DE19515051B4

DE19515051B4 - Verfahren zur Bestimmung eines Zusatzgiermoments

Info

Publication number: DE19515051B4
Application number: DE19515051A
Authority: DE
Inventors: Alfred Eckert
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1994-11-25
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2015-04-28
Also published as: DE19515050A1; DE19515053A1; JPH11500380A; DE19515060A1; JPH10504785A; DE19515059A1; HUT77231A; DE19515047B4; DE19515054A1; PL320164A1; CZ158897A3; CZ158597A3; CZ158697A3; EP0794885B1; AU4256196A; PL320163A1; EP0792226A1; AU4175996A; DE19549800B4; EP0792227B1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines Zusatzgiermoments und zum Regeln der Bremskräfte an individuell betätigbaren Bremsvorrichtungen eines Kraftfahrzeuges, wobei in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges und dem vom Fahrer eingestellten Lenkwinkel eine Sollgierwinkelgeschwindigkeit ermittelt und diese mit der tatsächlichen Gierwinkelgeschwindigkeit verglichen wird, wobei aufgrund der Abweichung dieser beiden Werte ein Zusatzgiermoment errechnet wird, das durch eine individuelle Ansteuerung der Bremsvorrichtungen realisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmwinkelgeschwindigkeit

des Fahrzeuges (1) gemessen oder aus zur Verfügung stehenden Größen abgeleitet wird, und dass die so ermittelte Schwimmwinkelgeschwindigkeit

zur Bestimmung eines korrigierten Zusatzgiermomentes (M_G) herangezogen wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Innerhalb einer Fahrstabilitätsregelung wird mit Hilfe eines Fahrzeugreferenzmodells ein Sollwert für die Gierwinkelgeschwindigkeit errechnet. Dieser wird mit einem Istwert verglichen. Aus der Differenz dieser beiden Werte wird ein Zusatzgiermoment ermittelt, das durch die Aufbringung von Bremskräften an den Fahrzeugrädern realisiert wird.

Ausführungen zu einem Einspur-Modell finden sich im Buch ZOMOTOR, Adam: „Fahrwerktechnik: Fahrverhalten" Würzburg: Vogel, 1987. ISBN: 3-8023-0774-7.

In der DE 40 30 704 A1 wird ein Zweispur-Modell für ein Fahrzeug vorgeschlagen, welches in seiner Genauigkeit einem Einspur-Modell überlegen ist. Auch hier bilden die Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ . und der Schwimmwinkel β die Zustandgrößen. Bei der Verwendung eines Zweispur-Modells ist jedoch zu beachten, dass eine enorme Rechenkapazität benötigt wird, um in hinreichend kurzer Zeit einen Regeleingriff vornehmen zu können.

Aus der gattungsbildenden DE 42 29 504 A1 ist ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1 bekannt.

Das Fahrzeugreferenzmodell, mit dessen Hilfe die Sollgierwinkelgeschwindigkeit ermittelt wird, kann naturgemäß die tatsächlichen Gegebenheiten nicht vollständig wiedergeben.

Es ist daher in der Regel notwendig, diese Modellrechnung nochmals zu korrigieren. Insbesondere ist die Schwimmwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeuges zu berücksichtigen. Baut man die Regelung nämlich allein auf einen Vergleich der Istmit der Sollgierwinkelgeschwindigkeit auf, so kann es passieren, dass die Regelung zwar einen Abgleich zwischen den Eingangsgrößen bewerkstelligt, sich aber ein nicht angemessener Schwimmwinkel einstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität hinsichtlich der Bestimmung des Zusatzgiermoments zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Berücksichtigung der Schwimmwinkelgeschwindigkeit kann auf unterschiedlichem Wege erfolgen.

Eine Möglichkeit besteht darin, die Gierwinkelgeschwindigkeit zu korrigieren und mit dem korrigierten Wert weiter zu rechnen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das errechnete Zusatzgiermoment unter Berücksichtigung der ermittelten Schwimmwinkelgeschwindigkeit zu korrigieren. Die Schwimmwinkelgeschwindigkeit selbst wird in der Regel nicht direkt gemessen, sondern aus anderen dynamischen Größen, insbesondere der Querbeschleunigung des Fahrzeuges abgeleitet.

Sowohl bei der Korrektur der Gierwinkelgeschwindigkeit als auch bei der Korrektur des Zusatzgiermoments wird eine additive Konstante vorgesehen, die abhängt von der Schwimmwinkelgeschwindigkeit.

Durch die Integration der Schwimmwinkelgeschwindigkeit erhält man den Schwimmwinkel. Die vorgenannten Korrekturen können auf die Fälle beschränkt werden, bei denen der Schwimmwinkel einen bestimmten Wert übersteigt.

Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben.

1. Struktur der Fahrstabilitätsregelung (FSR)

Unter dem Begriff Fahrstabilitätsregelung (FSR) vereinigen sich vier Prinzipien zur Beeinflussung des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs mittels vorgebbarer Drücke in 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 eine Giermomentregelung (GMR), welche für stabile Fahrzustände beim Durchfahren einer Kurve sorgt.

Mit Fahrzeug ist in diesem Zusammenhang ein Kraftfahrzeug mit vier Rädern gemeint, welches mit einer hydraulischen Bremsanlage ausgerüstet ist. In der hydraulischen Bremsanlage kann mittels eines pedalbetätigten Hauptzylinders vom Fahrer ein Bremsdruck aufgebaut werden. Jedes Rad besitzt eine Bremse, welcher jeweils ein Einlassventil und ein Auslassventil zugeordnet ist. 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 Giergeschwindigkeitsmesser, ein Querbeschleunigungsmesser und mindest 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 oder dass kritische Situationen von vornherein vermieden werden. 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.

Während für die Bremsschlupfregelung, die Antriebsschlupfregelung und die elektronische Bremskraftverteilung in erster Linie der Längsschlupf der Reifen auf der Fahrbahn von Bedeutung ist, fließen in die Giermomentregelung (GMR) weitere Größen ein, beispielsweise die Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ..

Zur Giermomentregelung kann auf unterschiedliche Fahrzeug-Referenzmodelle zurückgegriffen werden. Am einfachsten gestaltet sich die Berechnung anhand eines Einspur-Modells, d.h. daß Vorderräder und Hinterräder in diesem Modell jeweils paarweise zu einem Rad zusammengefaßt sind, welches sich auf der Fahrzeuglängsachse befindet. Wesentlich komplexer werden Berechnungen, wenn ein Zweispur-Modell zugrundegelegt wird. Da bei einem Zweispur-Modell aber auch seitliche Verschiebungen des Massenschwerpunkts (Wank-Bewegungen) berücksichtigt werden können, sind die Ergebnisse genauer.

Für ein Einspur-Modell stehen in Zustandsraumdarstellung die Systemgleichungen:

Der Schwimmwinkel β und die Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ . stellen die Zustandsgrößen des Systems dar. Die auf das Fahrzeug einwirkende Eingangsgröße stellt dabei der Lenkwinkel δ dar, wodurch das Fahrzeug die Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ . als Ausgangsgröße erhält. Die Modellkoeffizienten c_ii sind dabei folgendermaßen gebildet:

Dabei stehen c_h und c_v für die resultierenden Steifigkeiten aus Reifen-, Radaufhängungs- und Lenkungselastizität an der Hinter- bzw. Vorderachse. l_h und l_v stehen für die Abstände der Hinterachse und der Vorderachse vom Fahrzeugschwerpunkt.

Θ ist das Gierträgheitsmoment des Fahrzeugs, also das Trägheitsmoment des Fahrzeugs um seine Hochachse.

In diesem Modell werden Längskräfte und Schwerpunktverlagerungen nicht berücksichtigt. Auch gilt diese Näherung nur für kleine Winkelgeschwindigkeiten. Die Genauigkeit dieses Modells nimmt also mit kleineren Kurvenradien und größeren Geschwindigkeiten ab. Dafür ist jedoch der Rechenaufwand überschaubar.

