DE102006051908B4

DE102006051908B4 - Verfahren zum Regeln der Bremskräfte

Info

Publication number: DE102006051908B4
Application number: DE102006051908.6A
Authority: DE
Inventors: Dr. Herrmann Torsten; Rafael Kumschier; Uwe Engel; Alexander May
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2005-11-04
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2020-09-24
Anticipated expiration: 2026-11-01
Also published as: DE102006051908A1

Abstract

Verfahren zum Regeln der Bremskräfte an individuell betätigbaren Bremsvorrichtungen eines Fahrzeugs, wobei in Abhängigkeit von einer quasistationären Lenkaktion des Fahrers bei hoher Querbeschleunigung (a) ein Giermoment bestimmt wird, das durch individuelle Ansteuerung der Bremsvorrichtungen realisiert wird dadurch gekennzeichnet, dass das Giermoment mindestens anhand einer modellbasierten Schwimmwinkelgeschwindigkeit (β̇) und einem modellbasierten Schwimmwinkel (β̇) beim Überschreiten von der Schwimmwinkelgeschwindigkeit (β̇) und dem Schwimmwinkel (β) jeweils zugeordneten Schwellen (Ṡ, S) aktiviert wird und Bremsdruck in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung (a) in mindestens eine Bremsvorrichtung eingesteuert wird, wobei ein Regelungseintritt über einen Schwimmwinkelansatz angewendet wird, wenn der Schwimmwinkel (β) die zugeordnete Schwelle (S) überschreitet, und ein Regelungseintritt über einen Schwimmwinkelgeschwindigkeitsansatz angewendet wird, wenn die Schwimmwinkelgeschwindigkeit (β̇) die zugeordnete Schwelle (Ṡ) überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Bremskräfte an individuell betätigbaren Bremsvorrichtungen eines Fahrzeugs, wobei in Abhängigkeit von einer quasistationären Lenkaktion des Fahrers bei hoher Querbeschleunigung ein Giermoment bestimmt wird, das durch individuelle Ansteuerung der Bremsvorrichtungen realisiert wird.
Wird ein Kraftfahrzeug mit quasistationärer Lenkaktion des Fahrers („Halten des Lenkwinkels“) mit hoher Querbeschleunigung (Bereich grösser 8 m/ss) bewegt, kann sich bei längerer Dauer dieses Manövers (Bereich von Sekunden) ein signifikanter Schwimmwinkel des Fahrzeugs einstellen, ohne dass gleichzeitig signifikante Gierratensteigerungen messbar sind. Der Fahrer kann diesen Fahrzustand durch einen einmaligen Lenkwinkelsprung bei bereits hohem Eingangsniveau der Querbeschleunigung oder durch Zuziehen der Lenkung mit mässiger Dynamik (Bereich von 100 Grad/s ausreichend) einleiten. Der geübte Fahrer kann in der Regel den sich einstellenden instabilen Zustand durch kurzes Gegenlenken und provozieren eines Übersteuereingriffs der Gierratenregelung beseitigen. Hierzu ist der Normalfahrer jedoch meist nicht in der Lage. Die Ursache für den langsamen Schwimmwinkelaufbau liegt prinzipiell darin, dass die Fähigkeit zur Seitenkraftübertragung tendenziell eher zur Vorderachse verschoben ist. Dieser Effekt kann wiederum durch verschiedene Teileffekte ausgelöst werden (ungünstige statische oder dynamische Radlastverteilung, Fahrwerksauslegung o.ä.).
Aus der DE 195 15 046 A1 ist ein Verfahren zur Giermomentregelung bekannt, bei der eine Schwimmwinkelgeschwindigkeit aus der Querbeschleunigung bestimmt und mit zwei Schwellwerten verglichen wird. Werden diese überschritten wird eine Integration zu einem Schwimmwinkel durchgeführt und dieser mit einem Schwellwert verglichen, um gegebenenfalls die Sollgierwinkelgeschwindigkeit zu reduzieren.
Aus der DE 195 15 051 A1 ist eine Gierratenregelung bekannt, die die Differenz aus der Soll- und Ist-Gierwinkelgeschwindigkeit und die Schwimmwinkelgeschwindigkeit zur Bestimmung des Giermoments heranzieht, das dem Fahrzeug eingeprägt werden soll. Durch die Berücksichtigung der Schwimmwinkelgeschwindigkeit wird ein Grundproblem für die Gierratenregelung des ESP gelöst, das darin besteht, dass während des Schwimmwinkelaufbaus nur geringe Gierratensteigerungen auftreten. Somit sind keine oder nur geringe Regelabweichungen im Gieratenregler bestimmbar und es kann keine Notwendigkeit für eine hydraulische Gegenmassnahme abgeleitet werden. Um diesen Umstand zu entschärfen, wurde im Standard ESP der Regelungsanteil aufgenommen, der auf der Schwimmwinkelgeschwindigkeit aufbaut, die sich nach $\dot{β} = - \frac{α_{q}}{ν} + \dot{ψ}$
und damit über eine Messgleichung indirekt bestimmt (keine direkte Messgrösse), wobei

