DE19616732A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Bremsanlage eines Fahrzeugs - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Bremsanlage eines Fahrzeugs.

Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 195 26 659.5 vom 21. 07. 95 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Bremsanlage eines Fahrzeugs bekannt, bei welchem abhängig von der Betätigung des Bremspedals durch den Fahrer die Bremskraft an den Radbremsen gesteuert wird. Dabei ist zur Steuerung ein Verzögerungsregler vorgesehen, wobei aus der Bremspedalbetätigung durch den Fahrer ein Sollverzögerungswert des Fahrzeugs abgeleitet wird. Dieser Sollverzögerungswert wird unter Berücksichtigung der Istverzögerung des Fahrzeugs durch den Regler in eine das an den Radbremsen einzustellende Bremsmoment repräsentierende Größe umgesetzt. Diese Größe wiederum wird vorzugsweise im Rahmen eines Bremsmomentenreglers durch Steuerung der Bremskraft an den Radbremsen (z. B. durch Steuerung des Bremsdrucks) im Rahmen einer Bremsmomentenregelung eingeregelt. Als Regler wird dabei im bevorzugten Ausführungsbeispiel ein PID-Regler eingesetzt.

Einen großen Einfluß auf das Regelverhalten hat dabei die Bremsanlage selbst, da deren Dynamik für Momentenerhöhung und -reduzierung sehr unterschiedlich sein kann. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine hydraulische Bremsanlage eingesetzt, bei der die Dynamikunterschiede einen bedeutenden Einfluß auf das Regelverhalten ausüben.

Aus der DE 43 38 399 A1 ist ein Fahrgeschwindigkeitsregler bekannt, welcher ausgehend von der Differenz zwischen Soll- und Istgeschwindigkeit einen Sollverzögerungswert bildet, der einem Eingriff in die Bremsanlage des Fahrzeugs im Sinne eines Einhaltens der Sollgeschwindigkeit zugrunde liegt.

Es ist wünschenswert, daß für die Bremsensteuerung ein solcher Fahrgeschwindigkeitsregler auf denselben Verzögerungsregler einwirkt. Durch die beim Umschalten zwischen den verschiedenen Sollwertgebern in einem solchen Fall auftretenden Sprünge im Sollwert des Reglers könnte das Regelverhalten des Verzögerungsreglers und damit das Verhalten der Bremsensteuerung selbst spürbar beeinträchtigt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Verzögerungsregler zur Steuerung einer Bremsanlage eines Fahrzeugs anzugeben, welcher an die Bedürfnisse einer automatischen Abbremsung des Fahrzeugs in unterschiedlichen Betriebssituationen angepaßt ist.

Dies wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht.

Vorteile der Erfindung

Es wird ein Verzögerungsregler zur Steuerung der Bremsanlage angegeben, welcher sich an unterschiedliche Bedürfnisse einer automatischen Abbremsung des Fahrzeugs anpaßt.

Besonders vorteilhaft ist, daß durch eine Vorsteuerung der vom Verzögerungsregler vorgegebenen Eingriffsgröße die Dynamik des Bremseneingriffs erheblich verbessert wird.

Besonders vorteilhaft ist ferner, daß durch eine Steuerung des Integralanteils des Verzögerungsreglers eine deutliche Verbesserung des Regelverhaltens im Hinblick auf die Dynamik des Bremseneingriffs erreicht wird. Diese Verbesserung zeigt sich insbesondere bei hydraulischen Bremsanlagen. Dadurch entfällt eine spezielle Anpassung des Reglers an das unterschiedliche Zeitverhalten von Bremsanlagen.

In vorteilhafter Weise wird ferner eine Strukturumschaltung bzw. ein Führungsgrößenfilter eingesetzt, durch die bei einer Änderung des Sollwertgebers (z. B. vom Fahrgeschwindigkeitsregler zum Bremspedal) das Regelverhalten des Reglers erheblich verbessert ist. Möglicherweise auftretende Sollwertsprünge führen zu keiner Beeinträchtigung des Reglers und seines Verhaltens, so daß in dieser Betriebssituation der Komfort des Bremseneingriffs nicht beeinträchtigt ist.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Übersichtsblockschaltbild einer Steuereinrichtung zur Steuerung einer Bremsanlage eines Fahrzeugs, während in

