DE10295477B4

DE10295477B4 - Verfahren zur Verbesserung des Regelverhaltens einer blockiergeschützten hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanlage

Info

Publication number: DE10295477B4
Application number: DE10295477T
Authority: DE
Inventors: Matthias Kalff; Ivica Batistic
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2012-12-27
Anticipated expiration: 2022-11-21
Also published as: DE10295477D2; WO2003045753A1

Abstract

Verfahren zur Verbesserung des Regelverhaltens einer blockiergeschützten hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanlage in Bremssituationen mit aktiver ABS-Regelung, mit einer Steuer- und Regeleinheit, die von mindestens einem Radsensor Informationen über das Drehverhalten mindestens eines mit einem Luftreifen versehenen Fahrzeugrades erhält, wobei die ABS-Regelung unter Berücksichtigung von luftreifenspezifischen Eigenschaften durchgeführt wird und eine Auswertung des Raddrehverhaltens zwischen Reifentypen mit schmalem Maximum der μ-Schlupfkurve und Reifentypen mit breitem Maximum der μ-Schlupfkurve unterschieden wird, wobei der Reifentyp situationsabhängig, z. B. durch Witterungseinflüsse, Reibwertänderungen, Kurvenfahrt etc., wechseln kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Gradient des Druckabbaus während eines ABS-Regelungsvorganges im Vergleich zu dem Druckabbaugradienten, den die Steuer- und Regeleinheit im Standardfall errechnet, abhängig von dem Reifentyp erhöht oder verringert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung des Regelverhaltens einer blockiergeschützten hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanlage in Bremssituationen mit aktiver ABS-Regelung, mit einer Steuer- und Regeleinheit, die von mindestens einem Radsensor Informationen über das Drehverhalten mindestens eines mit einem Luftreifen versehenen Fahrzeugrades erhält, wobei die ABS-Regelung unter Berücksichtigung von luftreifenspezifischen Eigenschaften durchgeführt wird.
Der grundsätzliche Aufbau einer blockiergeschützten hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanlage ist z. B. aus dem Heft der Firma Robert Bosch GmbH zur Technischen Unterrichtung: „PKW-Bremsanlagen”, 1. Auflage, erschienen 1989, Bestellnummer 1987722023 bekannt. In der EP 0380511 B1 ist ein elektronisches Antiblockiersystem beschrieben, das die Reifen-Kennlinien bei einem Bremsvorgang berücksichtigt.
Aus der DE 41 02 301 C1 geht ein Verfahren zur Anpassung von Ansprech-Schlupfschwellenwerten für ein Antriebs-Schlupf- und/oder ein Bremsschlupf-Regelsystem an die Bereifung eines Kraftfahrzeuges hervor, wobei aus der Korrelation eines Kraftschlussbeiwertes mit einem gemessenen Antriebs-Schlupf die μ-Schlupf-Charakteristik der Bereifung bestimmt wird.
In der DE 38 41 977 C2 ist ein Antiblockierregelsystem offenbart, bei welchem die Länge eines Druckabbauimpulses abhängig von der Summe der Abbauzeit im vorhergehenden Zyklus festgelegt wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzustellen, das unter Berücksichtigung von luftreifenspezifischen Eigenschaften eine Verbesserung des Regelverhaltens in Hinblick auf Bremssituationen mit aktiver ABS-Regelung bewirkt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch eine Auswertung des Raddrehverhaltens zwischen Reifentypen mit schmalem Maximum der μ-Schlupfkurve und Reifentypen mit breitem Maximum der μ-Schlupfkurve unterschieden, wobei der Reifentyp