β̇ -: Schwimmwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs
ψ̇ -: gemessene Gierrate des Fahrzeugs
a_q -: gemessene Querbeschleunigung des Fahrzeugs
v -: Fahrzeuggeschwindigkeit

Dieser Regler besitzt jedoch prinzipiell den Nachteil, dass er zur Minimierung von möglichen Fehlwirkungen relativ unsensibel (hohe Eintrittsschwellen) und mit geringeren Druckanforderungen agieren muss. Darüber hinaus hat er prinzipbedingt Probleme, wenn selbst der Schwimmwinkelaufbau mit geringer zeitlicher Dynamik erfolgt, d.h. der Schwimmwinkel sich erst mit der Zeit langsam aufbaut. Abhilfe könnte hier nur die direkte Regelung des Schwimmwinkels erbringen, der jedoch als Messgrösse bei ESP Standard Sensorik nicht zur Verfügung steht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Regeln der Bremskräfte eines Fahrzeugs zu schaffen, das bei quasistationären Lenkaktion des Fahrers bei hoher Querbeschleunigung das Fahrzeug stabilisiert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Giermoment mindestens anhand einer modellbasierten Schwimmwinkelgeschwindigkeit und einem modellbasierten Schwimmwinkel beim Überschreiten von der Schwimmwinkelgeschwindigkeit und dem Schwimmwinkel jeweils zugeordneten Schwellen aktiviert wird und Bremsdruck in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung in mindestens eine Bremsvorrichtung eingesteuert wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Zur Lösung der geschilderten Probleme wird eine Kombination aus einem Schwimmwinkelgeschwindigkeits- und Schwimmwinkelansatz vorgeschlagen. Hierbei ist der Schwimmwinkelgeschwindigkeitsansatz seinen Vorteilen gemäss im höheren Dynamikbereich des Schwimmwinkelaufbaus wirksam. Bei eher geringerer Schwimmwinkeldynamik wird dagegen der Schwimmwinkelansatz für den Regelungseintritt angewendet. Beide Ansätze können mit relativ geringen Eintrittsschwellen und für die Situation ausreichenden Druckanforderungen arbeiten, da sie nur im beschriebenen Fahrzustandsbereich aktiviert werden müssen (hohe Querbeschleunigungen, geringere Lenk- und Gierdynamik) .
Notwendig für den Schwimmwinkelansatz ist die Bestimmung des Schwimmwinkels mit einer Modellgleichung aus den Messgrößen der ESP Standardsenorik, wobei die Form der Bestimmung wiederum ein wesentliches Element der Lösung ist.
Lösungselemente
Signalbildung
Die Bestimmung der Schwimmwinkelgeschwindigkeit β̇̇ erfolgt nach $\dot{β} = - \frac{α_{q}}{ν} + \dot{ψ}$
und damit wird β̇ über eine Messgleichung indirekt bestimmt (keine direkte Messgrösse), wobei

Der Schwimmwinkel β wird durch Integration der Schwimmwinkelgeschwindigkeit nach $β (t) = β_{0} + \int \dot{β} dt$
bzw. angenähert durch die folgende Gleichung bestimmt $β_{1} \approx β_{0} + (\frac{{\dot{β}}_{0} + {\dot{β}}_{1}}{2}) Δ t$

