DE19631856A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüchen.

Verfahren und Vorrichtungen zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs sind aus dem Stand der Technik in einer Vielzahl von Ausbildungen bekannt. Ein Beispiel ist in der ATZ, Automobiltechnische Zeitschrift 96 (1994) Heft 11, Seiten 674 bis 689 dargestellt. Der dort beschriebene Fahrdynamikregler bildet abhängig von Meßgrößen wie Lenkradwinkel Giergeschwindigkeit Fahrzeugquerbeschleuni­ gung, Radgeschwindigkeiten, Motormoment sowie den Fahrervor­ gaben für den Motor und die Bremsanlage Sollwerte für die Giergeschwindigkeit und den Schwimmwinkel des Fahrzeugs, welche entsprechenden Reglern zugeführt werden. Diese bilden Radsollmomente für die einzelnen Räder des Fahrzeugs im Sinne einer Regelung der Istwerte auf den Sollwert unter Berücksichtigung von Nebenfunktionen wie Antiblockierregler, Antriebsschlupfregler, etc . . Das Radsollmoment wird dann über ein inverses Hydraulikmodell in Ansteuerzeiten für die Ventileinrichtungen der hydraulischen Fahrzeugbremse umgerechnet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs anzugeben, welche einen möglichst geringen Aufwand erfordern und zumindest die Schnelligkeit des Reglereingriff optimieren.

Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht.

Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 1 95 26 645.5 vom 21.07.95 ist eine elektromechanische Radbremse für Fahrzeuge bekannt, bei welcher abhängig vom Fahrerbremswunsch, der aus dem Betätigungsgrad des Bremspedals abgeleitet wird, Sollwerte für die an den Radbremsen einzustellenden Bremsmomenten oder Bremskräfte vorgegeben werden, die im Rahmen von entsprechenden Regelkreisen durch Ansteuerung der Elektromotoren der Radbremsen eingestellt werden. Die tatsächlich wirkenden Bremsmomente bzw. Bremskräfte werden dabei direkt an den elektromechanisch betriebenen Radbremsen durch entsprechende Meßeinrichtungen (z. B. Dehnungsmeßstreifen, Piezo­ elektrische Sensoren, etc.) oder durch indirekte Erfassung auf der Basis der Bewegung der Bremsbeläge oder eines Betätigungshebels der Radbremsen (z. B. durch Wegsensoren) ermittelt. In einer anderen Ausführung wird das tatsächlich wirkende Bremsmoment indirekt aus anderen Größen wie z. B. aus dem durch den Motor fließenden Strom und der Raddrehzahl abgeleitet.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lösung vermindert den zur Realisierung einer Fahrstabilitätsregelung notwendigen Aufwand, da durch den Verzicht auf Hydraulik bzw. Pneumatik der Hardwareauf­ wand für die Bremsensteuerung minimiert werden kann.

In vorteilhafter Weise wird dabei eine elektromechanisch Bremsanlage eingesetzt, bei der die vom Fahrstabilitätsreg­ ler gebildeten Sollmomente radindividuell im Rahmen entsprechender Regelkreis ohne aufwendige Zwischenschritte umgesetzt werden. Eine schnellere und genauere Regelung der Fahrstabilität wird dadurch möglich, besonders bei tiefen Temperaturen.

Besonders vorteilhaft ist ferner, daß die Reaktionsgeschwin­ digkeit der Bremsen gegenüber einer hydraulischen oder pneumatischen Bremsanlage erheblich gesteigert wird. Auch dies trägt zu einer verbesserten Regelung der Fahrstabilität bei.