Wie ein derartiges System zur Fahrstabilitätsregelung ausgestaltet sein kann, wird im Folgenden anhand von 29 Figuren beschrieben. Den einzelnen Figuren liegen dabei folgende Gegenstände zugrunde:
1 ein Blockschaltbild zur Gesamtstruktur eines Systems zur Fahrstabilitätsregelung,
2 ein Blockschaltbild zur Struktur eines Giermomentreglers,
3 ein Flussdiagramm über die Ermittlung einer Fahrsituation, wie z.B. Kurvenfahrt,
4 und 5 je ein Flussdiagramm über die Bestimmung des Fahrbahnreibwertes, wobei 5 in 4 einzufügen ist,
6 und 8 Blockschaltbilder über ein kombiniertes Verfahren zur Bestimmung der aktuellen Werte der Schwimmwinkelgeschwindigkeit und des Schwimmwinkels in unterschiedlicher Darstellungsweise,
7 ein Blockschaltbild zur direkten Bestimmung der Schwimmwinkelgeschwindigkeit aus kinematischen Betrachtungen als Teil des kombinierten Verfahrens von 6,
9 ein Regelkreis zur Fahrstabilitätsregelung mit von der Fahrgeschwindigkeit abhängigem Wechsel des Rechenmodells für das Fahrzeug,
10 und 11 Diagramme, aus denen die Abhängigkeit der Schräglaufwinkeldifferenz eines Fahrzeugs vom Schwimmwinkel und dem Geschwindigkeitsvektor der einzelnen Räder entnommen werden kann,
12 bis 15 ein Blockschaltbild einer Regelschaltung zur Regelung der Fahrstabilität, bei der die in dem Vergleicher miteinander verglichenen Größen Ableitungen der Gierwinkelgeschwindigkeit darstellen,
16 eine Regelschaltung zur Ermittlung der Fahrstabilität, bei der als Regelgröße der Druckgradient und/oder die Ventilschaltzeit der Fahrzeugbremse Verwendung findet,
17 Blockschaltbild zur Beschreibung des Reglers zur Berechnung des Zusatzgiermoments,
18 Blockschaltbild zur Beschreibung eines Tiefpaßfilters,
19 Flußdiagramm zur Berechnung einer korrigierten Sollgierwinkelgeschwindigkeit,
20 Blockdiagramm zum Berechnen eines korrigierten Zusatzgiermoments,
21 schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs,
22 Blockschaltbild zur Beschreibung der Verteilungslogik,
23 schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs und den angreifenden Kräften bei eingeschlagenem Lenkrad,
24 Diagramm zur Beschreibung der Seiten- und Längskraftbeiwerte in Abhängigkeit vom Radschlupf,
25A, B schematische Darstellung von Kraftfahrzeugen zur Beschreibung des unter- und übersteuernden Verhaltens,
26 Flußdiagramm mit einer Entscheidungslogik innerhalb der Verteilungslogik,
27 Blockschaltbild zur Berechnung von Schaltzeiten für Ein- und Auslaßventile,
28 Diagramm zur Beschreibung von Zeitintervallen innerhalb eines Berechnungsflugs,
29 prinzipielles Blockschaltbild zur Bestimmung des Radbremsdruckes.
Eine Beschreibung des Ablaufs der Fahrstabilitätsregelung erfolgt nun anhand von 1.
Das Fahrzeug 1 bildet die sogenannte Regelstrecke:
Auf das Fahrzeug 1 wirken die vom Fahrer gegebenen Größen Fahrerbremsdruck P_Fahrer und Lenkwinkel δ. Am Fahrzeug 1 werden die hieraus resultierenden Größen Motoristmoment M_Motist, Querbeschleunigung a_quer, Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ., Raddrehzahlen und Hydrauliksignale wie Radbremsdrücke gemessen. Zur Auswertung dieser Daten weist die FSR-Anlage vier elektronische Regler 7, 8, 9 und 10 auf, die jeweils dem Antiblockiersystem ABS, der Antriebsschlupfregelung ASR, der elektronischen Bremskraftverteilung EBV bzw. der Giermomentregelung GMR zugeordnet sind. Die elektronischen Regler für ABS 7, ASR 8 und EBV 9 können unverändert dem Stand der Technik entsprechen.
Die Raddrehzahlen werden den Reglern für das Antiblockiersystem 7, die Antriebsschlupfregelung 8 und die elektronische Bremskraftverteilung 9 zugeführt. Der Regler 8 der Antriebsschlupfregelung erhält zusätzlich noch Daten über das herrschende Motormoment, das Motoristmoment M_Motist. Diese Information geht auch dem Regler 10 zur Giermomentregelung GMR zu. Außerdem erhält er von Sensoren die Daten über die Querbeschleunigung a_quer und die Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ . des Fahrzeugs. Da im Regler 7 des ABS über die Einzelraddrehzahlen der Fahrzeugräder ohnehin eine Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit ν_Ref ermittelt wird, anhand derer ein übermäßiger Bremsschlupf eines der Räder festgestellt werden kann, muss eine derartige Referenzgeschwindigkeit nicht im GMR-Regler 10 berechnet werden, sondern wird vom ABS-Regler 7 übernommen. Wo die Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit berechnet wird oder ob zur Giermomentreglung eine eigene Berechnung vorgenommen wird, macht für den Ablauf der Giermomentregelung nur einen kleinen Unterschied. Dasselbe gilt beispielsweise auch für die Längsbeschleuigung a_long des Fahrzeugs. Entsprechend könnte der Wert hierfür auch im ABS-Regler 7 ermittelt und an den GMR-Regler 10 weitergegeben werden. Für eine Bestimmung des Fahrbahnreibwertes μ gilt dies nur eingeschränkt, da zur Giermomentregelung ein genauer bestimmter Reibwert wünschenswert ist, als er für das Blockierschutzsystem ermittelt wird.
Alle vier elektronischen Regler der FSR, also die Regler für GMR 10, ABS 7, ASR 8 und EBV 9 arbeiten parallel und unabhängig voneinander anhand Ihrer eigenen Regelstrategien Bremsdruckvorgaben P_GMR, P_ABS, P_ASR, P_EBV für die einzelnen Räder aus.
Zusätzlich werden vom ASR-Regler 8 und vom GMR-Regler 10 parallel Vorgaben M_ASR und M_StellM für das Motormoment berechnet.
Die Druckvorgaben p_GMR des GMR-Reglers 10 für die einzelnen Radbremsdrücke werden folgendermaßen ermittelt:
Der GMR-Regler 10 berechnet zunächst ein zusätzliches Giermoment M_G, welches zur Stabilisierung des Fahrzustandes innerhalb einer Kurve führt, wenn es durch entsprechende Bremsbetätigung erzeugt wird. Diese M_G wird einer Verteilungslogik 2 zugeführt, welche auch als Teil des GMR-Reglers 10 dargestellt werden könnte. In diese Verteilungslogik 2 fließt außerdem ein möglicherweise vorhandener Fahrerwunsch zur Fahrzeugverzögerung ein, der anhand des Fahrerbremsdruckes P_Fahrer erkannt wird. Die Verteilungslogik 2 berechnet aus dem vorgegebenen Giermoment MG und aus dem gewünschten Fahrerbremsdruck Giermomentregelbremsdrücke p_GMR für die Radbremsen, welche individuell für die einzelnen Räder sehr unterschiedlich sein können. Diese Giermomentregelbremsdrücke P_GMR werden genauso wie die von den übrigen Reglern 7, 8 und 9 für ABS, ASR und EBV zur Funktionsoptimierung berechneten Druckvorgaben einer Prioritätsschaltung 3 für die Radbremsdrücke zugeführt. Diese Prioritätsschaltung 3 ermittelt unter Berücksichtigung des Fahrerwunsches Sollraddrücke p_soll für eine optimale Fahrstabilität. Diese Solldrücke können entweder den Druckvorgaben eines einzelnen dieser vier Regler entsprechen oder aber eine Überlagerung darstellen.
Ähnlich wie mit den Radbremsdrücken wird mit dem Motormoment verfahren. Während ABS und EBV nur auf die Radbremsen einwirken, ist bei GMR und ASR auch ein Eingriff in das Motormoment vorgesehen. Die im GMR-Regler 10 und im ASR-Regler 8 separat berechneten Vorgaben M_StellM und M_ASR für das Motormoment werden wieder in einer Prioritätsschaltung 4 ausgewertet und zu einem Sollmoment überlagert. Dieses Sollmoment M_Soll kann jedoch genausogut nur der berechneten Vorgabe eines der beiden Regler entsprechen.
Anhand der berechneten Soll-Vorgaben für den Radbremsdruck p_soll und für das Motormoment M_soll kann nun eine Fahrstabilitätsregelung durch Bremsen- und Motoreingriff vorgenommen werden. In die Drucksteuerung 5 fließen dazu noch Hydrauliksignale oder Werte ein, die den tatsächlichen Radbremsdruck wiedergeben. Die Drucksteuerung 5 erzeugt hieraus Ventilsignale, die an die Regelventile der einzelnen Radbremsen im Fahrzeug 1 abgegeben werden. Das Motormanagement 6 steuert nach Maßgabe von M_soll den Antriebsmotor des Fahrzeugs, wodurch wiederum eine geändertes Motoristmoment erzeugt wird. Hieraus ergeben sich dann jeweils wieder neue Eingangsgrößen für die vier elektronischen Regler 7, 8, 9 und 10 der FSR-Anlage.
2. Struktur des Giermomentreglers (GMR)
2 zeigt in einem Blockschaltbild, wie innerhalb des GMR-Reglers 10 das Zusatzgiermoment M_G für die Verteilungslogik 2 ermittelt wird. Hierzu fließen als Eingangsgrößen der Lenkwinkel δ, die Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v_Ref aus dem ABS-Regler 7, die gemessene Querbeschleunigung a_q sowie die gemessene Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Mess ein. Die Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v_Ref durchläuft einen Filter 17, welcher bei niedrigen Geschwindigkeiten einen konstanten Wert oberhalb Null ansetzt, damit bei weiteren Rechnungen der Nenner eines Bruchs nicht gleich Null wird. Der ungefilterte Wert von v_Ref wird lediglich einer Aktivierungslogik 11 zugeführt, welche Fahrzeugstillstand erkennt.
Diese direkte Erfassung der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v_Ref durch die Aktivierungslogik 11 kann auch wegfallen, wenn angenommen wird, daß Fahrzeugstillstand vorliegt, wenn die gefilterte Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v_RefFil ihren konstanten Minimalwert einnimmt.
Im GMR-Regler ist ein Fahrzeugreferenzmodell 12 abgelegt, welches anhand des Lenkwinkels δ, der gefilterten Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v_RefFil sowie der gemessenen Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Mess eine Vorgabe für eine Änderung der Gierwinkelgeschwindigkeit ΔΨ . berechnet.
Um die Vorgaben im physikalisch möglichen Rahmen zu halten, wird zu diesen Rechnungen auch der Fahrbahnreibwert μ benötigt, der in einer Reibwert- und Situationserkennung 13 als Schätzwert
berechnet wird. Bei hinreichender Genauigkeit des im Rahmen der Antiblockierregelung ermittelten Reibwertes kann auch letzterer verwendet werden. Oder aber im ABS-Regler 7 wird der im GMR-Regler 10 berechnete Reibwert übernommen.
Die Reibwert- und Situationserkennung 13 verwendet für ihre Rechnungen die gefilterte Referenzgeschwindigkeit v_RefFil die gemessene Fahrzeugquerbeschleunigung a_quer, die gemessene Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Mess, sowie den Lenkwinkel δ.
Die Situationserkennung unterscheidet verschiedene Fälle wie Geradeausfahrt, Kurvenfahrt, Rückwärtsfahrt und Fahrzeugstillstand. Fahrzeugstillstand wird dann angenommen, wenn die gefilterte Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v_RefFil ihren konstanten Minimalwert einnimmt. Anstelle der ungefilterten Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit kann also auch diese Information zur Erkennung eines Fahrzeugstillstandes der Aktivierungslogik 11 zugeführt werden. Zur Erkennung der Rückwärtsfahrt wird ausgenutzt, daß bei gegebenem Lenkwinkel δ die Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ . entgegengesetzt orientiert ist wie bei Vorwärtsfahrt. Hierzu wird die gemessene Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Mess mit der vom Fahrzeugreferenzmodell 12 vorgegebenen Soll-Giergeschwindigkeit Ψ ._soll verglichen. Wenn die Vorzeichen stets entgegengesetzt sind und dies auch für die zeitlichen Ableitungen der beiden Kurven gilt, so liegt eine Rückwärtsfahrt vor, da Ψ ._soll stets für Vorwärtsfahrt berechnet wird, weil gebräuchliche Drehzahlsensoren keine Information über die Raddrehrichtung erfassen.
Schließlich wird anhand der gefilterten Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v_RefFil, der gemessenen Fahrzeugquerbeschleunigung a_quer sowie der gemessenen Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Mess eine kinematische Schwimmwinkel-Geschwindigkeitsbestimmung, kurz kinematische β .-Bestimmung 14 vorgenommen.
Um bei starken Schwimmwinkeländerungen Spitzen abzuschneiden, durchläuft der berechnete Wert der Schwimmwinkelgeschwindigkeit einen Tiefpaß 15 erster Ordnung, welcher einen Schätzwert
für die Schwimmwinkelgeschwindigkeit an die Aktivierungslogik 11 und an ein Programm 16 zur Umsetzung des Giermomentregelgesetzes weitergibt. Das Programm 16 verwendet außerdem die Änderungsvorgaben ΔΨ . für die Gierwinkelgeschwindigkeit, welche sich als die Differenz aus der gemessenen Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Mess und der anhand des Fahrzeugreferenzmodells 12 berechneten Soll-Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._soll darstellt. Hieraus wird das zusätzliche Giermoment M_G für das Fahrzeug ermittelt, welches über die Bremsdrücke vermittelt werden soll.
Das Programm 16 arbeitet permanent, um stets aktuelle Regelgrößen parat zu haben. Ob diese Stellmomente allerdings an die in 1 dargestellte Verteilungslogik 2 weitergegeben werden, hängt von der Aktivierungslogik 11 ab.
Die Aktivierungslogik 11 empfängt nicht nur den Wert der ungefilterten Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v_Ref und wie beschrieben den der Schwimmwinkelgeschwindigkeit
sondern auch betragsmäßig die Abweichung |ΔΨ .| der Soll-Gierwinkelgeschwin digkeit Ψ ._Soll von der gemessenen Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Mess sowie eine Information aus der Situationserkennung 13, wenn Rückwärtsfahrt vorliegt.
Befindet sich das Fahrzeug in Rückwärtsfahrt, so wird die Übertragung vom M_G unterbrochen. Dasselbe gilt, wenn Fahrzeugstillstand erkannt wird oder wenn weder die geschätzte Schwimmwinkelgeschwindigkeit
noch die Vorgabe für die Gierwinkelgeschwindigkeitsänderung ΔΨ . einen Betrag erreichen, der eine Regelung erforderlich macht.
Die logische Schaltung zur Berechnung des Motorstellmoments M_StellM ist nicht dargestellt.
In 3, 4 und 5 sind in Form von Flußdiagrammen die logischen Abläufe bei der Reibwert- und Situationserkennung 13 dargestellt.
3 hat die Situationserkennung zum Gegenstand. Mit dem gezeigten Ablauf können acht verschiedene Fahrsituationen unterschieden werden:
<0> Fahrzeugstillstand
<1> konstante Geradeausfahrt
<2> beschleunigte Geradeausfahrt
<3> verzögerte Geradeausfahrt
<6> Rückwärtsfahrt
<7> konstante Kurvenfahrt
<8> beschleunigte Kurvenfahrt
<9> verzögerte Kurvenfahrt
Logische Verzweigungen sind im Flußdiagramm als Rauten dargestellt.
Ausgehend von einer gegebenen, zu bestimmenden Situation 51 wird zunächst in Raute 52 festgestellt, ob ein Fahrzeugstillstand vorliegt oder nicht. Nimmt die gefilterte Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v_RefFil ihren Minimalwert v_min ein, so wird ein Fahrzeugstillstand, also Situation <0> angenommen. Liegt v_RefFil über v_min, so wird in Raute 53 das Ergebnis des vorhergehenden Durchlaufs der Situationserkennung abgefragt.
Wenn die zuvor festgestellte Situation auf Rückwärtsfahrt, also auf Situation <6> erkannt wurde, so liegt auch weiterhin Rückwärtsfahrt vor, da zwischenzeitlich kein Fahrzeugstillstand eingetreten ist. Sonst wäre nämlich in Raute 52 zwischenzeitlich Situation <0> erkannt worden. Hat der vorhergehende Durchlauf der Situationserkennung eine andere Situation als Situation <6> ergeben, so wird in Raute 54 die betragsmäßige Größe der Querbeschleunigung a_quer abgefragt. Ist diese kleiner als ein bestimmter Schwellenwert a_quermin, so wird angenommen, daß das Fahrzeug geradeaus fährt, daß also eine der Situationen <1> bis <3> vorherrscht.
Dasselbe gilt, wenn zwar die gemessene Querbeschleunigung a_quer betragsmäßig über dem Schwellenwert a_quermin liegt, jedoch in Raute 55 im nächsten Schritt erkannt wird, daß der Lenkwinkel δ betragsmäßig kleiner ist als ein Schwellenwert δ_min. Dann handelt es sich nämlich bei der gemessenen Querbeschleunigung a_quer um einen Meßfehler, der daraus resultiert, daß Querbeschleunigungsmesser üblicherweise fest in der Fahrzeugquerachse montiert sind und sich bei seitlicher Fahrbahnneigung mit dem Fahrzeug neigen, so daß eine Querbeschleunigung angezeigt wird, die tatsächlich nicht vorliegt.
Befindet sich das Fahrzeug also in Geradeausfahrt, so wird in Raute 59 die Größe der Longitudinalbeschleunigung a_long betrachtet. Ist diese betragsmäßig kleiner als ein Schwellenwert a_longmin, so wird konstante Geradeausfahrt angenommen. Ist die Longitudinalbeschleunigung a_long betragsmäßig jedoch größer als dieser Schwellenwert, so unterscheidet Raute 60 zwischen positiver und negativer Longitudinalbeschleunigung. Liegt der Wert von a_long oberhalb des Schwellenwertes a_longmin, dann befindet sich das Fahrzeug in beschleunigter Geradeausfahrt, also der Situation <2>. Liegt der Wert von a_long unter dem Schwellenwert a_longmin, so bedeutet dies nichts anderes, als daß negative Longitudinalbeschleunigung vorliegt, also eine verzögerte Geradeausfahrt, die Situation <3>.
Liegt keine der Situationen <0> bis <3> vor und wird in Raute 55 betragsmäßig ein Lenkwinkel δ erkannt, der größer ist als der Schwellenwert δ_min, so wird in Raute 56 abgefragt, ob das Fahrzeug inzwischen rückwärts fährt. Die Erkennung einer Rückwärtsfahrt ist erst an dieser Stelle notwendig, da bei Geradeausfahrt die Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ . sich ohnehin kaum von Null unterscheidet und somit ein Regeleingriff nicht vorgenommen wird. Erst bei Erkennung einer Kurvenfahrt; bei welcher die Giermomentregelung an sich aktiv wird, muß eine Rückwärtsfahrt mit Sicherheit ausgeschlossen werden. Dies ist allein aufgrund der Signale der Raddrehzahlsensoren nicht möglich, da solche Sensoren die Geschwindigkeit nur betragsmäßig weitergeben, ohne Rückschlüsse auf die Fahrtrichtung zuzulassen.
Die Situation <6> wird, wie schon zuvor beschrieben, ermittelt, indem die gemessene Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Mess mit der im Fahrzeugreferenzmodell 12 ermittelten Soll-Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._soll verglichen wird. Sind die Vorzeichen entgegengesetzt und gilt dies auch für die zeitlichen Ableitungen der beiden Größen, die Gierwinkelbeschleunigungen Ψ .._Mess und Ψ .._Mess so befindet sich das Fahrzeug in einer rückwärts durchfahrenen Kurve. Die Vorzeichen der Gierwinkelbeschleunigungen werden deshalb verglichen, damit ausgeschlossen werden kann, daß die entgegengesetzten Vorzeichen der Gierwinkelgeschwindigkeiten nicht nur aus einer Phasenverschiebung herrühren, die durch die zeitlich verzögerte Berechnung der Soll-Werte bedingt ist.
Sind die Bedingungen für eine Rückwärtsfahrt nicht erfüllt, so liegt eine Kurvenfahrt in Vorwärtsrichtung vor. Ob diese Kurvenfahrt mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt oder nicht, wird in Raute 57 untersucht. Wie schon zuvor bei der Geradeausfahrt in Raute 59 und 60 wird in Raute 57 zunächst der Betrag der Longitudinalbeschleunigung a_long betrachtet. Ist er kleiner als der Schwellwert a_longmin, so liegt eine konstante Kurvenfahrt vor, Situation <7>. Bei einer Longitudinalbeschleunigung a_long, die betragsmäßig größer ist als der Schwellenwert a_longmin wird weiter in Raute 58 untersucht, ob die Longitudinalbeschleunigung a_long positiv oder negativ ist. Bei positiver Longitudinalbeschleunigung a_long befindet sich das Fahrzeug in einer beschleunigten Kurvenfahrt, also Situation <8>, während bei negativer Longitudinalbeschleunigung a_long eine verzögerte Kurvenfahrt erkannt wird, entsprechend Situation <9>.
Die Longitudinalbeschleunigung a_long kann auf verschiedene Weise ermittelt werden. Sie kann beispielsweise aus der vom ABS-Regler 7 bereitgestellten Referenzgeschwindigkeit v_Ref bestimmt werden, wobei zu berücksichtigen ist, daß eine solche Referenzgeschwindigkeit v_Ref während eines ABS-Eingriffs von der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit abweichen kann. Für einen ABS-Fall ist also eine Korrektur von v_Ref angebracht. Die Longitudinalbeschleunigung a_long kann aber unter Umständen auch direkt aus dem ABS-Regler übernommen werden, wenn dort eine derartige Berechnung stattfindet.
Die Situationserkennung nach 3 wird ständig aufs Neue durchfahren, wobei die zuletzt ermittelte Situation gespeichert bleibt und in Raute 53 zur Verfügung steht.
Ein möglicher Ablauf zur Reibwertbestimmung der Fahrbahn ist in 4 und 5 dargestellt. Eine Reibwertbestimmung erfolgt danach nur dann, wenn der Giermomentregler in die Regelung eintritt. Da bei Regeleintritt aber zunächst noch kein abgeschätzter Reibwert vorhanden ist, wird zu Beginn der Regelung der Reibwert μ = 1 gesetzt.
Spricht die Giermomentregelung aufgrund einer augenblicklichen Fahrsituation an, so ist davon auszugehen, dass sich das Fahrzeug zumindest in der Nähe des Grenzbereiches zu instabilen Fahrsituationen befindet. Somit kann durch eine Betrachtung der aktuellen Messgrößen am Fahrzeug auf den momentanen Fahrbahnreibwert geschlossen werden. Der dann beim Eintritt in die Regelung ermittelte Reibwert bietet im weiteren Verlauf die Basis für die Begrenzung der Sollgierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Soll und somit auch für die an das GMR-Regelgesetz 16 weitergegebene Regeldifferenz für die Gierwinkelgeschwindigkeit ΔΨ .. Die Bestimmung des Reibwerts erfolgt erstmals bei Eintritt in die Regelung, verbunden mit einer sich anschließenden Aktualisierungsphase für die Begrenzung der Soll-Gierwinkelgeschwindigkeit auf physikalisch sinnvolle Werte. Dabei wird – ausgehend vom ursprünglich vorgegebenen Reibwert μ = 1 – beim Regelungseintritt ein maximaler Reibwert μ ^ bestimmt, der dann der Berechnung des Zusatzgiermomentes M_G zugrunde gelegt wird.