Index 0,1 - Anfangs- (0) und Endzeitpunkt (1) der Loop
Δt - Loopzeit
Die Rücksetzung der Integrationskonstante β₀ auf 0 erfolgt, wenn die Fahrzeugquerbeschleunigung kleiner als eine Mindestschwelle ist (Bereich von 3 m/ss) oder das Vorzeichen der Schwimmwinkelgeschwindigkeit und der Gierrate nicht gleich sind.
Eintrittsbedingungen
Zunächst werden nachfolgend die Bedingungen genannt, die - als Verundung - sowohl für den Schwimmwinkelgeschwindigkeits-, als auch Schwimmwinkeleintritt erfüllt sein müssen :

a) Messwert und/oder Modellgleichungen für die Fahrzeugquerbeschleunigung grösser, als eine Schwelle (Bereich 8 m/ss). Es werden die Modellgleichungen verwendet, die auch im CT Querbeschleunigungsbegrenzer benutzt werden.
b) Lenkwinkelgeschwindigkeit kleiner als eine Schwelle (Bereich 200 Grad/s) und
c) Gierbeschleunigung des Fahrzeugs kleiner als eine Schwelle (Bereich 40 Grad/ss) und
d) Fahrzeuggeschwindigkeit befindet sich in einem bestimmten Bereich (nach Auftreten des Phänomens üblicherweise im Bereich von 60 bis 200 km/h)

Der Eintritt über die Schwimmwinkelgeschwindigkeit nach Gl. (1) erfolgt, wenn :

a) Absolutwert der Schwimmwinkelgeschwindigkeit grösser als eine Schwelle (Bereich 4 Grad/s) und
b) Vorzeichen der Schwimmwinkelgeschwindigkeit und der gemessenen Gierrate sind gleich

Zur Vermeidung von Fehlanregelungen in Steilkurven wird zur Eintrittsschwelle nach a) bei erkannter Querneigung ein Offset addiert, der proportional zur Querneigung steigt (Übernahme der bestehenden Korrektur aus dem Standard ESP für den Regelungsanteil der Schwimmwinkelgeschwindigkeitsregelung).
Der Eintritt über den Schwimmwinkel nach Gleichung (3) kann erfolgen, wenn :

c) Absolutwert des nach (3) bestimmten Schwimmwinkels grösser als eine Schwelle (Bereich 2 Grad) und
d) Vorzeichen des Schwimmwinkels und der gemessenen Gierrate sind gleich und
e) Absolutwert der Schwimmwinkelgeschwindigkeit ist kleiner als die Eintrittsschwelle über Schwimmwinkelgeschwindigkeit (Bereich 4 Grad/s) und
f) Absolutwert der Schwimmwinkelgeschwindigkeit ist grösser als ein Schwellwert (Bereich 2 Grad/s) und
g) ESP Regler erkennt keine Steilkurvensituation

Sind die Eintrittsbedingungen für eine bestimmte Anzahl von Loops erfüllt, erfolgt der Regelungseintritt (Bereich von 15 Loops; Eintrittstotzeit).
Austrittsbedingungen
Der Austritt aus der Regelung erfolgt (eine Bedingung genügt, Veroderung), wenn

a) Die Querbeschleunigung kleiner als eine Schwelle wird (Bereich 6 m/ss)
b) Die Querbeschleunigung kleiner als eine zweite Schwelle (Bereich 7 m/ss) wird und die Druckanforderung kleiner als eine Schwelle wird (Bereich 10 bar)
c) Die Eingriffsdauer einen Maximalwert überschreitet (Bereich von 3,5 s)
d) Der Absolutwert der Schwimmwinkelgeschwindigkeit unterschreitet einen Schwellwert (Bereich 2 Grad/s) und die Vorzeichen von Schwimmwinkelgeschwindigkeit und Gierrate sind nicht gleich.

Die Aktivierung der Regelung kann pro Kurvensituation nur einmal erfolgen, wenn der Austritt über c) erfolgte (maximale Eingriffsdauer überschritten). Die Beendigung der Kurvensituation wird über die Querbeschleunigung erkannt (Querbeschleunigung muss kleiner als 1 m/ss werden). Hierdurch soll die Anzahl von ggf. vorhandenen Fehlanregelungen begrenzt werden. Ansonsten kann der Eingriff auch mehrmals ausgelöst werden.
Druckmodulation und Eingriffsstrategie
Sofern die Bedingungen nach 1.2.1 erfüllt sind, wird am jeweiligen kurvenäusseren Vorderrad Druck aufgebaut. Die Höhe des Drucks wird in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung bestimmt (gemessene oder gemäss Modellgleichungen rekonstruierte Querbeschleunigung).

