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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems
eines Kraftfahrzeugs, das eine elektrisch-regenerative Bremse, insbesondere
einen Generator, und eine Anzahl von Reibbremsen aufweist, wobei
sich die Gesamtverzögerung aus Verzögerungsanteilen
der Reibbremse und der elektrisch-regenerativen Bremse zusammensetzt.
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In
der Regel sind elektrisch-regenerative Bremsen als elektrische Generatoren
ausgebildet. Insbesondere bei Hybridfahrzeugen oder bei rein elektrisch
angetriebenen Fahrzeugen ist für den Antrieb des Fahrzeugs
eine elektrische Maschine vorgesehen, die während bestimmter
Betriebszustände des Fahrzeugs, in denen die elektrische
Maschine nicht als Antrieb benötigt wird, als Generator
zur Energierückgewinnung (Rekuperation) eingesetzt wird. Zweck
einer derartigen elektrisch-regenerativen Bremse bzw. eines Generators
ist es, zumindest einen Teil der beim Bremsen umgesetzten Energie
im Fahrzeug zu speichern. Diese Energie kann dann für den
Antrieb des Fahrzeugs wieder verwendet werden.
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Derzeit
sind verschiedene Betriebskonzepte denkbar, wann die elektrische
Maschine als Generator betrieben wird. So kann dies bereits immer
dann erfolgen, wenn das Fahrpedal gelöst wird, was bedeutet,
dass das erzeugte Schleppmoment erhöht wird. Alternativ
kann in den Rekuperationsbetrieb der elektrischen Maschine auch
erst dann geschaltet werden, wenn ein Bremsvorgang eingeleitet wird,
sei es aufgrund einer Fahrervorgabe oder einer systembedingten Bremsvorgabe,
wie sie bspw. bei Fahrzeugen mit abstandsgeregelten Geschwindigkeitsregelsystemen
angefordert werden.
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Die
zusätzliche Bremswirkung der elektrisch-regenerativen Bremse
und die damit verbundenen zusätzlichen Längskräfte
können sich auf die Fahrdynamik des Fahrzeugs auswirken.
So kann bei pedalverkoppelten Bremssystemen, bei denen der Bremsdruck
in den herkömmlichen Reibbremsen an jedem Rad (das mit
einer Reibbremse ausgestattet ist) nahezu gleich ist und sich demzufolge
eine per Auslegung festgelegte Bremskraftverteilung einstellt, durch
die zusätzliche Bremswirkung der elektrisch-regenerativen
Bremse, die in der Regel nur auf die Antriebsachse wirkt, eine davon
abweichende Bremskraftverteilung auf die einzelnen Achsen auftreten.
Bei Fahrzeugen mit Frontantrieb kann dies zu stärkerem
Untersteuern des Fahrzeugs, und bei Fahrzeugen mit Heckantrieb zu
stärkerem Übersteuern führen. Weiter
kann es augrund der elektrisch-regenerativen Bremse auch dann zu
instabilen Fahrzeugzuständen kommen, wenn die Druckaufbau- oder
Druckabbaudynamik des herkömmlichen Bremsregelsystems der
Reibbremsen nicht genügt, um der Dynamik des Bremsmomentenverlaufs
des Generators zu folgen und diesen auszugleichen, oder wenn die
Dynamik des Generators nicht genügt, um ausreichend schnell
eine Radmomentenreduktion zu erzielen.
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Somit
ist es insbesondere in stabilitätskritischen Situationen
notwendig, die Bremswirkung des Generators oder der Reibbremsen
gezielt abzuschwächen bzw. auf Null zu fahren, damit sich
das Fahrzeug durch geringere Radkräfte wieder stabilisieren
kann.
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So
offenbart die
DE 103
32 207 A1 ein Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems
mit einer Reibungsbremsanlage und einer Rekuperationsbremsanlage
bzw. einer elektrisch-regenerativen Bremsanlage. Dabei wird ausschließlich
die Reibungsbremsanlage zum Abbremsen des Fahrzeugs angesteuert,
wenn eine vorgegebene Abschaltbedingung für die Rekuperationsbremsanlage
erfüllt ist. Eine derartige Abschaltbedingung ist dann
erfüllt, wenn eine die Fahrzeuglängsdynamik beschreibende
Längsdynamikgröße außerhalb
eines zulässigen Bereichs liegt, oder wenn die Raddrehzahldifferenz der
angetriebenen Räder einer Fahrzeugachse größer
als ein Drehzahlschwellwert ist. Bei den die Fahrzeuglängsdynamik
beschreibenden Längsdynamikgrößen kommt
eine, oder eine Verknüpfung von mehreren der folgenden
Größen in Betracht: Fahrzeuglängsgeschwindigkeit,
Fahrzeuglängsverzögerung, eine zeitliche Ableitung
der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und/oder der Fahrzeuglängsverzögerung
und/oder eine mit der Fahrzeuglängsverzögerung
und/oder der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit korrelierte Größe.