2.1 β ^ und
-Bestimmung

Ein Maß für die Stabilität eines Fahrzustandes ist der vorherrschende Schwimmwinkel β sowie dessen zeitliche Ableitung, die Schwimmwinkelgeschwindigkeit β .. Die Bestimmung dieser Werte wird im Folgenden erläutert.
2.1.1 Kinematische β .-Bestimmung
Die kinematische β .-Bestimmung 14 beinhaltet nichts anderes, als dass – losgelöst von irgendwelchen Fahrzeugmodellen – die Schwimmwinkelgeschwindigkeit β . aus gemessenen bzw. aus anhand gemessener Werte berechneten Größen folgendermaßen nach rein physikalischen Betrachtungen ermittelt wird:
Die Beschleunigung a_quer des Fahrzeugschwerpunktes quer zur Längsachse in der Bewegungsebene wird gemessen. Der Schwerpunkt des Fahrzeugs bewegt sich mit dem Geschwindigkeitsvektor v relativ zu einem Intertialsystem:
Dabei bezeichnet Ψ den Gierwinkel und β den Schwimmwinkel. Der Beschleunigungsvektor a ergibt sich als Ableitung nach der Zeit t zu: F 2.3
Der Beschleunigungssensor mißt die Projektion des Beschleunigungsvektors auf die Querachse des Fahrzeugs:
Nach einer Linearisierung der trigonometrischen Funktionen (sinβ = β; cosβ = 1) kann man die Gleichung umformulieren zu
Die Schwimmwinkelgeschwindigkeit β . kann nun entsprechend der obigen Differentialgleichung berechnet werden. Als Meßgröße gehen neben der Querbeschleunigung a_quer die Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ., die skalare Fahrzeuggeschwindigkeit v und deren zeitliche Ableitung v . ein. Zur Ermittlung von β kann das β . der vorherigen Rechnung numerisch integriert werden, wobei für die erste β .-Bestimmung v . = 0. angenommen wird. Eine Vereinfachung ergibt sich, wenn generell der letzte Term vernachlässigt wird, so daß kein β bestimmt werden muß.
Das vorgeschlagene Verfahren hat den Vorteil, daß die Schwimmwinkelgeschwindigkeit β . direkt aus den Sensorsignalen hergeleitet ist und damit auch im nichtlinearen Bereich der Querdynamik ermittelt werden kann. Nachteilig wirken sich die Empfindlichkeit des Verfahren gegenüber Meßrauschen und das Auf integrieren von Meßfehlern aus, wodurch eine Schwimmwinkelbestimmung möglicherweise sehr ungenau wird.
Diese Nachteile werden durch die Kombination mit einem modellgestützten Verfahren umgangen. Wie eine derartige Kombination von kinematischer und auf ein Beobachtermodell gestützter Bestimmung der Schwimmwinkelgeschwindigkeit β . gestaltet sein kann, zeigt 6, die anstelle des gestrichelt eingezeichneten Blocks 18 in 2 einfügbar ist. In ein solches modellgestütztes Verfahren fließt zusätzlich noch als Eingangsgröße der Lenkwinkel δ ein, wie durch einen gestrichelten Pfeil angedeutet ist. Durch eine gegenseitige Beeinflussung und Korrektur der kombinierten Bestimmungsmethoden der Schwimmwinkelgeschwindigkeit
wird auch eine weniger fehlerhafte Berechnung des Schwimmwinkels β selbst möglich, so daß dieser dann auch als β ^ der Regelung zur Verfügung gestellt werden kann. Dies ist ebenfalls durch einen gestrichelten Pfeil angedeutet.
2.1.2 Kombination der kinematischen β .-Bestimmung mit einem Beobachterfahrzeugmodell
Mit der Darstellung nach 6 läßt sich der gestrichelt umrandete Bereich 18 aus 2 ersetzen. Damit wird es möglich, nicht nur die vorliegende Schwimmwinkelgeschwindigkeit β ., sondern auch den vorherrschenden Schwimmwinkel β zu bestimmen.
Im Gegensatz zu einer rein kinematischen Berechnung der Schwimmwinkelgeschwindigkeit
wird hier zusätzlich zur kinematischen β .-Bestimmung 83 ein Beobachterfahrzeugmodell 84 zur Feststellung des Fahrzustandes herangezogen. Als Eingangsgröße erhält das Beobachterfahrzeugmodell 84 – genauso wie das Fahrzeugreferenzmodell 12 zur Bestimmung der Gierwinkelgeschwindigkeit – den Lenkwinkel δ. Die gefilterte Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v_RefFil fließt als Parameter ein. Die messbaren Ausgangsgrößen Querbeschleunigung a_quer und Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Mess werden zur kinematischen β .-Bestimmung 83 benötigt, nicht jedoch für das Beobachterfahrzeugmodell 84, welches diese Größen im Prinzip selbst kreiert. Ein weiter Term Y, der im einfachsten Fall identisch ist mit dem vom GMR-Regelgesetz berechneten Zusatzgiermoment, stellt die Änderungen des Fahrzeugverhaltens dar, die durch einen Regeleingriff verursacht sind. Y dient also dazu, das nachgebildete Fahrzeug des Beobachters denselben Bedingungen auszusetzen, wie das reale Fahrzeug.
Außer einer Schwimmwinkelgeschwindigkeit β ._Obs gibt das Beobachterfahrzeugmodell auch noch einen Wert für die Gierwinkelbeschleunigung Ψ ._Obs. Die aus der kinematischen β .-Bestimmung herrührende Größe für die Schwimmwinkelge schwindigkeit
wird nach Durchlauf des Tiefpasses mit einem Wichtungsfaktor k multipliziert, während die aus dem Beobachterfahrzeugmodell stammende Größe für die Schwimmwinkelgeschwindigkeit β ._Obs Y nach Addition mit einem Korrekturfaktor aus der gemessenen Gierwinkelgeschwindigkeit multipliziert mit einem die Größe der Korrektur bestimmenden Faktor h – mit einem Wichtungsfaktor (l – k) multipliziert wird. Der Wert von k liegt dabei immer zwischen 0 und 1. Ohne Beobachterfahrzeugmodell wäre k = 1. Nach Addition der beiden Schwimmwinkelgeschwindigkeiten wird die Summe auf integriert zu einem geschätzten Schwimmwinkel β ^. Dieser wird neben der kinematischen Schwimmwinkelgeschwindigkeit
ebenfalls der Regelung zur Verfügung gestellt. Außerdem wird der Schwimmwinkel β ^ sowohl zur kinematischen β .-Bestimmung 83 als auch zum Beobachterfahrzeugmodell 84 weitergegeben. Eine ähnliche Korrekturgröße stellt die vom Beobachterfahrzeugmodell 84 berechnete Gierwinkelbeschleunigung Ψ ._Obs dar.
Zunächst wird diese zu einer Gierwinkelgeschwindigkeit aufintegriert und fließt zum einen an das Beobachterfahrzeugmodell 84 zurück und wird andererseits von der gemessenen Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Mess abgezogen. Diese Differenz wird mit einem Faktor h₂ multipliziert, welcher die Größe der kommenden Regelschritte in der Korrektur des Beobachterfahrzeugmodells 84 bestimmt und mit der Dimension 1/s versehen ist. Die mit diesem Faktor h₂ multiplizierte Gierwinkelgeschwindigkeit hat somit dieselbe Dimension wie die Gierwinkelbeschleunigung Ψ ., so daß beide Größen miteinander addiert werden können und nach weiterer Integration eine rückfließende Korrekturgröße für die Gierwinkelgeschwindigkeit bilden. Im Verlauf einer Giermomentregelung nimmt der Term Y von Null abweichende Werte entsprechend dem aufgebrachten Zusatzgiermonent M_G an. Durch Division durch das Gierträgheitsmoment 0 des Fahrzeugs enthält Y ebenfalls die Dimension einer Gierwinkelbeschleunigung und wird zur Summe der Gierwinkelbeschleunigungen hinzuaddiert, so daß die aufintegrierte Korrekturgröße auch die Regeleinflüsse berücksichtigt.
Wenn nach 6 ein Beobachterfahrzeugmodell 84 vorhanden ist, welches eine zuverlässigere Bestimmung des Schwimmwinkels β erlaubt, als es mit einer reinen kinematischen Bestimmung der Schwimmwinkelgeschwindigkeit
und Aufintegration möglich wäre, kann der so bestimmte Schwimmwinkel β ^ auch an den eigentlichen Giermomentregler 10 weitergegeben werden.
Die kinematische β .-Bestimmung, die in Kombination mit einem Beoachterfahrzeugmodell abläuft, ist in 7 dargestellt. Wie schon aus 6 ersichtlich, gehen die Querbeschleunigung a_quer und die Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Mess als gemessene Ausgangsgrößen in die Rechnung 91 nach Gleichung F 2.6 ein.
Die gefilterte Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v_RefFil wird in Feld 93 differenziert zur Fahrzeugreferenzbeschleunigung v ._Ref die in Feld 94 durch die gefilterte Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v_RefFil dividiert wird, was nach nichtlinearer Multiplikation 95 zu einem Faktor f_β führt. Diese nichtlineare Multiplikation 95 bewirkt, das bei kleinem Quotienten aus v ._Ref und v_RefFil der Faktor f_β gleich Null gesetzt wird, so daß dieser Faktor, der vor dem Schwimmwinkel β ^ steht, vernachlässigt werden kann. Nur dann, wenn die Fahrzeugbeschleunigung v ._Ref eine signifikante Größe erreicht, wird der Schwimmwinkel β bei der kinematischen β .-Bestimmung berücksichtigt. Das hierbei verwendete β ^ ist das kombinierte β ^, wie es sowohl als Größe für die Regelung als auch zur Rückkopplung nach 6 verwendet wird. Nach der Rechnung 91 durchläuft der ermittelte Wert für die Schwimmwinkelgeschwindigkeit wie schon zuvor beschrieben einen Tiefpaß 92 und ergibt die geschätzte Schwimmwinkelgeschwindigkeit
Wie das Beobachterfahrzeugmodell 84 aus 6 arbeitet, ist in 8 dargestellt. Hierbei wurde eine Matrizendarstellung gewählt, wobei "→" skalare und "⇒" mehrdimensionale Gebilde darstellen.
Die Matrizendarstellung geht aus von den Gleichungen F 1.1 bis F 1.3. Dabei sind die Zustandsgrößen β und Ψ . zu einem Zustandsvektor x(t) zusammengefaßt, so daß sich folgendes Gleichungssystem ergibt:
mit der Systemmatrix A(v(t)), der Eingangsmatrix B(v(t)), dem Zustandsvektor x(t) und dem Eingangsvektor u(t):
Der Eingangsvektor u(t) enthält als Eingangsgrößen den Lenkwinkel δ und den Term Y, der das durch die Giermomentregelung erzeugte Zusatzgiermoment darstellt.
Anstelle von Wichtungsfaktoren werden zur gewichteten Addition der ermittelten Größen eine Wichtungsmatrix K ₁ und ein Wichtungsvektor k ₂ verwendet.
Zur Ausblendung der Zustandsgrößen werden zwei Vektoren c _β und
eingeführt, die jeweils eine Komponente des Zustandsvektors x(t) löschen:
Die Dynamik des Beobachter-Fahrzeugmodells, also die Größe der Korrekturschritte wird durch einen Vektor h bestimmt, dessen erste Komponente h₁ dimensionslos ist und dessen zweite Komponente h₂ die Dimension (1/s) aufweist:
Ausgehend von dem Fahrzeugmodell in der Zustandsraumbeschreibung (F1.1 und F1.2) ergibt sich dann die im folgenden beschriebene Struktur zur Bestimmung des Schwimmwinkels β mittels eines Beobachters nach 8.
In 8 ist das Fahrzeug 101 lediglich zur Unterscheidung zwischen Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen dargestellt. Es ist nicht Bestandteil des kombinierten Verfahrens zur Bestimmung der Schwimmwinkelgeschwindigkeit
.
Im Addierer 104 werden die Systemgleichungen nach F 2.7 gebildet. Hierzu wird die System-Matrix A mit dem Zustandsvektor x multipliziert und die Eingangsmatrix d mit den Eingangsgrößen δ und Ψ . also dem Eingangsvektor u multipliziert.
Als einziger veränderlicher Parameter fließt sowohl in die System-Matrix A als auch in die Eingangsmatrix B die aktuelle Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v_RefFil ein. Die durch Addition im Addierer 104 gebildete zeitliche Ableitung ẋ des Zustandvektors x wird nun mit der Wichtungsmatrix K ₁ nach F 2.9 multipliziert und einem weiteren Addierer 105 zugeführt.
Parallel zu diesen Vorgängen wird im direkten Verfahren 103 eine Schwimmwinkelgeschwindigkeit
abgeschätzt. Hierzu werden die gefilterte Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v_RefFil sowie deren im Differenzierer 102 (identisch mit 93 in 7) ermittelte zeitliche Ableitung v ._Ref, die gemessene Querbeschleunigung a_quer sowie die gemessene Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Mess nach Gleichung F 2.6 verwendet. Dabei wird im ersten Schritt der letzte Term der Gleichung vernachlässigt, da noch kein Wert des Schwimmwinkels β vorliegt. Nach Ermittlung der Schwimmwinkelgeschwindigkeit durchläuft diese noch, wie bereits in 7 dargestellt, den Tiefpaß 92, worauf die daraus resultierende geschätzte Schwimmwinkelgeschwindigkeit
der weiteren Rechnung zur Verfügung gestellt wird. Dieses
entspricht dem
, welches in 2 aus dem gestrichelt eingezeichneten Feld herausgeführt ist. Der Skalar
wird mit dem Wichtungsvektor k ₂ multipliziert, so daß daraus ein Vektor resultiert, dessen erste Komponente die Dimension einer Winkelgeschwindigkeit hat und dessen zweite Komponente gleich Null ist. Auch dieser Vektor wird dem Addierer 105 zugeführt. Der aus der Summe der nach Gleichung F 2.7 gebildeten zeitlichen Ableitung ẋ des Zustandsvektors x und des aus der Multiplikation mit k ₂ gewonnenen Vektors resultierende Vektor wird im Integrierer 106 zum Zustandsvektor x auf integriert. Durch skalare Multiplikation mit Vektoren c _β und
wird jeweils eine der Komponenten β bzw. Ψ . aus dem Zustandsvektor als Skalar ausgeblendet und weiter verarbeitet. Während das ausgeblendete
zum einem dem GMR-Regelgesetz 16 und zum anderen dem direkten Verfahren 103 zugeführt wird, wird das berechnete Ψ . innerhalb des kombinierten Verfahrens lediglich als Zustandsgröße innerhalb des Beobachters und zur Schätzfehlerbestimmung verwendet. Im Addierer 107 wird hierzu die Differenz gebildet zwischen der aus dem Beobachterfahrzeugmodell ermittelten Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ . und der gemessenen Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Mess. Diese Differenz wird mit einem Vektor h multipliziert, dessen erste Komponente dimensionslos ist und die Größe der Korrekturschritte für die Schwimmwinkelgeschwindigkeit β . festlegt und dessen zweite Komponente die Dimension s^–1 trägt und die Größe der Regelschritte bei der Korrektur der Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ . bestimmt.
Auch der Schwimmwinkel
wird als Korrekturgröße rückgeführt und zwar in das direkte Verfahren der kinematischen β .-Bestimmung nach 7, so daß im darauffolgenden Regelschritt auch der letzte Term der Gleichung F 2.6 mit einem Wert belegt werden kann.
Durch die gegenseitige Korrektur der beiden Rechenverfahren; also der Berechnung anhand eines Fahrzeugmodells und der Berechnung anhand kinematischer Betrachtungen, ist eine wesentlich genauere Bestimmung des Schwimmwinkels
möglich, so daß auch dieser als Regelgröße dem GMR-Regelgesetz 16 zugeführt werden kann.
2.2 Fahrzeugreferenzmodelle
Nachfolgend wird das Fahrzeugreferenzmodell anhand der 9 bis 15 erläutert.
In 9 ist der Regelkreis gemäß 1 und 2 zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs nochmals vereinfacht dargestellt. Dabei wurden die Regler 7 bis 9 in 1, die zugehörige Prioritätsschaltung 3 und das Motormanagement 6 weggelassen sowie die Verteilungslogik 2 mit der Drucksteuerung 5 vereint dargestellt. Innerhalb des Regelkreises wird ein zusätzliches Giermoment M_G um die Hochachse des Fahrzeuges berechnet und eingestellt, damit die vom Fahrer gewünschte Kurvenbahn eingehalten wird. Das zusätzliche Giermoment M_G wird dabei durch gezielte Bremsvorgänge an den einzelnen Rädern erzeugt, wobei er Verlauf der Bremsvorgänge und die Auswahl der zu bremsenden Räder durch die Verteilungslogik 2 festgelegt wird. Die gewünschte Fahrtrichtung legt der Fahrer durch eine entsprechende Winkelstellung des Lenkrades fest. Das Lenkrad ist in einem festen Übersetzungsverhältnis (Lenkübersetzung) mit dem gelenkten Rädern gekoppelt. Auf diese Weise wird ein bestimmter Lenkwinkel δ der Räder eingestellt.
2.2.1 Dynamisches Einspurmodell
In dem GMR-Regler 10 ist ein sog. Fahrzeugreferenzmodell 12 (2) = 302 (9) vorgesehen, das mit Eingangsdaten (Geschwindigkeit v, repräsentiert durch V_Ref, Lenkwinkel δ) beliefert wird. Im Fahrzeugreferenzmodell 302 wird aufgrund ^der Eingangsdaten berechnet, wie groß die Änderung des Gierwinkels pro Zeiteinheit (Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Soll) sein soll. In einem nachgeschalteten Vergleicher 303 wird der Sollwert der Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Soll mit dem gemessenen Istwert der Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Mess verglichen. Als Ausgangswert gibt der Vergleicher 303 eine Ausgangsgröße ΔΨ . ab, die der Differenz zwischen Ψ ._Soll und Ψ ._Mess entspricht. Der so festgestellte Differenzwert wird einem Regelgesetz 16 zur Steuerung des Giermoments zugeführt. Das Regelgesetz errechnet aufgrund von ΔΨ . ein zusätzliches Giermoment M_G, welches der Verteilungslogik 2 zugeführt wird. Die Verteilungslogik 2 legt aufgrund des zusätzlichen Giermoments M_G und ggf. eines Wunsches des Fahrers nach Druckaufbau in den Bremsen p_Fahrer Ausgangsgrößen fest. Dies können Bremsdruckwerte oder Ventilschaltzeiten sein.
Auch im Bereich kleiner Geschwindigkeiten ist eine optimale Arbeitsweise des Fahrzeugreferenzmodells 302 wichtig. Zu diesem Zweck kann das Fahrzeugreferenzmodell 302 zusätzlich zu dem oben beschriebenen linearen dynamischen Einspurmodell 311 auch mit einem stationären Kreisfahrtmodell 306 versehen sein.
Für die stationäre Kreisfahrt gilt
Dabei gilt:
v = vorn; h = hinten; m = Masse; l = Abstand der Achse vom Schwerpunkt; Ψ ._Korr, β_korr = Korrekturglieder für Ψ ., β.
Für das lineare dynamische Einspurmodell gelten die Systemgleichungen F1.1 und F1.2.
Die Umschaltung zwischen den Rechenmodellen 306 und 311 wird durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten Umschalter im Fahrzeugreferenzmodel 302 in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs automatisch vorgenommen. Dabei ist für die Umschaltvorgänge von einem Modell zum anderen eine Hysterese von einigen km/h vorgesehen. Unterhalb der Schaltschwelle wird die Soll-Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Soll nach dem Modell der stationären Kreisfahrt 306 berechnet. Überschreitet die Geschwindigkeit von einer niedrigen Geschwindigkeit kommend die in dieser Richtung geltende Schwelle, so wird die Berechnung des Sollwertes der Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._soll mit Hilfe des dynamischen Einspurmodells 311 vorgenommen. Hierdurch lassen sich die für die Regelung bei höheren Geschwindigkeiten besonders wichtigen dynamischen Vorgänge in das Modell miteinbeziehen.
Beim Übergang von dem Kreisfahrtmodell 306 zu dem Einspurmodell 311 werden die durch das Kreisfahrtmodell berechneten Sollwerte wie Ψ ._soll und β als Startwerte für das Einspurmodell eingesetzt. Hierdurch werden Einschwingvorgänge beim Umschalten vermieden. Die weitere Berechnung erfolgt nun mit Hilfe des Einspurmodells 311 solange, bis die bei abnehmender Geschwindigkeit niedrigere Geschwindigkeitsschwelle unterschritten wird. Um auch hier Einschwingvorgänge gering zu halten, werden die für das Kreisfahrtmodell notwendigen Korrekturfaktoren Ψ ._Korr und β_korr mit den zuvor in dem Einspurmodell berechneten Werten für
und β sowie mit den Eingangsgrößen Geschwindigkeit v_ref Lenkwinkel δ errechnet.
Die Korrekturwerte haben folgende Größe:
Diese Korrekturfaktoren nehmen in ihrem Einfluß über die Zeit exponentiell ab nach der Gesetzmäßigkeit: korr(n + 1) = korr(n)·λ F 2.17wobei λ Werte zwischen 0 und kleiner 1 annehmen kann. Mit n bzw. n + 1 werden die Rechendurchläufe gezählt.
Hierdurch werden sprungartige Änderungen vermieden, da im stationären Fall die beiden Berechnungsmethoden unterschiedliche Ergebnisse liefern. Somit ist durch den Rechenmodellwechsel die Möglichkeit gegeben, bis zu Geschwindigkeiten von v = 0 km/h die Sollwerte für die Regelung recht präzise zu bestimmen.
Im Zusammenhang mit 9 wurde erläutert, daß als Fahrzeugrechenmodelle unterschiedliche Modelle in Frage kommen.
Ein bevorzugtes Modell kann dabei das der stationären Kreisfahrt sein. Nach diesem Modell läßt sich die Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._soll nach der oben angegebenen Formel berechnen. Will man nun ein derartiges Fahrzeugrechenmodell darstellen, so bietet es sich an, einer Rechenschaltung die gemessenen Werte λ und V_Ref zuzuführen und als Ausgangswert dann den Sollwert der Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._soll abzugreifen.
2.2.2 Vereinfachtes Modell
Im Folgenden wird ein äußerst einfaches Modell zum Ermitteln einer Sollgierwinkelgeschwindigkeit hergestellt. Es soll eine Alternative sein zu dem vorher beschriebenen Kombinationsmodell. Es zeichnet sich dadurch aus, dass mit wenig Rechenleistung ein akzeptables Ergebnis erzielt wird.
Nach diesem Modell wird die Sollgierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Soll berechnet zu
Diese Gleichung ergibt sich aus F2.12, mit Gleichung F 2.14 und F 2.15, wenn man die Steifigkeiten c und c sehr groß annimmt.
Dieser Ansatz beruht auf den folgenden Überlegungen.
Bei dem bisher beschriebenen Fahrzeugreferenzmodell wird die Sollgierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Soll entweder mittels eines dynamischen Fahrzeugmodells (z.B. eines Einspurmodells) oder durch ein statisches Modell (stationäre Kreisfahrtwert genannt) berechnet und mit der gemessenen Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Mess verglichen. Bei jedem dieser Ansätze hängt aber die Vorgabe (und damit auch der Regelungseingriff) direkt von der Güte des Fahrzeugmodells ab. Da es sich hierbei um lineare Ersatzmodelle handelt, weicht das Modell in einigen Fällen deutlich vom tatsächlichen Fahrzeugverhalten ab.
Verändert sich zusätzlich das wirkliche Fahrzeugverhalten aufgrund von z.B. Beladung oder Verschleiß einzelner Komponenten, so beschreibt das Modell das Fahrzeug nur unzureichend. Demzufolge sollte mittels einer fortlaufenden Parameterschätzung eine Modellanpassung durchgeführt werden, wobei folgende Probleme auftreten:
Für die Schätzung muß eine Anregung vorhanden sein, d.h. der Fahrer müßte das Fahrzeug mittels Lenkvorgabe im linearen Bereich (< 0.4g) ausreichend anregen. Dies trifft bei normaler Fahrt kaum zu.
Weiter ist es nicht möglich, alle Parameter des linearen Einspurmodells direkt zu schätzen. Somit müßten bestimmte Parameter fest vorgewählt werden.
Die Regelung auf der Basis von Modellannahmen kann also immer nur bezüglich der Modellvorgaben eine zufriedenstellende Lösung bieten. In vielen Fällen kann es daher ausreichend sein, nach einem einfacheren Regelungsprinzip vorzugehen.
Ein wichtiges Ziel der Fahrstablitätsregelung ist es, das Fahrverhalten so abzustimmen, daß die Reaktion des Fahrzeugs auf Lenk-, Brems- und Gaspedaleingaben des Fahrers stets vorhersehbar und gut kontrollierbar ist. Demzufolge müssen unter- und übersteuernde Betriebszustände des Fahrzeugs erkannt und durch einen entsprechenden Bremsen- bzw. Motormanagementeingriff auf neutrales Verhalten hin korrigiert werden.
Das vereinfachte Regelungsprinzip besteht darin, ein direktes Maß für unter-/übersteuerndes Verhalten als Regelgröße zu verwenden. Nach einer der Definition für das Steuerverhalten eines Kraftfahrzeuges werden dazu die mittleren Schräglaufwinkel der Vorder- und Hinterachse (α_V, α_H) verglichen. Bei größeren Schräglaufwinkeln vorn hat das Fahrzeug danach ein untersteuerndes, im umgekehrten Fall ein übersteuerndes Verhalten. Neutrales Verhalten liegt definitionsgemäß vor, wenn die Schräglaufwinkel vorne und hinten gleich sind. Somit gilt
Auf Basis der Schräglaufwinkeldifferenz ist es also möglich, den augenblicklichen Fahrzustand des Fahrzeugs direkt zu bestimmen. Verwendet man als Ansatz das Einspur-Fahrzeugmodell (10), lassen sich daraus die Schräglaufwinkel in Abhängigkeit vom Lenkwinkel δ, dem Schwimmwinkel β, der Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ . und der Fahrzeuggeschwindigkeit v ableiten, und zwar wie folgt:
Da der Schwimmwinkel nicht direkt meßbar bzw. einfach berechenbar ist, kann keine explizite Berechnung der einzelnen Schräglaufwinkel vorgenommen werden. Wird aber deren Differenz gebildet, so ist es möglich, diese Größe auf Basis der vorhandenen Meßgrößen (Lenkwinkel, Gierwinkelgeschwindigkeit), der aus dem ABS-Regler bekannten Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v_Ref und dem konstanten Radstand 1 zu berechnen.
Damit steht eine Größe zur Verfügung, die als Maß für Unter-/Übersteuern verwendet werden kann.
Betrachtet man weiter den bekannten Zusammenhang zwischen dem momentanen Kurvenradius R der Kurvenbahn des Fahrzeugschwerpunktes und der Schräglaufwinkeldifferenz
so ist zu erkennen, daß unter der Annahme αv – αh = 0 F 2.23eines neutralen Fahrzustands F2.19 der Kurvenradius R nur noch durch den Lenkwinkel α bestimmt wird, nämlich R = lδ F 2.24
Es ist daher eine Regelung möglich, die als Regelgröße direkt die berechnete Schräglaufwinkeldifferenz verwendet. Vorgabe für diese Regelung ist es, die Regelgröße betragsmäßig klein zu halten, um so in etwa neutrales Verhalten zu erreichen. Eventuell ist es sinnvoll, diese Toleranzschwelle asymmetrisch anzusetzen, so daß in Richtung übersteuerndes Verhalten die Toleranz geringer gewählt werden kann.
Nach diesen Überlegungen läßt sich die Sollgiergeschwindigkeit Ψ ._soll berechnen (F2.18). Diese Sollgiergeschwindigkeit Ψ ._soll wird dann mit Ψ ._Mess verglichen und gemäß 1 der Regelung zugrundegelegt.
2.2.3 Sollwertbegrenzung
Eine Regelung des Fahrverhaltens des Fahrzeugs hat nur solange Sinn, wie die Haftung der Fahrzeugräder auf der Fahrbahn erlaubt, das errechnete Zusatzdrehmoment am Fahrzeug wirksam werden zu lassen.
Beispielsweise ist es unerwünscht, dass die Regelung das Fahrzeug auf jeden Fall auf die durch den Lenkwinkel δ vorgegebene Kurvenbahn zwingt, wenn das Lenkrad zu stark oder zu schnell hinsichtlich der bestehenden Fahrzeuggeschwindigkeit eingeschlagen wurde.
Es sollte daher verhindert werden, dass Ψ ._Soll unter allen Umständen, gemäß dem gewählten Fahrzeugreferenzmodell zur Vorgabe gemacht wird. Folgt man allein dem Referenzmodell, dann kann dies nämlich unter unglücklichen Umständen dazu führen, dass bei versehentlich zu groß eingestelltem Lenkradwinkel bei gleichzeitig hoher Geschwindigkeit über das dann auch zu große Ψ ._Soll die tatsächliche Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ . so weit verstellt wird, dass im Extremfall das Fahrzeug sich um die eigene Achse dreht, während es sich mit seinem Schwerpunkt im wesentlichen geradeaus bewegt. Dieser Zustand ist für den Fahrer noch sehr viel ungünstiger als der Zustand, bei dem das Fahrzeug aufgrund der schlechten Reibungsverhältnisse dem Fahrerwunsch nicht zu folgen vermag und stark untersteuernd geradeaus schiebt. Denn in letzterem Falle wird das Fahrzeug wenigstens nur geradeaus fahren und sich nicht gleichzeitig dabei um die eigene Achse drehen. Um diese in Sonderfällen nachteiligen Folgen zu vermeiden, sind im Fahrzeugreferenzmodell zusätzlich Rechenalgorithmen vorgesehen, welche es gestatten, über den Reibwert μ ^ die für die gerade gemessene Geschwindigkeit gültige maximale Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Sollmax festzulegen. Das μ ^ wird in der Reibwerterkennung 13 bestimmt. Die Rechenalgorithmen basieren auf der Theorie der stationären Kreisfahrt, für die gilt, dass Ψ . = a_quer/v ist (F2.18).
Die maximal zulässige Querbeschleunigung a_qlim lässt sich im Wesentlichen als Funktion des Reibwertes der Geschwindigkeit v, der Längsbeschleunigung a_long sowie ggf. weiterer Parameter bestimmen. Damit wird aq lim = f(mu, v, along, ...) F 2.25
Die maximale Gierwinkelgeschwindigkeit berechnet sich zu.
Es ist daher möglich, einen Grenzwert für die Gierwinkelgeschwindigkeit festzulegen, der dem Fahrerwunsch nicht mehr direkt Rechnung trägt, sondern mit dazu beitragen soll, dass beim Ausbrechen des Fahrzeugs dieses nicht zusätzlich auch noch um seine Hochachse dreht.
Es kann auch vorgesehen sein, einen Regeleingriff nur unter bestimmten Rahmenbedingungen zuzulassen. Eine Möglichkeit hierzu kann z.B. darin bestehen, dass die Aktivierungslogik 11 in 2 kein aktuelles M_G an die Verteilungslogik 2 weiterleitet, wenn ein zu großer Schwimmwinkel β festgestellt wird, was in Abhängigkeit von der gerade herrschenden Geschwindigkeit geschehen kann.
2.3 Regelgesetz
Im Folgenden wird die Programmstruktur des Regelgesetzes 16 des Giermomentenreglers 10 beschrieben. Das Programm errechnet aus vier Eingangsgrößen das zusätzliche Giermoment M_G um die Hochachse des Fahrzeuges, das notwendig ist, um ein stabiles Fahrzeugverhalten vor allem bei Kurvenfahrt zu erhalten. Das errechnete Giermoment M_G ist Grundlage für die Berechnungen der in die Radbremsen einzusteuernden Drücke.
Als Eingangsgrößen für das Regelgesetz stehen zur Verfügung (siehe 17)
am Eingang 500 : ΔΨ .
am Eingang 501 : ΔΨ ..
am Eingang 502 :

