit l_v = Abstand der Vorderachse zum Schwerpunkt, s = Spurweite. Vorzugsweise geht die Bedingung nicht vom Schwerpunkt des Fahrzeugs, sondern vom dessen halben Radstand aus. Damit wird die Verlagerung des Schwerpunkts in Richtung der Hinterachse mit zunehmender Bela dung des Fahrzeugs berücksichtigt. α_Mess wird daher bevorzugt nach der Beziehung

ermittelt, mit s = Spurweite, 1 = Abstand der Achse vom Schwerpunkt und den Indizes v für die Vorderach se und r für die Hinterachse.

Sind diese Bedingungen erfüllt, wird am kurveninneren Vorder rad zusätzlich zum kurveninneren Hinterrad Bremsdruck in die Radbremse eingesteuert.

Besonders vorteilhaft ist, daß bei einem ESP-Eingriff der Bremsdruck an dem kurveninneren Vorderrad auf einen Schlupf wert begrenzt wird, der dem ABS-Blockierdruckniveau ent spricht. Dadurch, daß der Druckaufbau an dem kurveninneren Vorderrad bis zum ABS-Regelbereich ermöglicht wird, wird ei nerseits bei einer geringen Seitenkraftreduktion ein relativ großer Längskraftaufbau und damit eine resultierende maximale Gesamtkraft erzielt, die ein Giermoment um die Hochachse des Fahrzeugs bewirkt. Andererseits wird durch die Regelung des Bremsdrucks mittels der ABS Regelung verhindert, daß bei si cherheitskritischen Fehlanregelungen das ABS geregelte Rad in stabil wird. Dies ist insbesondere bei den heute üblichen zwei Bremskreisen wesentlich, bei denen ein Eingriff nach dem er findungsgemäßen Verfahren in beiden Bremskreisen erfolgt.

Ausführungsbeispiel 1.1 Bedingungen des Regelungseintritts und der Beendigung

Der Regelungseintritt erfolgt, d. h. ein Drehmoment (Giermoment) um die Hochachse des Fahrzeugs wird über einen Bremsdruckaufbau an den beiden kurveninneren Radbremsen er zeugt, wenn beim ESP-Untersteuereingriff am kurveninneren Hin terrad die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

a) Der ESP Schlupfregler ermittelt am Hinterrad einen Schlupf der vorzugsweise größer ist als ein Grenzwert G_Schlupf < 15%
b) die Querbeschleunigung an der Vorderachse ist größer als ein fahrzeugindividueller Grenzwert G_Quer,oben
c) im Einspurmodell die modellbasierte maximale Seitenkraft für den im wesentlichen linearen Bereich an der Vorderachse überschritten wird (Einspurmodell ist im Modelstate größer 1) oder
d) es ist keine ESP-Motormomentreduktion aktiv
e) es ist vorzugsweise keine Fahrerbremsung ermittelt
f) der aktuelle Lenkwinkel α_Mess ist kleiner als der modellba sierte Lenkwinkel α_Modell nach der Beziehung
oder der Beziehung

Der ESP-Untersteuereingriff an beiden kurveninneren Räder wird unterbunden wenn

a) der ESP Regler einen Übersteuereingriff durchführt oder
b) die Ist-Gierrate des Fahrzeugs die berechnete Soll-Gierrate erreicht.
c) der Grenzwert G_Quer,unten ist unterschritten.

Ein ESP-Eingriff und die entsprechende Regelung ist bei spielsweise in der DE 195 15 065 A1 beschrieben, auf die vollinhaltlich verwiesen wird.

1.2 Bremsdruckverteilung

Der Aufbau des radindividuellen Bremsdruckes am kurveninneren Vorderrad erfolgt bis zum ABS Regelbereich. Daher wird der Druckaufbau (Längsschlupf) des geregelten Vorderrades auf die ABS Schwellen begrenzt, d. h. der ESP Schlupfregler wird an dem kurveninneren Vorderrad nicht aktiv.

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität, bei dem anhand von mehreren Eingangsgrößen Drücke für einzelne Bremsen ermittelt werden, so daß durch einen ESP-Eingriff die Fahrstabilität des Fahrzeugs erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Kurvenfahrt bei einem untersteuernden Fahrverhalten ermittelt wird, ob bei dem ESP-Eingriff am kurveninneren Hinterrad eine Kraftübertragung zwischen Reifen und Fahrbahn des Fahrzeugs in Korrelation zu einem Grenzwertes G_Schlupf vorliegt, wobei beim Erreichen oder Überschreiten des Grenzwerts der ESP- Eingriff zusätzlich zum kurveninneren Hinterrad am kurveninneren Vorderrad erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ESP-Eingriff am kurveninneren Vorderrad erfolgt, wenn der Grenzwert G_Schlupf einen Schlupfwert λ ≧ 0% bis 20% erreicht oder überschritten hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ESP-Eingriff am kurveninneren Vorderrad erfolgt, wenn der Grenzwert G_Schlupf einen Schlupfwert λ zwischen 10% und 20% erreicht oder überschritten hat.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem ESP-Eingriff am kurveninneren Hinterrad und/oder Vorderrad die Querbeschleunigung an den Vorderrädern erfasst und mit einem Grenzwert G_{Quer/oben/unten} verglichen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung der Querbeschleunigung von dem Grenzwert G_{Quer/oben/unten} bei dem ESP-Eingriff ermittelt wird, und in Korrelation mit dem Schlupfwert die Fahrdynamik ausgewertet wird.

6. Verfahren nach Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein oberer Grenzwert G_Quer,oben für den Eintritt in die Regelung des kuveninneren Vorderrades und ein unterer Grenzwert G_Quer,unten für den Austritt aus der Regelung des kurveninneren Vorderrades vorgesehen ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ESP-Eingriff am kurveninneren Vorderrad erfolgt, wenn die Bedingung erfüllt ist, daß die modellbasierte maximale Seitenkraft an der Vorderachse überschritten wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der ESP-Eingriff am kurveninneren Vorderrad erfolgt, wenn die Bedingung erfüllt ist, daß keine ESP-Motormomentreduktion aktiviert ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der ESP-Eingriff am kurveninneren Vorderrad erfolgt, wenn der gemessene Lenkwinkel α_Mess kleiner als ein modellbasierter Lenkwinkel α_Modell ist, bei dem sich die Drehrichtung des durch die Bremsdrücke (Längskraft) eingeleiteten Moments ändert.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der modellbasierte Lenkwinkel α_Modell. nach der Beziehung
ermittelt wird, mit l_v = Abstand der Vorderachse zum Schwerpunkt, s = Spurweite.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der modellbasierte Lenkwinkel α_Modell. nach der Beziehung
ermittelt wird, mit l_v = Abstand der Vorderachse zum Schwerpunkt, l_r = Abstand der Hinterachse zum Schwerpunkt, s = Spurweite.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem ESP-Eingriff der Bremsdruck an dem kurveninneren Vorderrad auf einen Schlupfwert begrenzt wird, der dem ABS-Blockierdruckniveau entspricht.