Fig. 2 anhand eines Blockschaltbildes eine bevorzugte Realisierungsform der Verzögerungsregelung gezeigt wird.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt eine elektronische Steuereinheit (10), die über eine Eingangsschaltung (12), wenigstens einen Mikrocomputer (14) sowie eine Ausgangsschaltung (16) verfügt. Diese sind über ein Kommunikationssystem (18) zum gegenseitigen Daten- und Informationsaustausch miteinander verbunden. Über Ausgangsleitungen (20-22) steuert die elektronische Steuereinheit die Bremsanlage (24) eines Fahrzeugs. Diese stellt im bevorzugten Ausführungsbeispiel eine hydraulische Bremsanlage dar, welche über Pumpen- und Ventilanordnungen (26) verfügt, die die Bremskraft an den einzelnen Radbremsen (28, 30, 32 und 34) gemäß den über die Leitungen (20-22) zugeführten Signalen steuert. Derartige Bremsanlagen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Der elektronischen Steuereinheit (10) werden ferner Eingangsleitungen zugeführt, die im bevorzugten Ausführungsbeispiel in einem Bussystem (z. B. CAN) zusammengefügt sind. Eine erste Eingangsleitung (36) führt von einer Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung (38) zur Steuereinheit (10), während eine weitere Eingangsleitung (40) von einem Bremspedal (42) zur Steuereinheit (10) geführt wird. Von der Fahrgeschwindigkeitsregeleinrichtung (38) wird eine die Sollverzögerung repräsentierende Größe oder eine Größe, aus der eine Sollverzögerung ableitbar ist, zugeführt, während über die Eingangsleitung (40) vom Bremspedal (42) ein Maß für dessen Betätigungsgrad (Weg, Kraft, Druck, etc.) zugeführt wird. Ferner sind Eingangsleitungen (44-46) vorgesehen, die von Meßeinrichtungen (48-50) ausgehen und weitere Betriebsgrößen der Bremsanlage, des Fahrzeugs oder dessen Antriebseinheit wie beispielsweise Raddrehzahlen, Motordrehzahl, eingestellte Bremskraft (Bremsdruck), etc. zuführen.

Die zur Steuerung der Bremsanlage durchzuführende Steuerfunktionen sind als Programme im Mikrocomputer (14) implementiert. Neben den bekannten Funktionen die ABS, ASR, etc. steuert die Steuereinheit (10) in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Bremskraft an den Radbremsen unabhängig vom Fahrerwunsch in Betriebssituationen, in denen der Fahrer aufgrund einer Gefahrensituation das Bremspedal sehr schnell betätigt. In einer derartigen Bremssituation wird zumindest in Teilbereichen aus dem Betätigungsgrad des Bremspedals ein Sollverzögerungswert für das Fahrzeug auf der Basis von Berechnungen, Kennlinien und Kennfeldern ermittelt. Dieser Sollwert wird wie in dem eingangsgenannten Stand der Technik dargestellt mit dem Verzögerungsistwert verglichen, und einem Regler zugeführt, der nach der vorbestimmten Regelstrategie ein Ausgangssignal erzeugt, welches ein einzustellendes Bremsmoment an den Radbremsen repräsentiert und derart bemessen ist, daß sich die Istverzögerung an die Sollverzögerung annähert. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der vom Regler ermittelte Bremsmomentenwert im Rahmen von Bremsmomentenregelungen an jeder Radbremse durch entsprechende Steuerung der Ventil- und Pumpenanordnung 26 eingestellt. Neben dieser sog. Bremsassistentenfunktion, die nur in Panikbremsfällen eingreift, kann ergänzend vorgesehen sein, die Verzögerungsregelung generell abhängig vom Betätigungsgrad des Bremspedals durch die entsprechende Regelung der Radbremsen durchzuführen und auf diese Weise die Bremskraftverstärkung elektronisch einzustellen. Ferner kann vorgesehen sein, daß ein Fahrgeschwindigkeitsregler, insbesondere ein Fahrgeschwindigkeitsregler, der mit einem Abstandsradar zusammenarbeitet, zur Verringerung der Geschwindigkeit und zum Einhalten der Sollgeschwindigkeit bzw. eines minimalen Abstandes einen Bremseneingriff vorgibt. Dazu sendet der Fahrgeschwindigkeitsregler der Steuereinheit (10) ein Sollverzögerungssignal oder Größen, aus der ein solches Signal ableitbar ist, welches im Rahmen der beschriebenen Regelungen durch Betätigen der Radbremsen eingestellt wird. Der Fahrgeschwindigkeitsregler (38) kann dabei auch Bestandteil der Steuereinheit (10) sein und als Programme im Mikrocomputer (14) implementiert sein.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird als Bremsanlage eine hydraulisch gesteuerte Bremsanlage verwendet. Die erfindungsgemäße Lösung ist jedoch nicht nur auf diesen Anwendungsfall beschränkt, sondern wird mit den genannten Vorteilen auch bei pneumatischen Bremsanlagen oder elektromotorisch betätigten Radbremsen eingesetzt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die beschriebene Regelung ist in Fig. 2 als Blockschaltbild dargestellt. Die Realisierung dieses Blockschaltbildes erfolgt als Programm des Mikrocomputers, wobei die in Fig. 2 dargestellten einzelnen Elemente entsprechende Programmteile oder Programmschritte darstellen.