am Eingang 503 : β ^
Für den Fall, dass als Grundlage die Schräglaufwinkeldifferenz herangezogen wird, liegt am Eingang 500 Δλ und am Eingang 501 Δλ an.
Der Eingang 503 ist fakultativ. Er steht insbesondere dann zur Verfügung, wenn im Gesamtberechnungssystem ein sogenanntes Beobachterfahrzeugmodell 84 vorgesehen ist.
Der Wert am Eingang 500 ergibt sich als Differenz zwischen der gemessenen Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Mess und der mit Hilfe eines Fahrzeugreferenzmodells 12 errechneten Sollgierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._soll.
Der Wert am Eingang 501 ergibt sich entweder als zeitliche Änderung der Größe am Eingang 500 von Berechnungsloop zu Berechnungsloop dividiert durch die Loopzeit T₀, oder als Differenz der zeitlichen Ableitung der gemessenen Gierwinkelgeschwindigkeit und der zeitlichen Ableitung der errechneten Sollgierwinkelgeschwindigkeit.
Unter einem Berechnungsloop versteht man einen Rechendurchgang durch den FSR-Regler nach 1. Ein solcher Durchgang nimmt durch seine Struktur eine bestimmte Echtzeit in Anspruch, die Loopzeit T₀. Für eine effektive Regelung muß diese ausreichend klein gehalten werden.
Die Werte an den Eingängen 500 und 501, nämlich ΔΨ . und ΔΨ .. werden zunächst jeweils einem Tiefpaßfilter 510 bzw. 511 zugeführt.
Die beiden Tiefpaßfilter sind im Prinzip gleich aufgebaut und haben eine Struktur, wie sie in der 18 dargestellt ist.
Die Eingangsgröße 520 des Tiefpaßfilters nach 18 wird mit u die Ausgangsgröße 521 mit y bezeichnet. Die Ausgangsgröße 521 wird einem Register 522 zugeführt und steht bei der nächsten Berechnung als vorheriger Wert y(k – 1) zur Verfügung. Der Ausgangswert 521 für die Berechnungsschleife errechnet sich dann nach folgender Formel y(k) = λ·y(k – 1) + (1 – λ)·u·kp F 2.27wobei λ Werte zwischen 0 und 1 einnehmen kann. λ beschreibt die Wertigkeit der Tiefpaßfilters. Für den Grenzwert λ = 0, ist die Rekursionfunktion eliminiert: die vorhergehenden Werte y(k – 1) haben für die Berechnung des neuen Ausgangswertes 521 keine Bedeutung. Je mehr sich λ dem Wert 1 nähert, desto stärker wirken die vorhergehenden Werte, so daß sich der aktuelle Eingangswert 520 nur langsam als Ausgangswert 521 durchsetzt.
k_p ist ein linearer Wertungsfaktor.
Die eben beschriebene Tiefpaßfilterung erfolgt für die beiden Eingangswerte 500 und 501 und führt zu gefilterten Werten 515, 516.
Eine ebensolche Tiefpaßfilterung 512 erfolgt für die Eingangsgröße 502, nämlich für
. Der gefilterte Wert 517 wird ebenso wie der ungefilterte Wert 503 nichtlinearen Filtern zugeführt. Diese Filter haben die Aufgabe, für kleine Eingangswerte den Ausgangswert zu 0 zu setzen und für Eingangswerte, die über einen bestimmten Grenzwert liegen, einen um den Grenzwert reduzierten Eingangswert weiterzuleiten. Die Begrenzung erfolgt sowohl im negativen als auch im positiven Bereich. Die Grenzwerte β ._th und β_th können fest im Programm implementierte Größen sein, aber auch Größen, die von weiteren Parametern abhängen, zum Beispielvom Reibbeiwert zwischen den Reifen und der Fahrbahn. Die Grenzwerte werden in diesem Fall gesondert als lineare Funktion des Reibwertes berechnet.
Alle vier Größen, nämlich 515, 516, 517 und 518 werden in einem weiteren Schritt 530, 531, 532 bzw. 533 mit je einem linearen Faktor gewichtet.
Diese Faktoren sind fest im Berechnungssystem implementiert. Sie lassen sich größenordnungsmäßig aus entsprechenden Fahrzeugmodellen errechnen, benötigen aber im allgemeinen eine Feinabstimmung durch Fahrversuche. Auf diese Weise wird für jedes Fahrzeug bzw. für jeden Fahrzeugtyp ein entsprechender Satz von linearen Faktoren festgelegt. Die so gewichteten Eingangsgrößen 500, 501, 502, 503 werden addiert, wobei (Additionsglied 540) sich das zusätzliche Giermoment M_G ergibt, das dem weiteren Berechnungsgang des Programms zugrunde gelegt wird.
In der Praxis hat sich aber herausgestellt, daß noch Modifikationen des errechneten Giermoments notwendig sind.
Dazu können zwei Ansätze gemacht werden:

1. Die Eingangsgrößen, insbesondere ΔΨ ., werden modifiziert.
2. Das errechnete Giermoment M_G wird einer Filterung unterzogen.

Mit beiden Ansätzen wird versucht, die Regelung nicht nur unter Berücksichtigung der Gierwinkelgeschwindigkeit sondern auch unter Berücksichtigung des Schwimmwinkels durchzuführen.
2.3.1 Modifikation der Eingangsgrößen
Mit Hilfe eines Fahrzeugreferenzmodells wird – wie schon erläutert – ein Sollwert für die Gierwinkelgeschwindigkeit errechnet. Da das verwendete Fahrzeugreferenzmodell mit den tatsächlichen Gegebenheiten nicht vollständig übereinstimmen kann, ist es in der Regel notwendig, das Ergebnis der Modellrechnung nochmals zu korrigieren. Im Referenzmodell werden im Wesentlichen die Werte ausgewertet, die ein Gierwinkelgeschwindigkeitssensor sowie ein Lenkwinkelsensor liefern. Eine Korrektur der errechneten Sollgierwinkelgeschwindigkeit kann erfolgen, indem zusätzlich die Werte berücksichtigt werden, die ein Querbeschleunigungssensor liefert.
Die Auswertung kann auf verschiedenen Wegen erfolgen. Im Folgenden wird ein Weg vorgeschlagen, bei dem zunächst die gemessene Querbeschleunigung in eine Schwimmwinkelgeschwindigkeit
umgerechnet wird. Mit diesem Wert wird eine Korrektur des Sollwertes für die Gierwinkelgeschwindigkeit vorgenommen.
Die Berechnung von
erfolgt z. B. mit Hilfe der kinematischen β .-Bestimmung 14, 15 (2).
Das Verfahren erfolgt nach dem in 19 gegebenen Schema. Der geschätzte Wert für die Schwimmwinkelgeschwindigkeit
wird ggf. nach einer Tiefpassfilterung mit einem ersten Schwellen wert th₁ verglichen (Raute 400). Die Bedeutung dieses Vergleichs ergibt sich erst nach einer Korrektur des Sollwertes für die Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._soll und wird daher im Anschluß näher erläutert.
Wenn |
| > th₁ ist, wird der Betrag von
mit einem zweiten Schwellenwert th₂ verglichen (Raute 401), wobei der zweite Schwellenwert größer ist als der erste Schwellenwert th₁. Wird auch dieser Schwellenwert überschritten, so erfolgt zunächst eine Integration 402 der Schwimmwinkelgeschwindigkeit
über die Zeit. Dazu wird die Schwimmwinkelgeschwindigkeit
mit der Loopzeit T₀ multipliziert und zum vorherigen Integrationsergebnis Intg_i–1 addiert. Die Integrationsschritte werden mit n gezählt, so daß die Zahl n nach der Integration um 1 erhöht wird (Schritt 403). Die Integrationszeit wird damit repräsentiert durch die Anzahl n der erfolgten Integrationsschritte. Das Integrationsergebnis Intg n
wird verglichen mit einem Schwellenwert β_s (Raute 404). Die Schwellenwertgröße repräsentiert eine maximal zulässige Abweichung gegenüber einem theoretisch einzuhaltenden Schwimmwinkel. Der Schwellenwert β_s liegt in der Größenordnung von ca. 5 Grad.
Wird dieser Schwellenwert überschritten, so wird die Sollgierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._soll durch eine additive Konstante S neu bewertet (Schritt 405), die abhängig ist von der momentanen Schwimmwinkelgeschwindigkeit
und der Anzahl n der Integrationsschritte. Das heißt, daß mit jedem neuen Loop, in dem der Schwellenwert β_s überschritten ist, die Sollgierwinkelgeschwindigkeit weiter reduziert wird. Die additive Konstante S wird je nach Vorzeichen von Ψ ._soll entweder hinzuaddiert oder subtrahiert, so daß auf jeden Fall der betragsmäßige Wert der Sollgierwinkelgeschwindigkeit reduziert wird. Erreicht Intg_n nicht man den Schwellenwert β_s, dann wird Ψ . nicht limitiert (Schritt 407).
Bei einem erneuten Durchgang wird wiederum überprüft, ob der Betrag der geschätzten Schwimmwinkelgeschwindigkeit kleiner als die Schwelle th₁ ist. Wenn dies der Fall ist, so wird dies dahingehend interpretiert, dass das Fahrzeug sich wieder stabilisiert hat. Dies hat zur Folge, dass n in Schritt 406 wieder zu 0 gesetzt wird und dass für die Weiterberechnung im Schritt 407 eine Sollgierwinkelgeschwindigkeit zugrunde gelegt wird, die nicht korrigiert wird, also identisch ist mit dem Wert, der als Ergebnis des Fahrzeugreferenzmodells vorliegt.
Außerdem wird der Startwert intg_n–1 der Integration gleich Null gesetzt.
Überschreitet eine Schwimmwinkelgeschwindigkeit betragsmäßig zwar th₁, nicht jedoch th₂, so bleibt der alte Wert Intg_n unverändert, d.h. die Integration wird für einen Loop ausgesetzt. Die vorherige Limitierung bleibt erhalten. Sollte der Schwellenwert th₂ wieder überschritten werden, wird die Integration fortgeführt.
2.3.2 Korrektur M_G
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Giermoment M_G, das vom Regelgesetz 16 berechnet wird, zu manipulieren. Dazu wird die Differenz zwischen dem vorherigen Wert M₁(k – 1) zum aktuellen Wert M₁(k)gebildet. Der Index 1 weist darauf hin, dass diese Werte die unmittelbaren Ergebnisse des Giermomentenreglers sind, also noch nicht aufgrund der folgenden Korrektur berechnet worden sind. Diese Differenz wird auf die Loopzeit T₀ bezogen und ergibt ΔM₁. Zu diesem Gradienten ΔM₁ wird ein Korrekturgradient hinzuaddiert, der sich aus
multipliziert mit einem Korrekturfaktor ergibt. Der so korrigierte Gradient wird multipliziert mit der Loopzeit T₀ und zum Giermoment M(k – 1) der vorhergehenden Rechnung hinzuaddiert. Das ergibt das aktuelle Moment M_G(k) das der weiteren Berechnung zugrunde gelegt wird.
Realisiert wird diese Berechnung durch eine Logik wie sie in 20 dargestellt ist. Die berechneten Momente, die sich aus dem Unterprogramm "Regelgesetz 16" ergeben, werden in ein Schieberegister 420 eingeführt. An der ersten Stelle 421 des Schieberegisters 420 befindet sich jeweils der aktuelle Wert M₁(k); an zweiter Stelle 422 des Schieberegisters 420 befindet sich der vorherige Wert M₁(k – 1). Sobald ein neuer Wert M₁ vorliegt, wird der Wert aus dem Register 421 in das Register 422 geschoben und der Wert im Register 421 durch den neuen Wert ersetzt. Die Werte in den Registern 421 und 422 werden einer Berechnungslogik 430 zugeführt, die ein ΔM nach folgender Formel berechnet: ΔM = M1(k) – M1(k – 1) + a·β .·T0 F 2.28
Der Berechnungslogik 430 wird dazu außerdem aus der kinematischen β .-Bestimmung die geschätzte Schwimmwinkelgeschwindigkeit
zugeführt. Weiterhin ist in einem Speicher ein Wert für einen Korrekturfaktor a festgelegt mit dem die Schwimmwinkelgeschwindigkeit in eine Momentenänderung umgerechnet wird. Die Berechnung des neuen Moments M(k) geschieht nach folgender Formel M(k) = M(k – 1) + ΔM F 2.29
Im Register 431 wird der aktuelle Wert des korrigierten Moments, im Register 432 der Wert aus der vorherigen Berechnung abgelegt. Der Wert im Register 431 wird der weiteren Berechnung zugrunde gelegt.
3. Verteilungslogik
3.1 Zusatzgiermoment durch Aufbringung von Bremskräften
Um eine stabile Fahrt des Fahrzeuges auch in einer Kurve zu erreichen, ist es zunächst notwendig, den Lenkwinkel zu erfassen. Der Lenkwinkel repräsentiert die vom Fahrer gewünschte Kurvenbahn des Fahrzeugs. Bei einer stabilen stationären Kurvenfahrt, soll das Fahrzeug mit einem annähernd konstanten Schwimmwinkel und gleichbleibender Gierwinkelgeschwindigkeit die Bahn durchlaufen. Abweichungen von diesem Schwimmwinkel bzw. von dieser Gierwinkelgeschwindigkeit muß der Fahrer durch Gegenlenken ausgleichen. Dies ist aber nicht immer möglich, insbesondere dann nicht, wenn der Fahrer die Kurve mit der Kurvengrenzgeschwindigkeit durchfährt. In solchen Situationen ist es notwendig, das Fahrzeug gezielt abzubremsen und zusätzliche Momente um die Hochachse auf das Fahrzeug aufzubringen, die eine Anpassung der tatsächlichen an die ge wünschte Gierwinkelgeschwindigkeit hervorrufen sollen. Regelalgorithmen, die diese Zusammenhänge beschreiben, sind zuvor beschrieben worden, brauchen daher an dieser Stelle nicht näher ausgeführt zu werden.
Es bleibt allerdings die Problematik, ein vom Regelalgorithmus berechnetes zusätzliches Giermoment M_G in geeigneter Weise durch ein gezieltes Aufbringen von Bremskräften zu verwirklichen.
Bei hydraulischen Bremsen besteht die Aufgabe daher praktisch darin, für jede einzelne Radbremse einen Bremsdruck festzulegen. Dabei soll das zu realisierende Moment um die Hochachse mit möglichst geringen Drücken in den einzelnen Bremsen erzielt werden. Es wird daher vorgeschlagen, für jedes Rad einen Koeffizienten zu bestimmen und die Bremsdrücke aus dem zu erzeugenden Fahrzeuggiermoment und den jeweils gewichteten Koeffizienten zu ermitteln.
Wie schon erläutert, ist es insbesondere bei Fahrzeugbremsanlagen, die auf hydraulischer Basis arbeiten, günstig, die Koeffizienten so zu bestimmen, daß unmittelbar der Bremsdruck für die einzelnen Radbremsen ermittelbar ist. Die Gewichtung der Koeffizienten erfolgt auf dem Wege, daß jeder einzelne Koeffizient durch die Summe der Quadrate aller Koeffizienten geteilt wird.
Dabei bestimmt jeder Koeffizient den Zusammenhang zwischen dem Radbremsdruck und dem Anteil der so erzeugten einzelnen Radbremskräfte am Giermoment des Fahrzeugs.
Als Größen bei der Bestimmung der einzelnen Koeffizienten fließen Parameter ein, die sich während der Fahrt eines Fahrzeuges ändern. Diese sind insbesondere

– der Lenkwinkel δ
– der Reibwert μ zwischen Reifen und Fahrbahn,
– das Fahrzeugmasse m
– die Achslastverteilung N_z.

Größen, die bei der Berechnung der Koeffizienten einfließen, und die fahrzeugspezifisch bzw. bremsspezifisch sind, sind zum Beispiel für eine Scheibenbremsanlage

– die Fläche A der Bremskolben
– die Anzahl n der Kolben pro Radbremse
– der Reibungskoeffizient μ_R zwischen Scheibe und Bremsbelag
– das Verhältnis s von effektivem Reibradius zu dynamischem Reifenhalbmesser
– sowie der Wirkungsgrad η der Bremse.