situationsabhängig, z. B. durch Witterungseinflüsse, Reibwertänderungen, Kurvenfahrt, etc., wechseln kann, und dass der Gradient des Druckabbaus während eines ABS-Regelungsvorganges im Vergleich zu dem Druckabbaugradienten, den die Steuer- und Regeleinheit im Standardfall errechnet, erhöht oder verringert wird. Unter dem Standardfall wird hierbei der ABS-Regelungsvorgang ohne Berücksichtigung des Reifentyps (schmales oder breites Maximum) verstanden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird bei dem Reifentyp mit schmalem Maximum beim Erreichen einer Instabilitätsgrenze der Druckabbaugradient im Vergleich zu dem Standarddruckabbaugradient erhöht, wohingegen bei dem Reifentyp mit breitem Maximum beim Erreichen der Instabilitätsgrenze der Druckabbaugradient im Vergleich zu dem Standarddruckabbaugradient verringert.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird von der Steuer- und Regeleinheit der reifentypabhängige Druckabbaugradient aus einer Multiplikation eines Verstärkungsfaktors bzw. eines Reduktionsfaktors mit dem Standarddruckabbaugradienten bestimmt.
Vorteilhafterweise wird bei Erfüllung vorgegebener Bedingung der Luftreifen als Reifentyp mit einem breiten Maximum oder als Reifentyp mit einem schmalen Maximum bewertet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird aus den Informationen über das Raddrehverhalten ein Indikator zur Erkennung der luftreifenspezifischen Eigenschaften durch Differenzbildung aus einem Radbeschleunigungssignal und einem gefilterten Radbeschleunigungssignal nach einer vorgegebenen Beziehung bestimmt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird ein aktuelles gefiltertes Radbeschleunigungssignal aus dem Radbeschleunigungssignal, aus einem in einem vorherigen Schritt ermitteltem gefilterten Radbeschleunigungssignal und aus einem dimensionslosen Zeitfaktor nach einer vorgegebenen Beziehung bestimmt.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausgestaltungsvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus Unteransprüchen hervor. Das Verfahren wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Hierbei zeigt:
1 eine μ-Schlupfkurve eines Reifentyps mit schmalem Maximum,
2 eine μ-Schlupfkurve eines Reifentyps mit breitem Maximum,
3 einen typischen Verlauf der Radgeschwindigkeit bei einem Reifentyp mit schmalem Maximum beim Einlaufen in eine Instabilitätsphase,
4 einen typischen Verlauf der Radgeschwindigkeit bei einem Reifentyp mit breitem Maximum beim Einlaufen in die Instabilitätsphase.
1 und 2 zeigen sogenannte ”μ-Schlupfkurven” (Reibwert bzw. Reibbeiwert in Abhängigkeit von dem Radschlupf) eines Fahrzeugreifens. Die Erfahrung zeigt, dass die Erhöhung des maximalen Reibwerts μ_MAX der μ-Schlupfkurve bei einem PKW Reifen nicht ohne Einfluss auf deren Verlauf bleibt. 1 zeigt den typischen Schlupfverlauf für einen Reifentyp mit schmalem Maximum, welcher im Bereich des Maximums eine ausgeprägte Spitze aufweist. Diese Eigenschaft des Reifens schlägt sich in typischen Schlupfverläufen bei einer ABS-Bremsung nieder. Beim Überschreiten des maximalen Reibwerts μ_MAX der μ-Schlupfkurve zeigt sich, bedingt durch das verhältnismäßig steile Abfallen des Reibwerts μ mit zunehmenden Schlupf, eine sehr schnell auftretende starke Schlupfzunahme, das Rad reißt ab oder kippt ab (s. 3). Diese Eigenschaft stellt den elektronischen Regler einer ABS-Bremsanlage vor Probleme, denn der Effekt ist einem sogenannten Reibwertsprung in Richtung Niedrigreibwert sehr ähnlich.