Claims

Verfahren zum Regeln der Bremskräfte an individuell betätigbaren Bremsvorrichtungen eines Fahrzeugs, wobei in Abhängigkeit von einer quasistationären Lenkaktion des Fahrers bei hoher Querbeschleunigung (a_q) ein Giermoment bestimmt wird, das durch individuelle Ansteuerung der Bremsvorrichtungen realisiert wird dadurch gekennzeichnet, dass das Giermoment mindestens anhand einer modellbasierten Schwimmwinkelgeschwindigkeit (β̇) und einem modellbasierten Schwimmwinkel (β̇) beim Überschreiten von der Schwimmwinkelgeschwindigkeit (β̇) und dem Schwimmwinkel (β) jeweils zugeordneten Schwellen (S_β̇, S_β) aktiviert wird und Bremsdruck in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung (a_q) in mindestens eine Bremsvorrichtung eingesteuert wird, wobei ein Regelungseintritt über einen Schwimmwinkelansatz angewendet wird, wenn der Schwimmwinkel (β) die zugeordnete Schwelle (S_β) überschreitet, und ein Regelungseintritt über einen Schwimmwinkelgeschwindigkeitsansatz angewendet wird, wenn die Schwimmwinkelgeschwindigkeit (β̇) die zugeordnete Schwelle (S_β̇) überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsdruck in das kurvenäußere Rad der Bremsvorrichtung eingesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsdruck in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung (a_q) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die modellbasierte Schwimmwinkelgeschwindigkeit (β̇) nach der Beziehung $\dot{β} = - \frac{α_{q}}{ν} + \dot{ψ}$
berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der modellbasierte Schwimmwinkel (β) nach der Beziehung $β (t) = β_{0} + \int \dot{β} dt$
oder angenähert nach $β_{1} \approx β_{0} + (\frac{{\dot{β}}_{0} + {\dot{β}}_{1}}{2}) Δ t$
berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung des Giermoments in Abhängigkeit von den weiteren, folgenden Bedingungen erfolgt: a)der Messwert und/oder der Wert der Modellgleichungen für die Fahrzeugquerbeschleunigung (a_q) sind/ist größer als eine Schwelle (Sa _q) und b) die Lenkwinkelgeschwindigkeit (δ̇) ist kleiner als eine Schwelle (S_δ̇) und c) die Gierbeschleunigung (ψ̈) des Fahrzeugs ist kleiner als eine Schwelle (S_ψ̈) und d)die Fahrzeuggeschwindigkeit v befindet sich in einem bestimmten Bereich (ν₁ bis ν₂).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung des Giermoments in Abhängigkeit von der Schwimmwinkelgeschwindigkeit (β̇) erfolgt, wenn e)der Absolutwert der Schwimmwinkelgeschwindigkeit (β̇) größer als die Schwelle S_β̇ ist, mit S_β̇ zwischen 3 und 5 Grad/s, und f)die Vorzeichen der Schwimmwinkelgeschwindigkeit (β̇) und der im ESP gemessenen Gierrate (ψ̇) gleich sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung des Giermoments in Abhängigkeit von dem Schwimmwinkel (β) erfolgt, wenn g)der Absolutwert des nach Anspruch 3 bestimmten Schwimmwinkels (β) grösser als eine Schwelle (S_β) und h)das Vorzeichen des Schwimmwinkels (β) und der gemessenen Gierrate (ψ̇) gleich sind und i)der Absolutwert der Schwimmwinkelgeschwindigkeit (β̇) kleiner ist als die Eintrittsschwelle S_β̇, und j)der Absolutwert der Schwimmwinkelgeschwindigkeit (β̇) ist grösser als der Schwellwert (S_β) und k)es wird keine Steilkurvensituation erkannt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedingungen für die Aktivierung des Giermoments gemäß den Ansprüchen 7 oder 8 über eine vorgegebene Zeit erfüllt sein müssen, um das Giermoment zu aktivieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Giermoment deaktiviert wird, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind a)die Querbeschleunigung (a_q) unterschreitet eine erste Schwelle (S_aq1) und b)die Querbeschleunigung (a_q) unterschreitet eine zweite Schwelle (S_aq2), die größer ist als die erste Schwelle (S_aq1), wobei die Druckanforderung (p_a) eine Schwelle (S_pa) unterschreitet und c)die Eingriffsdauer (Δt) einen Maximalwert (Δt_max) überschreitet und d)der Absolutwert der Schwimmwinkelgeschwindigkeit (β̇) unterschreitet den Schwellwert (S_β) und die Vorzeichen von Schwimmwinkelgeschwindigkeit (β̇) und Gierrate (ψ̇) sind nicht gleich.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Überschreiten des Maximalwerts (Δt_max) das Giermoment in der gleichen Kurvensituation nicht mehr aktiviert werden kann.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das die Kurvensituation beendet ist, wenn die Querbeschleunigung einen Schwellenwert (S_aq3) unterschreitet.