Die vorgeschlagene Berechnungsmethode hat den Vorteil, daß sehr schnell aus einem vorgegebenen zusätzlichen Giermoment die entsprechenden Bremsdrücke berechnet werden können.
Sollten sich die oben genannten Parameter während der Fahrt ändern, so wird dies über eine Änderung der Koeffizienten in der Bremsdruckberechnung berücksichtigt.
Während einige Einflußgrößen linear in die Berechnung der Koeffizienten eingehen, ist vor allem die Abhängigkeit der Koeffizienten vom Lenkwinkel δ nichtlinear.
Es hat sich aber gezeigt, daß eine linearisierte Abschätzung der Abhängigkeit zwischen den einzelnen Koeffizienten und dem Lenkwinkel ausreichend gute Ergebnisse liefert.
Die 21 zeigt in schematischer Weise ein Fahrzeug in Geradeausfahrt mit vier Rädern 601, 602, 603, 604. Jedem der Räder ist eine Radbremse 605, 606, 607, 608 zugeordnet. Diese können unabhängig voneinander angesteuert werden, wobei durch die von den Radbremsen ausgeübten Radbremsmomente Bremskräfte in den Aufstandsflächen der Räder auf der Fahrbahnoberfläche erzeugt werden. So wird z. B. bei einer Ansteuerung der Radbremse 605 am Rad 601 eine Bremskraft F erzeugt, die wiederum ein Moment M (im Beispiel positiv gezählt) um die Hochachse erzeugt.
Derartige Momente um die Hochachse des Fahrzeuges können gezielt eingesetzt werden, um ein Fahrzeug stabil auf einer vom Fahrer gewünschten Bahn zu halten.
Im Fahrzeug sind weiterhin Sensoren vorhanden. Dazu gehören Radsensoren, die die Winkelgeschwindigkeit der Räder 601, 602, 603, 604 erfassen. Außerdem wird der Lenkradwinkel mit einem Lenksensor 612 erfaßt. Weiterhin ist ein Sensor 613, für die Gierwinkelgeschwindigkeit vorgesehen.
Aus diesen Sensoren, die einerseits den Fahrerwunsch andererseits das Verhalten des Fahrzeuges erfassen, läßt sich ein zu realisierendes Giermoment errechnen, das, wenn es aufgebracht wird, in der Lage ist, die Gierwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeuges sowie seinen Schwimmwinkel mit dem Fahrerwunsch in Übereinstimmung zu bringen. Dazu werden die Radbremsen 605, 606, 607, 608 unabhängig voneinander angesteuert, wozu eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die ein Teil eines komplexen Programmes zur Regelung der Fahrstabilität ist.
Die prinzipielle Situation ist in der 22 dargestellt. Mit 16 ist ein Programmodul bezeichnet, das das Giermoment M_G errechnet. Die 22 zeigt eine Steuervorrichtung, die Drücke p_xx berechnet, die in die einzelnen Radbremsen 605, 606, 607, 608 eingesteuert werden sollen. Die ermittelten Druckwerte 622, 623, 624, 625 können weiter ausgewertet werden und in entsprechende Steuersignale für die Radbremsen 605, 606, 607, 608 umgewandelt werden.
Die Steuervorrichtung selbst besteht aus zwei Teilen, nämlich aus einem ersten Teil 630, in dem Koeffizienten c_xx für die einzelnen Räder berechnet werden. Die Koeffizienten c_xx stellen eine lineare Beziehung zwischen dem Druck in der Radbremse und dem anteiligen Giermoment her, das durch die Bremskraft an dem entsprechenden Rad hervorgerufen wird. Im zweiten Teil 631 werden durch Gewichtung der einzelnen Koeffizienten sowie unter Berücksichtigung des zu realisierenden Giermomentes M_G die einzelnen Druckwerte p_xx 622, 623, 624, 625 berechnet.
Die Druckwerte sowie die Koeffizienten werden mit Indizes bezeichnet.
Es gilt:

V:: vorne
h:: hinten
L:: links
r:: rechts
X:: steht entweder für v/l oder h/r

Der erste Berechnungsteil 630 berücksichtigt den Lenkwinkel der über eine Auswertung 632 des Lenksensors 612 dem Rechengang zur Verfügung gestellt wird. Zur Berechnung der Koeffizienten wird der Reibwert μ berücksichtigt, der in einer Auswerteeinheit 633 aus dem Raddrehverhalten abgeleitet wird.
Das Raddrehverhalten wird wiederum durch ein Signal der Radsensoren an den einzelnen Rädern ermittelt. Weiterhin fließt die Fahrzeugmasse sowie die Lastverteilung N_z ein, die in einer Auswerteeinheit 634 ermittelt werden, in der das Fahrzeugverhalten in verschiedenen Situationen analysiert wird. Der erste Programmteil 630 hat Zugriff zu einem Speicher 635, der die oben genannten fahrzeugspezifischen und radbremsspezifischen Werte enthält.
Aus den genannten Werten wird für jedes Rad ein Koeffizient c_xx errechnet, wobei die Werte 640, 641, 642, 643 parallel oder nacheinander berechnet werden können. Die Berechnung erfolgt nach einer Funktion, die im Programm implementiert ist. In dieser Funktion sind die bekannten Zusammenhänge zwischen Bremsdruck und Bremskraft berücksichtigt. In der Regel ist der Zusammenhang linear. Lediglich der Lenkwinkel δ muss gesondert berücksichtigt werden. Wie in geeigneter Weise der Lenkwinkel berücksichtigt werden kann, wird weiter unten beschrieben.
In dem zweiten Berechnungsschritt 631 werden entweder parallel oder sukzessive aus den einzelnen Koeffizienten 640, 641, 642, 643 nach folgender Formel die Druckwerte für die einzelnen Radbremsen ermittelt:
Die Berechnung der einzelnen Drücke nach dieser Formel hat den Vorteil, daß, um das berechnete Bremsmoment zu erzielen, nur relativ geringe Drücke in die Radbremsen eingesteuert werden müssen. Zum weiteren kann die Bremsdrucksteuerung sehr empfindlich und schnell auf Änderungen insbesondere des Lenkwinkels und der Reibwerte reagieren.
Der Lenkwinkel δ wird wie folgt bei der Berechnung der Koeffizienten berücksichtigt: 23 zeigt dazu eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges, wobei die Vorderräder 601 und 602 eingeschlagen dargestellt sind. Mit S ist der Abstand der Vorderräder bezeichnet, mit l_V der Abstand des Schwerpunktes 610 zur Vorderachse.
Die Radebenen 650, 651 schließen Lenkwinkel 652, 653 mit der Längsachse des Fahrzeuges ein. Der Einfachheit halber wird angenommen, daß die Lenkwinkel δ 652, 653 gleich groß sind. Der effektive Hebelarm h_l bzw. h_r bezogen auf die Bremskraft F, die in der Radebene 650, 651 wirkt, errechnet sich aufgrund von Näherungsüberlegungen für kleine Lenkwinkel wie folgt. hr = s2 + δ·l F 3.2a hl = s2 – δ·lv F 3.2b
Da die Näherung "kleine Lenkwinkel" nicht immer erfüllt ist, hat es sich als günstig erwiesen, ggf. mit der folgenden Formel zu rechnen.
Sollten die berechneten Hebelarme kleiner Null werden, werden sie zu Null gesetzt.
Die Radkoeffizienten c_xx lassen sich nun wie folgt berechnen, nämlich zu cxx = chydxx·hl,r, F 3.4wobei in c_hydxx alle Parameter außer dem Lenkwinkel δ berücksichtigt sind.
Auf diese Weise lassen sich die Koeffizienten darstellen als das Produkt zweiter Terme, wobei der eine Term den effektiven Hebelarm bestimmt und der andere Term vom Lenkwinkel unabhängig ist.
3.2 Zusatzgiermoment durch Reduzierung von Seitenkräften
Eine Methode, einseitig wirkende Bremskräfte aufzubringen, besteht darin, die Radbremsen derart anzusteuern, daß die Räder unterschiedlich stark abgebremst werden. Ein Verfahren, das dies bewerkstelligt, ist im vorherigen Abschnitt beschrieben worden.
Dieses Verfahren stößt dann an eine Grenze, wenn eine Fahrstabilitätsregelung während einer Pedalbremsung erfolgen soll, wenn also schon aufgrund der Abbremsung durch den Fahrer ein bestimmter Bremsdruck in den Radbremsen eingestellt ist. Im Prinzip läßt sich das oben beschriebene Verfahren auch für diesen Fall anwenden. Anstelle absoluter Drücke werden Änderungen der schon eingestellten Bremsdrücke ermittelt.
Dabei treten allerdings die folgenden Probleme auf. Ist in eine Radbremse schon eine sehr hoher Druck eingesteuert, so daß sehr hohe Bremskräfte realisiert werden, so würde eine Steigerung des Bremsdruckes nicht unbedingt zu einer Steigerung der Bremskraft führen, da die Haftgrenze zwischen Reifen und Fahrbahn erreicht ist. Der im oben genannten Modell unterstellte lineare Zusammenhang zwischen Bremsdruck und Bremskraft ist in diesem Fall nicht mehr gegeben.
Die nicht zu überschreitende Grenze der Bremskraft auf der einen Fahrzeugseite kann im Sinne einer Giermomentregelung kompensiert werden durch eine Bremskraftminderung auf der anderen Fahrzeugseite.
Dies hat allerdings den Nachteil, daß mit Minderung der Bremskraft auch die Verzögerung des Fahrzeuges gemindert wird. Das ist nicht immer hinnehmbar, da bei einem vom Fahrer eingeleitetem Bremsvorgang das Fahrzeug auf möglichst kurze Distanz zum Stillstand gebracht werden soll. Eine zu starke Minderung der tatsächlichen Verzögerung des Fahrzeugs gegenüber dem Fahrerwunsch kann daher im allgemeinen nicht hingenommen werden. Zur Lösung dieses Problems wird folgender Weg eingeschlagen.
Die Radbremsen zumindest eines Rades wird so angesteuert, daß der Längsschlupf 2 des Rades so eingestellt wird, daß er größer ist als der Längsschlupf, bei der der maximale Kraftschluß erreicht wird. Bei diesem Verfahren wird ausgenutzt, daß die übertragene Bremskraft, das ist die Längskraft am Reifen, ihren maximalen Wert bei einem Längsschlupf von ca. 20 % (0 %-freirollendes Rad; 100 %-blockiertes Rad) erreicht und bei Werten über 20 % die übertragbare Bremskraft nur wenig abnimmt, so daß keine erhebliche Einbuße bei der Verzögerung des Fahrzeuges bei einem Radschlupf zwischen 20 % und 100 % auftritt.
Betrachtet man aber gleichzeitig die übertragbare Seitenkraft, das ist die Kraft, die senkrecht zur Radebene wirkt, so zeigt die eine starke Abhängigkeit vom Radschlupf, der sich darin äußert, daß mit zunehmendem Schlupf die übertragbare Seitenkraft stark abnimmt. Im Schlupfbereich von über 50 % zeigt das Rad ein ähnliches Verhalten wie ein blockiertes Rad. Das heißt es werden kaum noch Seitenkräfte aufgebracht.
Durch eine geschickte Auswahl der Räder, an denen ein hoher Längsschlupf eingestellt wird, kann ein kontrolliertes Schleudern des Fahrzeuges provoziert werden, wobei die mit dem Schleudern hervorgerufene Änderung des Gierwinkels der gewünschten Änderung entsprechen soll. Da bei diesem Verfahren die Längskräfte im wesentlichen erhalten bleiben, die Seitenkräfte aber deutlich reduziert werden, kann eine Kontrolle der Gierwinkelgeschwindigkeit erfolgen, ohne daß die Fahrzeugverzögerung zu stark reduziert wird.
Die Auswahl des Rades, das zumindest kurzzeitig mit einem erhöhten Längsschlupf gefahren wird, erfolgt nach folgenden Regeln. Dazu betrachtet man eine vom Fahrer gewollte Kurvenfahrt nach rechts. Für eine Kurvenfahrt nach links gelten entsprechende "gespiegelte" Regeln. Dabei kann der Fall auftreten, daß das Fahrzeug sich nicht so stark in die Kurve hineindreht wie erwartet. Mit anderen Worten, das Fahrzeug untersteuert. In diesem Fall wird das hintere kurveninnere Rad mit erhöhten Schlupfwerten betrieben. Dreht sich das Fahrzeug allerdings zu stark in die Kurve, dieser Fall wird als Übersteuern bezeichnet, so wird das vordere kurvenäußere Rad mit hohen Schlupfwerten betrieben.
Zusätzlich kann der Druckabbau an einem Vorderrad unterbunden werden. Dies geschieht nach folgenden Regeln. In einer Fahrsituation, in der das Fahrzeug sich untersteuernd verhält, wird der Bremsdruckabbau am kurvenäußeren vorderen Rad unterbunden. In einer Situation, in der sich das Fahrzeug übersteuernd verhält, wird der Druckabbau am kurveninneren vorderen Rad unterbunden.
Die tatsächliche Steuerung des Bremsdruckes kann wie folgt erfolgen. Wie schon zuvor erläutert wurde; wird der Bremsdruck in den einzelnen Radbremsen in Abhängigkeit von dem zu erzielenden Giermoment und den gewichteten Radkoeffizienten bestimmt.
Bei der Berechnung der Koeffizienten kann ein vom Bremsschlupf abhängiger Faktor eingeführt werden, der derart nachgeregelt wird, daß sich der oben beschriebene gewünschte Bremsschlupf einstellt. Die Begrenzung des Druckabbaus an einem Rad kann durch Festlegung einer unteren Schwelle für den entsprechenden Koeffizienten erzielt werden.
Im folgenden soll das in dem Steuerprogramm der Bremsanlage implementierte Verfahren näher erläutert werden.
Das Steuerprogramm berechnet aufgrund von gewichteten Koeffizienten den Bremsdruck, der in jeder einzelnen Radbremse erzeugt werden muß. Problematischer wird die Berechnung, wenn das Fahrzeug gebremst wird, insbesondere dann, wenn es unter Ausnutzung der Haftschlußgrenze zwischen Reifen und Fahrbahn verzögert wird. In solchen Fällen ist es durchaus möglich, daß zunächst eine Antiblockierregelung einsetzt, bevor eine überlagerte Fahrstabilitätsregelung erforderlich wird.
In solchen Fällen können die prinzipiellen Überlegungen für ein ungebremstes Fahrzeug nicht übernommen werden, da zum Beispiel bei der Erhöhung eines Druckes in einer Radbremse die entsprechende Bremskraft nicht linear anwächst, weil die Haftschlußgrenze erreicht ist. Eine Erhöhung des Drucks in dieser Radbremse würde also keine zusätzliche Bremskraft und damit kein zusätzliches Moment erzeugen.
Zwar kann der gleiche Effekt, ein zusätzliches Giermoment zu erzeugen, durch die Minderung des Radbremsdrucks des anderen Rades der Achse hervorgerufen werden. Damit würde aber insgesamt eine Verringerung der Bremskraft bewirkt werden, was wiederum mit der Forderung kollidiert, daß das Fahrzeug auf möglichst kurze Distanz zum Stillstand gebracht werden soll.
Es wird daher das in 24 gezeigte Verhalten von Fahrzeugrädern ausgenutzt. Diese Diagramm zeigt auf der X-Achse Schlupfwerte λ zwischen 0 und 100 %, wobei mit 0 % ein freirollendes Rad und mit 100 % ein blockiertes Rad markiert ist. Die Y-Achse zeigt die Reib- und Seitenkraftwerte μ_B und μ_s im Wertebereich zwischen 0 und 1. Die durchgezogenen Linien zeigen die Abhängigkeit des Reibwertes vom Schlupf für unterschiedliche Schräglaufwinkel α. Insbesondere für kleine Schräglaufwinkel erkennt man, daß die Kurve einen Maximumwert im Bereich Schlupf λ = 20 % hat. In Richtung 100 % nimmt der Reibwert leicht ab. Für einen Schräglaufwinkel von 2° beträgt der maximale Reibwert ca. 0,98, während er bei λ = 100 % noch den Wert 0,93 aufweist. Betrachtet man dagegen die Seiten-kraftwerte, so ergibt sich insbesondere für größere Schräglaufwinkel eine extreme Abnahme über den Schlupfbereich. Für einen Schräglaufwinkel von 10° liegt der Seitenkraftwert für einen Schlupfwert von 0 % bei 0,85 und sinkt für Schlupfwerte von nahezu 100 % auf 0,17.
Den Kurven der 24 kann somit entnommen werden, daß bei Schlupfwerten im Bereich zwischen 40 und 80 % relativ hohe Bremskräfte, aber nur geringe Seitenkräfte übertragen werden können.
Dieses Radverhalten kann ausgenutzt werden, um gezielt die Seitenkraft eines bestimmten Rades am Fahrzeug zu verringern. Die Auswahl des Rades erfolgt nach dem folgenden Schema, was anhand der 25a und 25b näher erläutert werden soll.
Die 25a, b zeigt ein Fahrzeug in schematischer Darstellung in einer Rechtskurve. Entsprechend dem Kurvenradius und der Geschwindigkeit des Fahrzeuges muß sich das Fahrzeug um seine Hochachse drehen, das heißt es muß eine bestimmte Gierwinkelgeschwindigkeit im Uhrzeigersinn vorliegen.
Das Fahrzeug verfügt, wie schon erläutert, über einen Gierwinkelsensor. Weicht die gemessene Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Mess von der zu erzielenden Ψ ._soll ab, so muß ein zusätzliches Moment M_G um die Hochachse des Fahrzeuges aufgebracht werden.
Weicht die gemessene Gierwinkelgeschwindigkeit in der Weise von der zu erzielenden ab, daß das Fahrzeug sich nicht genü gend dreht, so liegt ein sogenanntes untersteuerndes Verhalten vor. Es muß ein zusätzliches Moment aufgebracht werden, das in dieser Situation negativ gezählt wird. Es soll bewirken, daß sich das Fahrzeug in die Kurve hineindreht. Dies könnte in vorliegendem Fall dadurch erreicht werden, daß der Bremsdruck in den rechten Fahrzeugrädern erhöht wird.
Wenn das Fahrzeug aber schon vom Fahrer gebremst wird, kann es möglich sein, daß diese Räder schon maximale Bremskraft übertragen. Wenn dies von einer Auswerteelektronik festgestellt wird, wird der Druck in der rechten Hinterradbremse so gesteigert, daß das Rad bei Schlupfwerten im Bereich zwischen 40 und 80 läuft. Das Rad 604 ist daher mit einem "λ" markiert. Dies hat, wie schon erläutert, eine erhebliche Senkung der Seitenkraft zur Folge. Es werden also nur noch geringe Seitenkräfte am rechten Hinterrad aufgebaut, was zur Folge hat, daß das Fahrzeug mit dem Heck nach links ausbricht, also eine Drehung im Uhrzeigersinn beginnt. Die Minimierung der Seitenkraft wird solange beibehalten, bis die tatsächliche Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._Mess der Soll-Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ._soll des Fahrzeuges entspricht.
In der 25b ist die Situation eines übersteuernden Fahrzeuges dargestellt. Das Fahrzeug dreht sich schneller um die Hochachse, als dies einer errechneten Soll-Gierwinkelgeschwindigkeit entspricht. In diesem Fall wird vorgeschlagen, die Seitenkraft am vorderen linken Rad 601 zu senken. Dies erfolgt ebenfalls dadurch, daß an diesem Rad Schlupfwerte zwischen 40 und 80 % eingesteuert werden. Das Rad 601 ist daher hier mit einem "λ" markiert.
Für beide Fälle kann im Steuerprogramm ein Unterprogramm abgelegt werden, das eine weitere Druckabsenkung am kurvenäußeren Vorderrad 601 für den Fall des Untersteuerns (25a) bzw. am kurveninneren Vorderrad 602 für den Fall des Übersteuerns (25b) bewirkt wird. Diese Räder sind jeweils mit "p_min" markiert. Für eine Kurvenfahrt nach links erfolgen die entsprechenden Ansteuerungen seitenverkehrt.
Die Regelung des Drucks in den einzelnen Rädern kann nun auf die Weise erfolgen, daß für jedes einzelne Rad ein Koeffizient bestimmt wird, der den Zusammenhang zwischen Druckänderung und dem berechneten zusätzlichen Giermoment M_G darstellt.
Diese Koeffizienten sind eine Funktion von Parametern, die das Fahrzeug bzw. die Radbremsen beschreiben, sowie von Größen, die sich während einer Fahrt ändern. Dies sind insbesondere der Lenkwinkel δ und der Reibwert μ der Paarung Straße/Reifen (s. auch Abschnitt 3.1). Für die oben erwähnte Steuerung wird nun zusätzlich eine Abhängigkeit vom Längsschlupf des jeweiligen Rades eingeführt. Die Unterbindung des Druckabbaus an einzelnen Rädern kann dadurch realisiert werden, daß für die Koeffizienten untere Grenzen definiert werden, wobei die errechnete Größe der Koeffizienten durch den Mindestwert ersetzt wird, falls der Mindestwert unterschritten wird.
In 26 ist ein entsprechender Algorithmus dargestellt. Zunächst wird das zusätzliche Giermoment M_G errechnet (Programm 640). Aus diesem Moment werden die zugehörigen Bremskraftänderungen bzw. Bremsdruckänderungen für die einzelnen Räder ermittelt (Programm Teil 641). Die ermittelten Bremsdrücke werden mit Schwellen p_th verglichen, die unter anderem von der Reibwertpaarung Straße/Reifen bestimmt werden (Raute 642). Die Schwellen p_th legen fest, ob eine weitere Steigerung des Radbremsdruckes mit einer gleichzeitigen Erhöhung der Bremskraft möglich ist. Bleiben die einzusteuernden Drücke unterhalb dieser Grenzwerte, so erfolgt die Steuerung nach dem in Abschnitt 3.1 erwähnten Verfahren. Liegen die berechneten Bremsdrücke oberhalb dieser Schwellenwerte, so erfolgt die Berechnung der Drücke gemäß dem oben vorgestellten Schema 644.
4. Radbremsdruckerkennung
Der FSR-Druckregler liefert als Ergebnis Bremsdruckwerte für die Radbremsen. Diese Wertvorgaben müssen realisiert werden. Eine Methode besteht darin, die Drücke in den Radbremsen zu messen und mit den Wertvorgaben zu vergleichen. Ein Druckregler, der nach den üblichen Gesetzen arbeitet, regelt den Radbremsdruck auf den vorgegebenen Sollwert ein. Dieses Verfahren benötigt je einen Drucksensor pro Radbremse, also für ein vierrädriges Fahrzeug vier Drucksensoren.
Im Allgemeinen wird man allein schon aus Kostengründen versuchen, mit möglichst wenig Sensoren auszukommen. Außerdem stellt jeder Sensor eine weitere potentielle Störungsquelle dar. Der Ausfall eines Sensors kann dazu führen, dass das gesamte Regelsystem abgeschaltet werden muss.
Es wird daher vorgeschlagen, ein Auswertesystem vorzusehen, das aufgrund von Daten, die von den schon vorhandenen Sensoren vorliegen, eine Druckgröße ableitet, die dem Druck in den Radbremsen entspricht. Dazu wird das folgende Konzept vorgeschlagen.
Der Druck in jeder Radbremse wird, wie schon erläutert, durch zwei Ventile geregelt. Das Einlaßventil steuert die Druckmittelzufuhr, während das Auslaßventil den Druckmittelablaß steuert.
Die Signale, die von einem Druckregler abgegeben werden, sind daher Steuerzeiten, die anzeigen, wie lange ein Ventil geöffnet bzw. geschlossen sein soll. Eine Loopzeit ist unterteilt in eine feste Zahl von Zeitabschnitten (Takte). Die Steuerzeiten können dann als Taktahl dargestellt werden, die angibt, wieviele Zeitabschnitte ein Ventil geöffnet bzw. geschlossen sein soll.
Die Grundüberlegung besteht nun darin, diese Steuersignale nicht nur an die Radbremsen zu geben, sondern auch als Rechengrößen an ein Fahrzeugmodell. Das reale Fahrzeug reagiert auf die eingesteuerten Bremsdrücke, wobei sich eine bestimmte Schwerpunktsgeschwindigkeit v sowie Raddrehzahlen ω_i der einzelnen Räder einstellen. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird nicht direkt gemessen, sondern ebenfalls aus den Raddrehzahlen ω_i der einzelnen Räder in besonderen Rechenschritten abgeleitet. Sie wird daher als Referenzgeschwindigkeit v_Ref bezeichnet.
Entsprechende Werte lassen sich auch innerhalb eines Fahrzeugmodells nachbilden.
Aus einem Vergleich der tatsächlichen Werte für ω_i, v_Ref mit den errechneten bzw. aufgrund des Fahrzeugmodells abgeschätzten Werte für ω_i und v_Ref läßt sich eine Korrekturgröße für den Druck in den einzelnen Radbremsen ermitteln, wobei mit Hilfe der Korrekturgröße ein über ein Hydraulikmodell errechneter Druck modifiziert werden kann, so daß eine bessere Abschätzung der Radbremsdrücke gegeben werden kann.
Die eben beschriebene prinzipielle Struktur ist in der 29 näher erläutert.
Mit 800 ist eine Drucksteuerung bezeichnet die in 1 die Nummer 5 trägt. Die Drucksteuerung berechnet aus einem ersten Wert 801, der den einzustellenden Druck charakterisiert und aus einem zweiten Wert 802, der einen in der Radbremse vorhandenen, geschätzten oder gemessenen Druck markiert, Steuerzeiten für die Ventile der Radbremsen. Die Steuerzeiten sind hier als Ausgangsgröße 803 dargestellt. Mit 810 ist das Fahrzeug bezeichnet. Damit soll dargestellt werden, daß das Fahrzeug auf die Kräfte reagiert, die durch die in den Radbremsen eingestellten Drücke hervorgerufen werden. Dabei ändern sich auch die Raddrehzahlen ω_i der einzelnen Räder.
Zum Fahrzeug 810 sollen auch Radsensoren gehören, die die Raddrehzahlen der Räder erfassen, so daß die Werte ω_i unmittelbar zur Verfügung stehen.
Zum Fahrzeug 810 gehört auch eine Auswerteeinheit für ω_i, die in der Regel einen Teilbereich eines ABS-Reglers darstellt, welcher unter bestimmten Randbedingungen aus den Raddrehzahlen ω_i der einzelnen Räder eine sogenannte Referenzgeschwindigkeit v_ref, berechnet, die der tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeuges entsprechen soll.
Aus den einzelnen Raddrehzahlen sowie der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit läßt sich für jedes Rad ein Schlupf λi errechnen.
Die Werte ω_i, v_Ref stehen als Ausgangswerte 811 zur Verfügung. Der Schlupf λ_i steht als Wert 812 zur Verfügung.
Das verwendete Rechenmodell wird als Ganzes mit 820 bezeichnet. Es enthält drei Untermodelle, nämlich
ein Hydraulikmodell 821
ein Fahrzeugmodell 822
ein Reifenmodell 823
Das Hydraulikmodell 821 beschreibt in zwei Näherungsformeln den Zusammenhang zwischen Bremsdruck p und den in der Radbremse eingeschlossenen Volumen V sowie die Änderung ΔV des Volumens, wenn das Einlaß- bzw. Auslaßventil für eine gewisse Zeit geöffnet sind. p = a·V + b·V2 F 6.1 ΔV = ± C·tein/aus·√Δp F 6.2
Die Parameter a, b und c sind Größen, die das Bremssystem beschreiben und als Werte in entsprechenden Speicher abgelegt sind. p beschreibt den aktuellen Druck in der Radbremse. V beschreibt das aktuelle Volumen, das in der Radbremse eingeschlossen ist.
Δp wird entweder über das Einlaßventil oder über das Auslaßventil gemessen, wobei bei der Messung über das Einlaßventil die Differenz zwischen einer Druckquelle und p erfaßt wird, während bei der Messung über das Auslaßventil die Differenz zwischen p und dem Druck in einem Reservoir ermittelt wird, der im allgemeinen bei 1 bar liegt und damit vernachlässigt werden kann.
Geht man davon aus, daß zu Beginn einer Regelung der Druck in den Radbremsen sowie das eingeschlossene Volumen zu 0 gesetzt werden, so läßt sich über die Verfolgung der Ventilöffnungszeiten die Volumenänderung und damit die Druckänderung in den einzelnen Radbremsen nachvollziehen.
Allerdings ist klar, daß die angegebenen Formeln die tatsächlichen Verhältnisse nur sehr grob wiedergeben können, so daß eine entsprechende Korrektur notwendig ist. Das Fahrzeug wird im Modell 822 im allgemeinen durch einen starren Körper beschrieben, der in vier Aufstandspunkten (Radaufstandsflächen) auf einer Ebene steht.
Der Schwerpunkt dieses Körpers liegt oberhalb der Ebene.
Der Körper kann sich parallel zur Ebene also in x- und y-Richtung bewegen sowie sich um seinen Schwerpunkt drehen, wobei die Drehachse senkrecht zur Bewegungsebene steht.
Kräfte, die auf den Körper wirken, sind die Bremskräfte in den Radaufstandsflächen sowie Luftwiderstandskräfte.
Die Radlasten F_Z,V und F_z,h berechnen sich aufgrund dieser Überlegungen zu:
Ein solches Modell reicht in der Regel aus, um die gewünschte Druckkorrektur durchführen zu können. Falls notwendig, kann das Modell natürlich verfeinert werden. Für die weitere Berechnung liefert das Modell im wesentlichen die Belastungen F_x der Aufstandsflächen in Abhängigkeit von der Schwerpunktsverzögerung. Das Rad wird als drehbare Scheibe betrachtet, das ein gewisses Trägheitsmoment aufweist. F 6.4
Die Verzögerungsmomente, die auf das Rad wirken, werden linear aus dem Radbremsdruck ermittelt. MBr = CBr·p F 6.5
Im Reifenmodell wird unterstellt, daß die Kraftschlußausnutzung f, nämlich das Verhältnis von Bremskraft zu Radlast, sich linear mit dem Schlupf des Rades ändert. Fx ≈ λ·Fz F 6.6
Die angegebenen Gleichungen ermöglichen es, die Raddrehzahl eines jeden Rades sowie die Referenzgeschwindigkeit des Fahrzeugmodells zu berechnen.
Diese Werte können mit den tatsächlichen Werten 811 verglichen werden. Dies geschieht im Vergleichspunkt 830. Aus der Differenz zwischen der gemessenen und der abgeschätzten Raddrehzahl eines jeden Rades kann unter Berücksichtigung eines Korrekturfaktors k ein zusätzliches Volumen ermittelt werden.
Dieses zusätzliche Druckmittelvolumen ΔV wird zum errechneten Sollvolumen hinzuaddiert und ergibt das neue Sollvolumen, aus dem heraus nach Formel F 6.1 ein Radbremsdruck abgeleitet werden kann, der relativ genau den tatsächlichen Radbremsdruck entspricht.
Die Genauigkeit der Abschätzung hängt natürlich ab vom Korrekturfaktor k, der ggf. durch Versuche vorab ermittelt werden muß.
Dieser Faktor wird von Fahrzeug zu Fahrzeug verschieden sein und unter anderem auch davon abhängen wie, gut das Fahrzeugmodell die tatsächlichen Verhältnisse wiedergibt.
In dem zusätzlichen Volumen kann auch ein Toleranzvolumen enthalten sein, mit dem berücksichtigt werden soll, daß der Volumendurchsatz durch die Ventile nicht proportional zu den Schaltzeiten ist. Beim Öffnen und Schließen eines Ventils erweitert bzw. verengt sich der Öffnungsquerschnitt des Ventils nur langsam, so daß in den Zeitabschnitten, in denen der volle Öffnungsquerschnitt noch auf- bzw. abgebaut wird, nur ein reduziertes Volumen fließt.
7. Substitution eines Gierwinkelgeschwindigkeitsmessers
Für die oben beschriebene Regelung bildet die Gierwinkelgeschwindigkeit eine besonders markante Größe, da sie als Regelgröße dient, deren Abweichung ΔΨ . minimiert werden soll. Es können aber mit Vorteil auch andere Regelgrößen Verwendung finden, wie nachfolgend beschrieben wird. Zur Vereinfachung werden in diesem Abschnitt folgende Bezeichnungen verwendet:
Ψ ._Mess = g_I als gemessener Istwert der Gierwinkelgeschwindigkeit
Ψ .._Mess = ġ_I als gemessener Istwert der Gierwinkelbeschleunigung
d / dtΨ. ._Mess = g .._I als gemessener Istwert der Gierwinkelbeschleunigungsgungsänderung (Gierwinkelruck)
Entsprechendes gilt für die Sollwerte gemäß 9, die jeweils mit dem Index "s" versehen werden.
Die gemessene Gierwinkelgschwindigkeit in 12 wird üblicherweise mittels eines Gierwinkelgeschwindigkeitssensors 321 bestimmt, der das Ausgangssignal g_I abgibt. Derartige bekannte Gierwinkelgeschwindigkeitssensoren mit direkter Abgabe der Gierwinkelgeschwindigkeit sind aber recht komplex aufgebaut und damit sehr teuer. Entsprechendes gilt für den nach geschalteten Vergleicher sowie den zur Regelschaltung gehörenden Regler. Es wird daher angestrebt, hier für Abhilfe zu sorgen und eine einfachere Sensorik sowie einen einfacher aufgebauten Regler vorzustellen.
13 zeigt als Skizze die Wirkungsweise eines neuartigen Sensors 321, der einen ersten Querbeschleunigungsmesser 322 und einen zweiten Querbeschleunigungsmesser 323 besitzt. Die beiden Beschleunigungsmesser 322, 323 sind jeweils auf der Fahrzeuglängsachse über der Vorder- bzw. Hinterachse angeordnet. Prinzipiell können die Querbeschleunigungsmesser an beliebigen Stellen außerhalb des Schwerpunktes SP angeordnet sein, wobei dann eine entsprechende Umrechnung erfolgt.
In 15 ist der viereckige Umriß 324 eines Fahrzeugs mit seinen Reifen 325 und Sensoren angedeutet. Aufgrund dieser Anordnung mißt der vordere Querbeschleunigungsmesser 322 die Querbeschleunigung a_qv in Höhe der Vorderachse 326 und der hintere Querbeschleunigungsmesser 323 die Querbeschleunigung a_qh in Höhe der Hinterachse 327.
Die beiden Querbeschleunigungsmesser sind in der Lage, eine von der Gierwinkelgeschwindigkeit abhängige Größe anzugeben. Aus mathematischen Herleitungen läßt sich zeigen, daß sich aus den Meßergebnissen der Querbeschleunigungsmesser Gierwinkelbeschleunigung und die Querbeschleunigung a_quer des Schwerpunktes SP folgendermaßen ermitteln lassen:
Dabei sind, wie aus 13 ersichtlich, l_v, l_h die Abstände der Querbeschleunigungsmesser 322, 323 von dem Schwerpunkt SP, während v die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist und β der Schwimmwinkel ist. Es läßt sich somit aus den Querbeschleunigungen und den Abständen der Beschleunigungsmesser 322, 323 die Gierwinkelbeschleunigung ġ_I bestimmen. Daher wird vorgeschlagen, die Gierwinkelbeschleunigung ġ_I einzusetzen, anstelle der in den vorherigen Abschnitten vorgeschlagenen Gierwinkelgeschwindigkeit. Oder es ist auch möglich, eine lineare Gewichtung der einzelnen Eingangswerte für den Vergleicher ähnlich der bekannten Zustandsregelung vorzunehmen. Dabei können die Gierwinkelgeschwindigkeit g und der Schwimmwinkel β aus dem Gierwinkeldruck g .. und der Schwimmwinkelgeschwindigkeit β . mittels einer bandbegrenzten Integration oder eines skalierten Tiefpasses erster Ordnung berechnet werden, um aus dem Sensor 321 Größen zu erhalten, die in ihrer Dimension den Ausgangsgrößen des Fahrzeugreferenzmodells 302 entsprechen (Abschnitt 2.3.1).
Dabei gilt für die bandbegrenzte Integration
während man bei der Anwendung eines Tiefpasses zu der folgenden Abhängigkeit kommt
Die Schwimmwinkelgeschwindigkeit erhält man nach der Auswertung der Beziehung aq = ν·(Ψ . + β .) F 7.5
Es zeigt sich somit, daß durch die Verwendung von zwei Querbeschleunigungsmessern zwar ein bekannter Gierwinkelgeschwindigkeitsmesser ersetzt werden kann. Es müssen dabei aber die eben beschriebenen Maßnahmen getroffen werden, um die Gierwinkelbeschleunigung in die Gierwinkelgeschwindigkeit zu transformieren. Nach Bildung von Δg und Δġ kann sich unverändert das Regelgesetz 16 von 1 anschließen. In 14 wird das so errechnete Moment M_G zusätzlich im Regelgesetz 16 durch zeitliche Ableitung in eine Momentenänderung M umgerechnet.
Es ist aber u.U. zweckmäßiger, zu einer nichtlinearen Regelung gemäß 17 überzugehen, bei der die Gierwinkelbeschleunigung ġ sowohl als Ist-Wert als auch Sollwert als Ergebnis aus dem Fahrzeugreferenzmodell 302 dem Vergleicher 303 zugeführt wird. Dazu müssen innerhalb des Fahrzeugreferenzmodells entsprechende Ableitungen gebildet werden.
Als Konsequenz ergibt sich, daß statt der Gierwinkelgeschwindigkeitsdifferenz Δg am Ausgang des Vergleichers 303 die Abweichung der Gierwinkelbeschleunigung Δġ ansteht und als Eingangsgröße dem Regelgesetz 16 zugeht. Weiterhin kann dem Giermomentenregelgesetz 16, wie aus 15 ersichtlich, zur genaueren Bestimmung der Momentenänderung zusätzlich die Schwimmwinkelgeschwindigkeit β . zugeführt werden.
Wie schon zu 14 erwähnt, kann man von einem Zusatzgiermoment M_G als Ausgangssignal des Regelgesetzes 16 abgehen und statt dessen die Momentenänderung Ṁ als Ausgangssignal verwenden. In einer modifizierten Verteilungslogik wird die Momentenänderung Ṁ also die Ableitung des Zusatzgiermomentes M_G, in einzelne Druckänderungen umgesetzt. Das bedeutet, daß die Druckänderungen auf die einzelnen Radbremsen so verteilt werden, daß sich insgesamt das erwünschte Zusatzgiermoment M_G ergibt. Einzelheiten hierzu sind weiter unten in Verbindung mit 16 angegeben.
Es ist zu berücksichtigen, daß möglicherweise gleichzeitig durch eine Bremsbetätigung des Fahrers eine bestimmte Druckverteilung in den Radbremsen vorhanden ist. In diesem Fall ist es günstiger, durch Integration der Momentenänderung Ṁ das Moment M_G zu bestimmen, aus dem sich dann direkt die Druckdifferenzen bestimmen lassen, welche hinsichtlich des schon in jeder einzelnen Radbremse herrschenden Drucks aufgebracht werden müssen. Die vorteilhafte, oben erläuterte Weiterbildung durch Verwendung der Ableitungen der in den Abschnitten 1 bis 3 verwendeten Regelgrößen kann auch mit der Verteilungslogik nach Abschnitt 3 kombiniert werden. Hiermit stehen zwei Regelprinzipen zur Verfügung, von denen das eine ein Zusatzgiermoment M_G und das andere eine Änderung des Zusatzgiermoment Ṁ als Vorgabe liefert. Dabei kann eine Umschaltung zwischen den Prinzipien vorgesehen sein. Eine Umschaltung auf das jeweils andere Regelprinzip muss insbesondere dann erfolgen, wenn die andere Berechnung von Zusatzregelgrößen (Schwimmwinkel etc.) eines Prinzips nicht mit ausreichender Genauigkeit durchgeführt werden kann (s. z.B. Abschnitt 2.1.2). Es ist noch anzumerken, dass dem Regelgesetz 16 nach 15 zusätzlich zu Δġ als Korrekturgröße auch noch Δġ zugeführt werden kann.
Im Regelgesetz 16 nach 15 sind neben anpassenden Verstärkern k1, k2, k3 zwei Schwellenwertschalter S2, S3 gezeigt, die das Regelverhalten innerhalb des Regelgesetzes 16 verbessern und den Einfluss der eingeführten Größen optimal in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit an das ideale Regelverhalten anpassen sollen. Eine vergleichbare Aufgabe haben die Verstärker k1 bis k3. Die einzelnen Werte werden dann in einem Addierer addiert und als Ausgangssignal des GMR-Reglers 10 abgegeben. Allgemeine Erläuterungen zum Regelgesetz, die hier entsprechend gelten, finden sich in Abschnitt 2.4.
Im Zusammenhang mit 1 wurde gezeigt, wie in einer Prioritätsschaltung 3 die Druckvorgaben am Ausgang der Regler 7, 8, 9 mit der Druckvorgabe einer Verteilungslogik 2 verknüpft werden. Die Verwendung von Druckvorgaben setzt eine entsprechende vorherige Umformung in den diese Vorgaben abgebenden Einrichtungen voraus. Durch die nachfolgend beschriebenen Maßnahmen lässt sich der Aufwand für den Informationsaustausch zwischen den Programmmodulen des Regelkreises vereinfachen.
In 16 ist der Regelkreis zur Regelung der Fahrstabilität der 9, 14 nochmals stark vereinfacht gezeigt, wobei die dort eingeführten Bezeichnungen beibehalten werden.
Der GMR-Regler 10 nach 1 ist hier insoweit modifiziert, als am Ausgang die Änderung Ṁ des zusätzlichen Giermomentes M_G vorliegt, der zusammen mit der vom Fahrer gewünschten Druckverteilung an den Bremsen (Bremswunsch) in die Verteilungslogik 2 eingegeben wird. Zur Berechnung von Ṁ sei auf 12 verwiesen.
Die Verteilungslogik 2 weist einen Logikblock 340 und eine Druckgradientenschaltung 341 auf. Die wesentliche Aufgabe des Logikblocks 340 ist es, dafür zu sorgen, daß trotz Eingriff der Fahrstabilitätsregelung das Fahrzeug insgesamt nicht stärker abgebremst wird, als von dem Fahrer durch Vorgabe seines Drucksignals am Eingang der Verteilungslogik 2 gewünscht wird. Damit soll verhindert werden, daß durch die Fahrstabilitätsregelung zusätzlich noch Instabilitäten herbeigeführt werden. Wenn also aufgrund des Bremswunsches des Fahrers ein Bremsdruck an einem Rad vorgesehen ist und andererseits über den FSR-Regler an ein oder zwei Rädern ein Druckaufbau und an den gegenüberliegenden Rädern ein Druckabbau gefordert wird, um das zusätzliche Giermoment zu erreichen, so können hinsichtlich der einzelnen Räder einander widersprechende Forderungen bestehen, nämlich Druckaufbau bei gleichzeitigem Druckabbau. Hinsichtlich anderer Räder kann sich dann die Forderung ergeben, daß der Druck nicht nur aufgrund des Bremswunsches des Fahrers, sondern gleichzeitig auch aufgrund der Stabilitätsregelung aufgebaut werden soll. Der Logikblock sorgt nun dafür, daß zuerst in den entsprechenden Rädern der Bremsdruck erniedrigt wird, während nachfolgend eine Erhöhung des Bremsdruckes über den Fahrerwunsch hinaus bis zu einem bestimmten Grenzwert erfolgen kann. Damit wird sichergestellt, daß die mittlere Bemskraft über alle Räder gesehen, unter Berücksichtigung des durch die FSR-Regelung herbeigeführten zusätzlichen Drehmoments nicht größer wird als von dem Fahrer gewünscht.
Wie schon in Abschnitt 3.2 erläutert wurde, kann eine gezielte Erhöhung des Längsschlupfes λ an einem Rad dazu eingesetzt werden, die Seitenkräfte zu reduzieren, während die Bremskraft in Längsrichtung erhalten bleibt. Auf diese Weise kann also ein Giermoment aufgebracht werden, ohne daß die Fahrzeugverzögerung abnimmt.
In der Druckgradientenschaltung 341 der Verteilungslogik 2 werden die Druckänderungen ΔP_xx an den einzelnen Rädern xx aufgrund vorgegebener Konstanten d_xx und der Momentenänderung Ṁ berechnet, wobei in die Berechnung auch noch die Differenz zwischen dem von dem Fahrer gewünschten Bremsdruck P_Fahrer zu dem tatsächlich gemessenen Bremsdruck P_xxist eingeht. Es gilt somit die Beziehung
wobei gilt
xx ∊ [vr, vl, hr, hl]
und g₁ = Proportionalitätsfaktor
Der tatsächliche Bremsdruck p_xxist wird entweder durch einen Druckmesser an dem betroffenen Rad abgenommen oder über ein Bremsenmodell errechnet, welches den an dem Rad vorgeschriebenen Druckänderungen folgt und somit ein Abbild des gerade am Rad herrschenden Druckes ist (Abschnitt 6). Die errechneten Druckanforderungen werden einer Prioritätsschaltung 3 zugeführt und dort ausgewertet.
Die vorangegangene Beschreibung setzt voraus, dass in der Prioritätsschaltung unmittelbar Druckgradienten verarbeitet wurden. Dies ist aber nicht notwendig. Es ist auch möglich, dass in der Prioritätsschaltung 3 Ventilschaltzeiten Δt verarbeitet werden. In diesem Fall muss allerdings eine Ventilschaltzeitschaltung 343 zwischen die Verteilungslogik 2 und die Prioritätsschaltung 3 geschaltet werden, wobei von den weiteren Reglern 7, 8, 9 dann auch Ventilschaltzeiten Δt abgegeben werden. Die Prioritätsschaltung arbeitet dann die eingegebenen Ventilschaltzeiten Δt nach einem entsprechenden Schema ab.
Ausgangsgrößen der Prioritätsschaltung sind Ventilschaltzeiten. Die Umwandlung der geforderten Druckänderungen Δt_xx der einzelnen Räder xx in Ventilschaltzeiten Δp, geschieht nach der Gleichung sxx = Kr pxxist·Δpxx F 7.7
Dabei ist Kr_xx ein Verstärkungsfaktor, der von dem Ist-Druck der einzelnen Räder abhängt und bei Druckaufbau nach der folgenden Regel
berechnet wird, während für den Druckabbau
gilt. xx ist dabei wieder ein Index, welcher die Lage der einzelnen Räder kennzeichnet.