2 hingegen zeigt den typischen Schlupfverlauf für einen Reifentyp mit breitem Maximum. Bei dem Reifentyp mit breitem Maximum fällt die μ-Schlupfkurve nach Überschreiten des maximalen Reibwerts μ_MAX nicht derart stark ab, sondern liegt in einem weiten Schlupfbereich ähnlich hoch. 3 zeigt ein Raddrehverhalten mit starker, plötzlicher Änderung der Radgeschwindigkeit v_{Rad_sM} im Vergleich zur Fahrzeuggeschwindigkeit v_Fz. Hierbei läuft das Fahrzeugrad bei einem Zeitpunkt t₀ schnell in eine Instabilitätsphase (”abkippendes” Rad). Dieses Raddrehverhalten ist typisch für den Reifentyp mit schmalem Maximum. 4 zeigt den typischen Verlauf der Radgeschwindigkeit bei dem Reifentyp mit breitem Maximum beim Einlaufen zu dem Zeitpunkt t₀ in die Instabilitätsphase. Hierbei ändert sich die Radgeschwindigkeit V_{Rad_bM} im Vergleich zur Fahrzeuggeschwindigkeit v_Fz nicht so stark.
Mehr denn je werden von den Herstellern der Fahrzeugregelsysteme die höchsten Bremsleistungen erwartet, und dies trotz der oben angeführten spezifischen Reifeneigenschaften diverser Produzenten.
Das bedeutet, dass unter allen Bedingungen das Reifenpotenzial, sowohl das der Reifentypen mit schmalem Maximum als auch diejenigen mit breitem Maximum, ausgenutzt werden muss.
Den entscheidenden Vorteil in der Potenzialausnutzung bringt die Druckmodulation.
Im Falle des Reifentyps mit schmalem Maximum ist von entscheidender Bedeutung, im Augenblick des Abrisses das richtige Maß an Druck abzubauen, um diesen Zustand möglichst schnell zu beenden. Das heißt, einerseits genug um das Rad aus dem Schlupf zu holen, denn der Reifentyp mit schmalem Maximum bremst mit zunehmendem Schlupf schlechter, und andererseits nicht zu viel, um die Bremsleistung nach der Schlupfphase nicht zu gefährden.
Im Falle des Reifentyps mit breitem Maximum ist von entscheidender Bedeutung, das Rad mit möglichst geringem Druckabbau aus dem Schlupf zu holen. Der Reifentyp mit breitem Maximum verliert mit zunehmendem Schlupf weniger an Bremsleistung als der Reifentyp mit schmalem Maximum, und nach der Schlupfphase ist die gute Bremsleistung durch den moderaten Druckabbau auch sichergestellt.
In zunehmendem Maße wird bei der Bremsenauslegung dem Zusammenwirken von Reifen und Bremse Bedeutung beigemessen. Eine Anpassung an den speziellen Reifentyp ist daher erforderlich.
Natürlich schlägt sich diese Eigenschaft unterschiedlicher Reifentypen, einerseits mit schmalem und andererseits mit breitem Maximum, auf ihr dynamisches Verhalten bei Wiederbeschleunigung aus einer Schlupfphase nieder.
Das unten beschriebene Verfahren ist gleichermaßen anwendbar bei Reifentypen mit schmalem als auch mit breitem Maximum, denn es analysiert die Dynamik der Schlupfzunahme bzw. Abnahme und ändert den Verstärkungsfaktor für den Druckabbau bzw. Druckaufbau. Das Verfahren ist gleichermaßen geeignet für ABS-Only-Systeme als auch für die Systeme, bei denen das ABS lediglich eine Untermenge darstellt, wie z. B. ESP.
Im Folgenden wird das Verfahren anhand beispielhafter Zahlenwerte erläutert:
Das aus jedem Radgeschwindigkeitssignal abgeleitete individuelle Radbeschleunigungssignal ACC ist Bestandteil eines heutigen elektronischen Reglers.
Das ACC-Signal wird einem Filter zugeführt werden, das mit folgendem Term definiert ist: ACCF_n = ACCF_n-1 + [(ACC – ACCF_n-1)/T]