Der über die Leitung (40) zugeführte Betätigungsgrad des Bremspedals wird beispielsweise mittels einer Kennlinie (100) in einen Sollverzögerungswert ASOLL umgesetzt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel eines sogenannten Bremsassistenten handelt es sich bei der Kennlinie (100) um ein Kennfeld, in welchem der als den Druck im Hauptbremszylinder der Bremsanlage vorliegende Betätigungsgrad unter Berücksichtigung seiner Änderungsgeschwindigkeit in einen Sollverzögerungswert umgesetzt wird. Dieser Sollverzögerungswert wird in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel über ein Schaltelement (102) auf ein Führungsgrößenfilter (104) geführt. Entsprechend wird der gegebenenfalls vom Fahrgeschwindigkeitsregler über die Leitung (36) zugeführte Verzögerungssollwert bei entsprechender Stellung des Schaltelements (102) auf das Filter (104) geführt. Das Schaltelement (102) schaltet dabei je nach Betriebssituation zwischen seinen Stellungen um. Ist der aktiv, befindet sich das Schaltelement (102) in der strichlierten, bei nicht aktivem Fahrgeschwindigkeitsregler in der durchgezogenen Stellung. Das Führungsgrößenfilter (104) dient zur Anpassung der Sollwertvorgabe an den physikalisch möglichen Wertebereich und stellt eine der Maßnahmen dar, die zur Verbesserung des Regelverhaltens beim Umschalten der Sollwerte eingeführt wird. Die Filterwirkung des Führungsgrößenfilters ist dabei derart, daß der nachfolgende Verzögerungsregler der plötzlichen Änderung der Sollverzögerung in zufriedenstellender Weise (ohne Sprung) nachfolgt. Ein Beispiel für diese Filterung ist eine Steigungsbegrenzung der Sollwertvorgabe, durch die sprungförmige Veränderungen des Sollwerts vermieden werden.

Der auf diese Weise gefilterte Sollwert wird auf eine Vergleichsstelle (106) geführt, in der die Differenz zwischen dem Verzögerungssollwert und dem Verzögerungsistwert AIST gebildet wird. Der Verzögerungsistwert wird dabei in Abhängigkeit der über die Leitungen (44-46) zugeführten Raddrehzahlen im Bremsmomentenregler (Bremsdruckregler) 108 gebildet.

Die Differenz zwischen Soll- und Istverzögerung ΔA wird auf einen Verzögerungsregler (110) geführt. Dieser besteht im bevorzugten Ausführungsbeispiel aus einem Proportionalanteil (112), einem veränderlichen Integralanteil (114) sowie einem gegebenenfalls veränderlichen Differentialanteil (116). Die Ausgangssignale dieser Anteile werden in einer Additionsstelle (118) zum Reglerausgangssignal verknüpft. Das Reglerausgangssignal wird dann einer weiteren Additionsstelle (120) zugeführt. Die Ausgangssignalgröße dieser Verknüpfungsstelle (120) stellte ein Sollbremsmoment dar, welches dem Bremsmomentenregler (108) zugeführt wird. Dieser beeinflußt über die Ausgangsleitungen (20-22) die Ventil- und Pumpenanordnungen der Bremsanlage im Sinne einer Regelung des Bremsmomentes auf den Sollwert an den einzelnen Radbremsen. Die Istverzögerung nähert sich auf diese Weise der Sollverzögerung an.