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Zusatzgiermoments und zum Regeln der Bremskräfte an individuell betätigbaren Bremsvorrichtungen eines Kraftfahrzeuges, wobei in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges und dem vom Fahrer eingestellten Lenkwinkel eine Sollgierwinkelgeschwindigkeit ermittelt und diese mit der tatsächlichen Gierwinkelgeschwindigkeit verglichen wird, wobei aufgrund der Abweichung dieser beiden Werte ein Zusatzgiermoment errechnet wird, das durch eine individuelle Ansteuerung der Bremsvorrichtungen realisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmwinkelgeschwindigkeit
des Fahrzeuges (1) gemessen oder aus zur Verfügung stehenden Größen abgeleitet wird, und dass die so ermittelte Schwimmwinkelgeschwindigkeit
zur Bestimmung eines korrigierten Zusatzgiermomentes (M_G) herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der ermittelten Schwimmwinkelgeschwindigkeit
eine Korrektur der in einem Referenzmodell (12) errechneten Sollgierwinkelgeschwindigkeit (Ψ ._Soll) erfolgt und dass die korrigierte Sollgiergeschwindigkeit der weiteren Berechnung zugrunde gelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der ermittelten Schwimmwinkelgeschwindigkeit
das errechnete Zusatzgiermoment (M_G) korrigiert wird. die so ermittelt
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die Schwimmwinkelgeschwindigkeit
einen Grenzwert (th1) übersteigt, die in einem Referenzmodell (12) errechnete Sollgiergeschwindigkeit (Ψ ._Soll) zur Korrektur um eine additive Konstante (S) ergänzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die additive Konstante (S) in jedem Rechendurchlauf, in der die Schwimmwinkelgeschwindigkeit
über dem genannten Schwellenwert (th1) liegt, vergrößert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrektur der Sollgierwinkelgeschwindigkeit (Ψ ._Soll) nur dann erfolgt, wenn die aufintegrierte Schwimmwinkelgeschwindigkeit (Intg_n
)einen Schwellenwert (β_s) übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das errechnete Zusatzgiermoment (M_G) um eine additive Konstante vergrößert wird, die linear mit der Schwimmwinkelgeschwindigkeit
anwächst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmwinkelgeschwindigkeit
aufgrund von Signalen, die ein Querbeschleunigungssensor (321) liefert, errechnet wird.