ACCF_n, ACCF_n-1:: gefilterte Radbeschleunigungssignale
ACC:: Radbeschleunigungssignal
T:: dimensionsloser Zeitfaktor

Wird die Differenz ACC_DIFF = ACC – ACCF gebildet, so entsteht ein Signal dessen Größe als zuverlässiger Indikator für die Dynamik der Schlupfzunahme bzw. Abnahme bei einer ABS-Regelung angesehen wird.
Dimension von ACC_DIFF ist die Erdbeschleunigung [g] oder auch [m/s²].
Bei Schlupfzunahme mit niedriger Dynamik sind beide Größen (ACC, ACCF) negativ. Die aus Radgeschwindigkeit abgeleitete Größe ACC ist betragsmäßig immer größer als ACCF. Daher ist die Differenz ACC_DIFF immer negativ.
Gilt die Bedingung ACC_DIFF > erste Schwelle N1 = –2 g und ACC_DIFF < 0, also niedrige Dynamik der Schlupfzunahme, wird der Reifen für anstehende Instabilität als Reifentyp mit breitem Maximum identifiziert, und der ursprünglich berechnete Standarddruckabbaugradient durch Multiplikation mit einem Reduktionsfaktor k_VR verringert.
Der Reduktionsfaktor k_VR wird berechnet als k_VR = 1 – (k/ACC_DIFF)
Die Umrechnungskostante k = k_N2 ist so gewählt, dass der Verstärkungsfaktor k_VR = 0,8 beträgt wenn die ACC_DIFF Werte zwischen der Schwelle N1 = –2 g und einer Differenz Diff.N1 = –1,8 g liegen. Liegen die ACC_DIFF Werte zwischen Diff.N1 = –1,8 g und 0, so wird die Umrechnungskonstante k = k_N1 so gewählt, dass der Verstärkungsfaktor k_VR im Bereich 0,5 ≤ k_VR < 0,8 liegt.
Der Term für k_VR stellt sicher, dass bei geringen Beträgen von ACC_DIFF Signal, der Verstärkungsfaktor k_VR progressiv abnimmt. Aus dem Grund ist die untere Begrenzung des Verstärkungsfaktors auf k_VR = 0,5 festgelegt.
Gilt die Bedingung ACC_DIFF < Schwelle N2 = –3 g, also hohe Dynamik der Schlupfzunahme, wird der Reifen für anstehende Instabilität als Reifentyp mit schmalem Maximum identifiziert, und der ursprünglich berechnete Standarddruckabbaugradient durch Multiplikation mit dem Verstärkungsfaktor k_VE erhöht. Der Verstärkungsfaktor k_VE wird berechnet als k_VE = 1 + (1 – k/ACC_DIFF)²
Die Umrechnungskostante k = k_N3 ist so gewählt, dass der Verstärkungsfaktor k_VE = 1,11 beträgt wenn die ACC_DIFF Werte zwischen der Schwelle N2 = –3 g und einer Differenz Diff.N2 = –3,3 g liegen. Liegen die ACC_DIFF Werte unterhalb von Diff.N2 = –3,3 g, so wird die Umrechnungskonstante k = k_N4 so gewählt, dass der Verstärkungsfaktor k_VE im Bereich 1,11 < k_VE ≤ 2,0 liegt.
Bei Schlupfabnahme mit niedriger Dynamik sind beide Größen (ACC, ACCF) positiv. Die aus Radgeschwindigkeit abgeleitete Größe ACC ist betragsmäßig immer größer als ACCF. Daher ist die Differenz ACC_DIFF immer positiv.
Gilt die Bedingung ACC_DIFF < Schwelle H1 = 2 g, also niedrige Dynamik der Schlupfabnahme, wird der Reifen für das anstehende Erreichen des stabilen Bereiches der μ-Schlupfkurve als Reifentyp mit breitem Maximum identifiziert, und der ursprünglich berechnete Standarddruckaufbaugradient durch Multiplikation mit dem Verstärkungsfaktor k_VR reduziert.
Der Verstärkungsfaktor für Reduktion k_VR wird berechnet als k_VR = 1 – k/ACC_DIFF
Die Umrechnungskostante k = k_H2 ist so gewählt, dass der Verstärkungsfaktor k_VR = 0,8 beträgt wenn die ACC_DIFF Werte zwischen der Schwelle H1 = 2 g und einer Differenz Diff.H1 = 1,8 g liegen. Liegen die ACC_DIFF Werte zwischen Diff.H1 = 1,8 g und 0, so wird die Umrechnungskonstante k = k_H1 so gewählt, dass der Verstärkungsfaktor k_VR im Bereich 0,7 ≤ k_VR < 0,8 liegt.
Der Term für k_VR stellt sicher, dass bei geringen Beträgen von ACC_DIFF Signal, der Verstärkungsfaktor k_VR progressiv abnimmt. Aus dem Grund ist die untere Begrenzung des Verstärkungsfaktors auf k_VR = 0,7 festgelegt.
Gilt die Bedingung ACC_DIFF > Schwelle H2 = 3 g, also hohe Dynamik der Schlupfabnahme, wird der Reifen für das anstehende Erreichen des stabilen Bereiches der μ-Schlupfkurve als Reifentyp mit schmalem Maximum identifiziert, und der ursprünglich berechnete Standarddruckaufbaugradient durch Multiplikation mit dem Verstärkungsfaktor k_VE erhöht.
Der Verstärkungsfaktor k_VE wird berechnet als k_VE = 1 + (1 – k/ACC_DIFF)²
Die Umrechnungskostante k = k_H3 ist so gewählt, dass der Verstärkungsfaktor k_VE = 1,11 beträgt wenn die ACC_DIFF Werte zwischen der Schwelle H2 = 3 g und einer Differenz Diff.H2 = 3,3 g liegen. Liegen die ACC_DIFF Werte oberhalb von Diff.H2 = 3,3 g, so wird die Umrechnungskonstante k = k_H4 so gewählt, dass der Verstärkungsfaktor k_VE im Bereich 1,11 < k_VE ≤ 2,0 liegt.
Für alle ACC_DIFF Werte zwischen N1 = –2 g und N2 = –3 g, sowie zwischen H1 = 2 g und H2 = 3 g, wird der Verstärkungsfaktor k_VE auf k_VE = 1,0 gesetzt. In diesen Bereichen ist keine Aussage über die Art des Reifentyps möglich.