Zur Verbesserung der Dynamik des Reglers ist vorgesehen, daß der gefilterte oder der ungefilterte Sollverzögerungswert als Vorsteuerung einem Berechnungselement (122) zugeführt wird. Dort wird die Sollverzögerung direkt in ein Bremsmoment umgerechnet. Dieses ergibt sich aus dem Produkt der Fahrzeugmasse, dem Reifenradius und der Sollverzögerung und stellt das im Idealfall (Ebene, unbeladenes Fahrzeug, etc.) zum Erreichen der Sollverzögerung einzustellende Bremsmoment dar. Dieses wird in der Verknüpfungsstelle (120) auf das Reglerausgangssignal aufgeschaltet. Der Regler regelt demnach nur die Abweichungen der tatsächlichen Randbedingungen von den bei der Vorsteuerung berücksichtigten idealen Randbedingungen aus.

Ferner ist vorgesehen, den Integralanteil (114) des Verzögerungsreglers zu adaptieren. Die Integration der Regelabweichung wird dabei nur dann durchgeführt, wenn der einzustellende Istwert den Sollwert fast erreicht hat. Ist der Istwert noch deutlich ober- oder unterhalb des Sollwertes, bleibt der vom Integralanteil gelieferte Bremsmomentenanteil konstant. Zur Durchführung dieser Adaption wird der Sollmomentenwert einer Vergleichsstelle (124) zugeführt, der ferner der in dem Bremsmomentenregler (108) gebildete Istmomentenwert zugeführt wird. Die Differenz zwischen Soll- und Istwert wird in einer Schwellwertstufe (126) mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen. Befindet sich der Betrag der Differenz unterhalb dieser Schwelle, das heißt hat der einzustellende Istwert den Sollwert fast erreicht, wird ein Schaltelement (128) betätigt. Dieses Schaltelement verbindet in diesem Fall die Regelabweichung mit dem Eingang des Integralanteils (114). Befindet sich der Betrag der Differenz zwischen Soll- und Istwert oberhalb des Schwellwertes, so befindet sich das Schaltelement (128) in der strichlierten Stellung. In dieser Stellung wird aus der Speicherzelle (130) dem Integralanteil (114) der Wert 0 zugeführt, d. h. die Integration angehalten.

Anstelle der Verwendung der Differenz zwischen Soll- und Istbremsmoment wird in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel die Differenz zwischen Soll- und Istverzögerung zur Steuerung des Integralanteils in entsprechender Weise verwendet. Wird anstelle des Bremsmomentenreglers ein anderer Regler (Bremskraftregler, Bremsdruckregler, Stromregler, etc.) eingesetzt, so kann die der Steuerung des Integralanteils zugrunde liegende Abweichung aus Bremskraftwerten, Stromwerten oder Bremsdruckwerten, etc. gebildet werden.

Durch die adaptive Steuerung des Integralanteils wird eine deutliche Verbesserung des Regelverhaltens erreicht, insbesondere im Hinblick auf dessen Dynamik. Besondere Vorteile zeigt diese Vorgehensweise bei Hydrauliksystemen, deren Dynamik für Momenterhöhung und -reduzierung sehr unterschiedlich ist. Eine spezielle Anpassung des Reglers an das unterschiedliche Zeitverhalten kann dadurch entfallen.

Eine Alternative zum Führungsgrößenfilter (114) stellte die Strukturumschaltung des Reglers bei Änderung des Sollwertgebers dar. Durch die Strukturumschaltung des Reglers wird der Regler selbst derart beeinflußt, daß keine sprungförmige Veränderung des Reglerausgangsignals erzeugt wird. Dabei wird insbesondere der Integral- und/oder der Differentialanteil des Reglers bei entsprechender Umschaltung der Sollwertgeber auf bestimmte Werte gesetzt, die in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel derart gewählt werden, daß bei Umschalten des Sollwertgebers das Reglerausgangssignal gleichbleibt. Dadurch werden Sprünge wirksam vermieden, da der Regler die Sollwertänderung mit seiner eigenen Dynamik ausregelt. Die Strukturumschaltung wird dabei nicht nur bei Umschalten des Sollwertgebers, sondern bei allen sprungförmigen Sollwertverläufen eingesetzt. Zu diesem Zweck wird in der Differentiationsstelle (132) der zeitliche Verlauf der Sollwertvorgabenänderung aus dem Verzögerungssollwert ASOLL ermittelt. Überschreitet die Änderung der Sollwertvorgabe den in der Schwellwertstufe (134) vorgegebenen Schwellwert, so werden die Integral- und/oder Differentialanteile (114, 116) korrigiert und auf Werte gesetzt, die zu einem Ausgangssignal des Reglers, d. h. zu einem Sollbremsmoment, führen, das vor der Sollwertänderung eingestellt wurde.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird als Verzögerungsregler ein PID-Regler eingesetzt. In anderen Ausführungsbeispielen kann auf einen oder zwei Anteile verzichtet werden.