Weitere Vorteile 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 Übersichtsschaltbild einer elektromechanischen Bremsanlage mit Steuereinheit, während in Fig. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung als Blockschaltbild dargestellt ist.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt ein Übersichtsschaltbild zur Steuerung einer elektromechanischen Bremsanlage. Dabei ist eine Steuereinheit 10 dargestellt, welche wenigstens einen Mikrocomputer umfaßt. Dieser Steuereinheit bzw. dem wenigstens einen Mikrocomputer werden verschiedene Eingangsleitungen zugeführt, die in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in einem Bussystem, z. B. CAN, zusammengefaßt sind. Eine erste Eingangsleitung 12 verbindet die Steuereinheit 10 mit einem Gier-Geschwindigkeitssensor 14, eine Eingangsleitung 16 mit einem Lenkwinkelsensor 18, eine Eingangsleitung 20 mit einem Querbeschleunigungssensor 22 und eine Eingangsleitung 24 mit einer Meßeinrichtung 26 zur Erfassung des Fahrerbremswunsches. Letztere ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel als Weg- und/oder Kraftsensor ausgeführt. Ferner sind Eingangsleitungen 28 bis 30 vorgesehen, welche die Steuereinheit 10 mit Meßeinrichtungen 32 bis 34 verbinden, welche weitere Betriebsgrößen, die zur Steuerung der Bremsanlage ausgewertet werden, erfassen, beispielsweise das von der Antriebseinheit des Fahrzeugs eingestellte Motormoment sowie das vom Fahrer gewünschte Moment der Antriebseinheit. Am Beispiel eines zweiachsigen Fahrzeuges sind vier Radbremsen 36, 38, 40 und 42 dargestellt, welche jeweils mit einem ein- oder zweimotorigen elektromechanischen Steller ausgerüstet sind. Diese bestehen im wesentlichen aus einem elektrischen Motor 44, 46, 48 und 50, der beispielsweise als Gleichstrom- oder als Schrittmotor ausgeführt ist, welcher über eine mechanische Verbindung 52, 54, 56 und 58, ggf. über ein Getriebe, auf die Bremsen 60, 62, 64 und 66 der einzelnen Räder einwirkt. Die Steuereinheit 10 steuert die Elektromotoren über ihre Ausgangsleitungen 68, 70, 72 und 74 an. Die Endstufen zur Ansteuerung der Elektromotoren sind dabei entweder in der Steuereinheit 10 oder direkt in den elektromechanischen Bremsenstellern angebracht. Die Bremsensteller, dort die Elektromotoren, werden im bevorzugten Ausführungsbeispiel von zwei voneinander unabhängigen Bordnetzen E1 und E2 mit Strom versorgt. Ferner sind Meßeinrichtungen zur Erfassung des in der Radbremse ausgeübten Bremsmoments bzw. Bremskräfte 76, 78, 80 und 82 sowie Meßeinrichtungen 84, 86, 88 und 90 zur Erfassung der Radgeschwindigkeiten vorgesehen. Diese sind über Leitungsverbindungen 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 und 106 mit der Steuereinheit 10 verbunden, deren Eingangsleitungen sie darstellen.

Die Steuereinheit 10, dort der wenigstens eine Mikrocomputer bildet abhängig von den zugeführten Eingangssignalen Stellgrößen für die Bremsensteller, welche im bevorzugten Ausführungsbeispiel als Gleichstrommotoren pulsweitenmodulierte Ansteuersignale empfangen, während im Ausführungsbeispiel mit Schrittmotoren als Ansteuersignal eine Pulszahl von Pulsen ausgegeben wird, welche der zu verstellenden Schrittzahl entspricht.

In Fig. 2 ist eine detaillierte Darstellung der Ausführung der Steuereinheit 10, insbesondere eine Struktur der im wenigstens einen Mikrocomputer der Steuereinheit 10 ablaufenden Programme zur Fahrstabilitätsregelung in Verbindung mit einer elektromechanischen Bremsanlage dargestellt.

Die in dem wenigstens einen Mikrocomputer der Steuereinheit 10 ablaufenden Programme zur Bremsensteuerung können gemäß der Darstellung nach Fig. 2 in im wesentlichen zwei Teile gegliedert werden. Dies ist zum einen ein Programm 200 zur Durchführung einer Fahrstabilitätsregelung und ein Programm 202 zur Regelung der elektromechanischen Bremsen des Fahrzeugs. Die Fahrstabilitätsregelung erfolgt dabei im bevorzugtem Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von den über die anhand Fig. 1 dargestellten Eingangsleitungen zugeführten Betriebsgrößen in der im Stand der Technik beschriebenen Art und Weise. Dabei wird anstelle des Vordruckwertes der von der Bremspedalbetätigung abgeleitete Fahrerbremswunschwert verwendet. Wie im Stand der Technik beschrieben ermittelt der Fahrdynamikregler 200 Sollradmomente für die einzelnen Radbremsen M_Rad1, M_Rad2, M_Rad3, und M_Rad4, die vom Fahrdynamikregler an den Bremsenregler 202 abgegeben werden. Dem Bremsenregler 202 wird ferner über eine von der Eingangsleitung 24 abzweigenden Zuführung der Bremswunsch des Fahrers, d. h. der Betätigungsgrad des Bremspedals zugeführt. Dieser wird durch das als Teil des Bremsenreglers 202 dargestellte Kennfeld 204 ggf. in Abhängigkeit weiterer Betriebsgrößen wie beispielsweise Achslasten in ein Sollbremsmoment des Fahrers für die einzelnen Radbremsen umgesetzt. Aus den vom Fahrer vorgegebenen Bremsmomente und den vom Fahrdynamikregler vorgegebenen Bremsmomenten werden in Auswahlstufen 206, 208, 210 und 212 die resultierende, am jeweiligen Rad einzustellende Bremsmomente ausgewählt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel stellen die Auswahlstufen 206 bis 212 Vergleichsstufen dar, die grundsätzlich den Sollbremsmomentenwert des Fahrdynamikreglers 200 durchschalten, wenn dieser nicht seiner Nullstellung entspricht. Ermittelt der Fahrdynamikregler 200 für das jeweilige Rad keinen Eingriff auf die jeweilige Radbremse, wird der Fahrerbremswunsch der Radregelung zugrunde gelegt. Die Sollbremsmomentenwerte, die für jedes Rad individuell veränderbar sind, werden in den Vergleichsstellen 214, 216, 218 und 220 mit den entsprechenden, an den Radbremsen gemessenen oder aus dort gemessenen Größen berechneten Istbremsmomentenwerte verglichen. Die Differenz zwischen Soll- und Istbremsmoment werden jeweils radindividuellen Reglern 222, 224, 226 und 228 zugeführt, welche wenigstens einen integralen Anteil aufweisen. Abhängig von der Differenz zwischen Soll- und Istbremsmoment werden die Größen der Ansteuersignale für die Bremsensteller festgelegt. Durch Ansteuern der Radbremsen mit diesen Größen werden im Rahmen der radindividuellen Regelkreise die an den Radbremsen wirkenden Bremsmomente auf den vom Fahrer oder vom Fahrdynamikregler vorgegebenen Sollbremsmomentenwerten eingeregelt.