Claims

Verfahren zur Verbesserung des Regelverhaltens einer blockiergeschützten hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanlage in Bremssituationen mit aktiver ABS-Regelung, mit einer Steuer- und Regeleinheit, die von mindestens einem Radsensor Informationen über das Drehverhalten mindestens eines mit einem Luftreifen versehenen Fahrzeugrades erhält, wobei die ABS-Regelung unter Berücksichtigung von luftreifenspezifischen Eigenschaften durchgeführt wird und eine Auswertung des Raddrehverhaltens zwischen Reifentypen mit schmalem Maximum der μ-Schlupfkurve und Reifentypen mit breitem Maximum der μ-Schlupfkurve unterschieden wird, wobei der Reifentyp situationsabhängig, z. B. durch Witterungseinflüsse, Reibwertänderungen, Kurvenfahrt etc., wechseln kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Gradient des Druckabbaus während eines ABS-Regelungsvorganges im Vergleich zu dem Druckabbaugradienten, den die Steuer- und Regeleinheit im Standardfall errechnet, abhängig von dem Reifentyp erhöht oder verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Reifentyp mit schmalem Maximum beim Erreichen einer Instabilitätsgrenze der Druckabbaugradient im Vergleich zu dem Standarddruckabbaugradienten erhöht wird, und dass bei dem Reifentyp mit breitem Maximum beim Erreichen der Instabilitätsgrenze der Druckabbaugradient im Vergleich zu dem Standarddruckabbaugradient verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuer- und Regeleinheit der reifentypabhängige Druckabbaugradient aus einer Multiplikation eines Verstärkungsfaktors (k_VE) bzw. eines Reduktionsfaktors (k_VR) mit dem Standarddruckabbaugradienten bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erfüllung vorgegebener Bedingungen der Luftreifen als Reifentyp mit einem breiten Maximum oder als Reifentyp mit einem schmalen Maximum bewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Informationen über das Raddrehverhalten ein Indikator (ACC_DIFF) zur Erkennung der luftreifenspezifischen Eigenschaften durch Differenzbildung aus einem Radbeschleunigungssignal (ACC) und einem gefilterten Radbeschleunigungssignal (ACCF) nach einer vorgegebenen Beziehung (ACC_DIFF = ACC – ACCF) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktuelles gefiltertes Radbeschleunigungssignal (ACCF_n) aus dem Radbeschleunigungssignal (ACC), aus einem in einem vorherigen Schritt ermitteltem gefilterten Radbeschleunigungssignal (ACCF_n-1) und aus einem dimensionslosen Zeitfaktor (T) nach einer vorgegebenen Beziehung (ACCF_n = ACCF_n-1 + ((ACC – ACCF_n-1)/T)) bestimmt wird.