Ferner werden in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel alle beschriebenen Maßnahmen eingesetzt, während in anderen Ausführungsbeispielen eine beliebige Kombination der Maßnahmen oder nur eine der Maßnahmen eingesetzt wird.

Claims (10)

1. Verfahren zur Steuerung der Bremsanlage eines Fahrzeugs, wobei ein Sollwert für die Verzögerung des Fahrzeugs vorgegeben wird, ein Verzögerungsregler in Abhängigkeit der Abweichung zwischen Soll- und Istverzögerungswert ein Ausgangssignal zur Steuerung der Bremsanlage im Sinne einer Annäherung der Istverzögerung an die Sollverzögerung erzeugt, wobei bei der Verzögerungsregelung

• - die Sollverzögerung in einem Führungsgrößenfilter gefiltert wird, das die Änderung des Sollwertes an einen vorgegebenen Wertebereich anpaßt,
• - eine Vorsteuerung des Reglers abhängig vom Sollverzögerungswert durchgeführt wird,
• - der Integralanteil des Verzögerungsreglers nur dann freigegeben wird, wenn ein einzustellender Istwert den Sollwert fast erreicht hat, und/oder
• - eine Strukturumschaltung, die bei einem sich zeitlich stark ändernden Sollwertverlauf eine Korrektur des Integral­ und/oder Differentialanteils des Verzögerungsreglers vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsgrößenfilter eine Steigungsbegrenzung der Sollwertvorgabe durchführt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daß die Vorsteuerung auf der Basis des Produkts aus Reifenradius, Fahrzeugmasse und Sollverzögerung einen Steuerungswert für die Bremsanlage bildet, der dem Reglerausgangssignal aufgeschaltet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzögerungsregler einen Sollwert für das einzustellende Bremsmoment erzeugt, der in einer Bremsmomentenregelung des Bremsmoments an den einzelnen Radbremsen eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Integralanteil des Verzögerungsreglers nur dann integriert, wenn der einzustellende Istwert den Sollwert fast erreicht hat, wobei der Beitrag des Integralanteils zum Regelausgangssignal konstant bleibt, wenn der Istwert noch deutlich ober- oder unterhalb des Sollwertes ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strukturumschaltung des Reglers vorgenommen wird, wenn sich die Sollwertvorgabe stärker als eine vorgegebene Schwelle ändert, wobei bei der Strukturumschaltung vorzugsweise wenigstens der Integral­ und/oder der Differentialanteil auf einen Wert gesetzt wird, der zu einem Reglerausgangssignal vor der Änderung der Sollwertvorgabe führt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Bremsanlage im Rahmen eines Bremskraft-, Bremsdruck-, Stromregelkreis stattfindet und der Regler entsprechende Sollwerte vorgibt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollverzögerung je nach Betriebszustand von unterschiedlichen Steuer- bzw. Regelsystemen erzeugt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollverzögerung abhängig vom Betätigungsgrad des Bremspedals, abhängig vom Betätigungsgrad des Bremspedals bei Panikbremsung und/oder von einem Fahrgeschwindigkeitsregler, gegebenenfalls mit integrierter Abstandsregelung, vorgegeben wird.

10. Vorrichtung zur Steuerung der Bremsanlage eines Fahrzeuges, mit einer elektronischen Steuereinheit, die Ausgangssignale zur Steuerung der Bremsanlage erzeugt, die einen Verzögerungsregler enthält, der abhängig von der Abweichung zwischen einer vorgegebenen Sollverzögerung und einer Istverzögerung des Fahrzeugs ein Ausgangssignal zur Steuerung der Bremsanlage im Sinne einer Annäherung der Istverzögerung an die Sollverzögerung erzeugt, wobei der Verzögerungsregler wenigstens eines der folgenden Mittel enthält:

• - ein Führungsgrößenfilter zur Filterung der Sollverzögerung,
• - eine Vorsteuerung, die in Abhängigkeit der Sollverzögerung einen Einstellwert für die Bremsanlage erzeugt,
• - einen Integralanteil, der dann aktiviert wird, wenn der Istwert den Sollwert fast erreicht hat,
• - Mittel zur Strukturumschaltung des Reglers, die bei einer sich zeitlich stark verändernden Sollwertvorgabe eine Korrektur wenigstens des Integral- und/oder des Differentialanteil des Reglers vornehmen.