Der Regler 202 der elektromechanischen Bremsen steuert die elektromechanischen Radbremsen radindividuell an. Die Energie zum Aufbau und Abbau der Bremsmomente an den einzelnen Radbremsen werden aus einem bzw. aus zwei voneinander unabhängigen Energiespeichern (Bordnetze E1 und E2) entnommen. Darüber hinaus kann der Bremsregler 202 auch einen Regler zur Bremswegoptimierung aufweisen, welcher den Schlupf bzw. die Radgeschwindigkeit an den Rädern, an denen kein Fahrdynamikregeleingriff stattfindet, durch entsprechende Beeinflussung des Sollmoments auf optimale Werte einstellt.

Neben der Momentenregelung der Radbremsen werden in anderen Ausführungsbeispielen je nach zur Verfügung stehenden Meßgrößen Kraftregelkreise oder Stromregelkreise eingesetzt, wobei das zugeführte Radbremsmoment jeweils durch entsprechende Umrechnung (Kennlinien, etc.) ggf. unter Berücksichtigung weiterer Betriebsgrößen in Sollwerte für die Bremskräfte oder Ströme, die durch den Elektromotor fließen, umgesetzt werden.

Neben der aus dem Stand der Technik bekannten Fahrdynamikregelung werden in anderen Ausführungsbeispielen zur Steuerung der elektromechanischen Bremse andere Fahrdynamikregler eingesetzt, die wenigstens auf der Basis der Giergeschwindigkeit und des Lenkwinkels radindividuelle Sollbremsmomente oder Sollbremskräfte ermitteln, die durch die Bremsenregelung der elektromechanischen Bremse einstellbar sind.

Ferner werden Fahrdynamikregler und Bremsenregler in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in einem Mikrocomputer und einem Steuergerät realisiert, während in anderen Ausführungsbeispielen Fahrdynamikregler und Bremsenregler in zwei Mikrocomputern eines Steuergeräts oder in jeweils einem Mikrocomputer in zwei Steuergeräten realisiert werden.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß die Verwendung einer elektromechanischen Bremsanlage zur Fahrstabilitätsregelung durch die gegenüber hydraulischen bzw. pneumatischen Bremsanlage verringerte Totzeiten eine optimierte Regelung erlaubt, welches insbesondere dann, wenn die Regelung der elektromechanischen Bremsen im Rahmen von Regelkreisen erfolgt, die die Sollwerte (Momente, Kräfte) des Fahrstabilitätsreglers direkt umsetzen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs, wobei die vom Rad auf die Straße zu übertragenden Kräfte oder Momente radindividuell wenigstens in Abhängigkeit des Fahrerbremswunsches sowie der Drehgeschwindigkeit des Fahrzeugs um die Hochachse geregelt werden, wobei die Radbremsen im Sinne einer Einstellung der zu übertragenden Momente oder Kräfte gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Signalübertragung zu den Radbremsen und zur Betätigung der einzelnen Radbremsen ein Bremssystem ohne flüssiges Medium vorgesehen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremssystem eine elektromechanische Bremse ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der Radbremsen die Regelung des an der Radbremse auftretenden Bremsmoments abhängig von einem vorgegebenen Sollwert durch Ansteuern eines elektrischen Bremsenstellers durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bremsenregler radindividuelle Bremsmomentensollwerte im Sinne einer Regelung der Fahrstabilität zugeführt werden, die durch Regelung des Bremsmoments eingeregelt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das an den einzelnen Rädern auftretende Bremsmoment gemessen oder aus dort gemessenen Größen abgeleitet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bremsenregler radindividuelle Sollwerte im Sinne einer Regelung der Fahrstabilität zugeführt werden, die durch Regelung der Bremsmomente, der Bremskräfte oder der durch die Stellmotoren fließenden Ströme eingeregelt werden.

7. Vorrichtung zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs, mit einem Regler (200), der die von den Rädern auf die Straße zu übertragende Kräfte oder Momente radindividuell in Abhängigkeit von wenigstens Fahrerbremswunsch und Giergeschwindigkeit vorgibt, mit einem Bremsenregler (202), der durch Steuerung der einzelnen Radbremsen diese vorgegebenen Werte einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Signalübertragung vom Bremsenregler (202) zu den Radbremsen und zur Betätigung der einzelnen Radbremsen ein Bremssystem ohne flüssiges Medium vorgesehen ist.