Somit kann die Rekuperationsbremsanlage bereits deaktiviert werden,
bevor aufgrund einer fahrdynamischen kritischen Situation eine fahrdynamische
Regelung, wie z. B. eine Schlupfregelung erfolgt.
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Weiter
offenbart die
WO
2005/110827 A1 ein Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems
eines Kraftfahrzeugs, das eine elektrisch-regenerative Bremse, insbesondere
einen Generator, und eine Anzahl von Reibbremsen aufweist, wobei
sich die Gesamtverzögerung aus Verzögerungsanteilen
der Reibbremse und der elektrisch-regenerativen Bremse zusammensetzt,
und wobei das von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachte
Bremsmoment ab einem vorgegebenen Grenzwert reduziert wird, so dass
sich der Bremsmomentanteil der Reibbremsen entsprechend erhöht.
Als Grenzwert wird dabei eine maximale Quer- oder Längsbeschleunigung
des Kraftfahrzeugs gewählt.
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Die
bekannten Verfahren haben alle gemeinsam, dass das von der elektrisch-regenerativen Bremse
aufgebrachte Bremsmoment reduziert wird, wenn ein stabilitätskritischer
Zustand des Fahrzeugs durch Auswertung bestimmter Radbewegungssignale
und/oder Fahrzeug-Stabilitätssignale erkannt oder eine
zukünftiger stabilitätskritischer Zustand des Fahrzeugs
durch Auswertung bestimmter Präventivsignale, also solcher
Signale, anhand derer auf einen zukünftigen stabilitätskritischen
Zustand geschlossen werden kann, vermutet wird.
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Unter
bestimmten Umständen kann es vorkommen, dass bei einer
Reduzierung des von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachten Bremsmoments
aufgrund eines vermuteten zukünftigen stabilitätskritischen
Zustands die Reduzierung des von der elektrisch-regenerativen Bremse
aufgebrachten Bremsmoments zu früh aufgehoben wird, da
die Früherkennung nicht mehr gegeben ist und der stabilitätskritische
Zustand aber noch nicht abgewendet ist bzw. der Zeitpunkt dieses
Zustands noch nicht erreicht ist.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen integrierten Ansatz für
ein Verfahren zur Steuerung eines oben genannten Bremssystems eines
Kraftfahrzeugs anzugeben, bei dem während des Übergangs
von einem vermuteten zukünftigen stabilitätskritischen
Zustand in einen später vorliegenden stabilitätskritischen
Zustand keine Maßnahmen vorgenommen werden, welche die
Gefahr des Erreichens dieses stabilitätskritischen Zustands
fördern.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand
des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind die Gegenstände der abhängigen
Patentansprüche.
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Bei
der Erfindung wurden an das ausführende System folgende
Anforderungen gestellt: Zu einen muss eine nahende Destabilisierung
des Fahrzeugs erkennbar sein, und zum anderen muss diese durch eine
geeignete Begrenzung bzw. Reduktion des Rekuperationsmoments, also
des von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachten Bremsmoments (oder
des Bremsmoments der Reibbremse) abwendbar sein.
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Prinzipiell
wird bei der Erfindung von einem Bremssystem in einem Kraftfahrzeug
ausgegangen, das eine elektrisch-regenerative Bremse, insbesondere
einen Generator, und eine Anzahl von Reibbremsen aufweist, wobei
sich die Gesamtverzögerung aus Verzögerungsanteilen
der Reibbremse und der elektrisch-regenerativen Bremse zusammensetzen
kann. Wie bereits eingangs erwähnt, kann es bei einem Bremsvorgang,
bei dem beide Bremsen-Arten einen Verzögerungsbeitrag leisten,
aufgrund der teilweise verschiedenen Angriffspunkte (Reibbremse: alle
Räder; elektrisch-regenerative Bremse: nur Räder
der Antriebsachse) der beiden Bremsen-Arten zu einem instabilen
Zustand des Fahrzeugs kommen, indem das Fahrzeug – je nachdem,
ob es sich um ein Fahrzeug mit Front- oder Heckantrieb handelt – tendenziell
stärker übersteuert oder untersteuert. Um einen
stabilitätskritischen Zustand im Vorfeld abwenden zu können
bzw. einen derartigen stabilitätskritischen Zustand möglichst
schnell wieder verlassen zu können, wird das von der elektrisch-regenerativen Bremse
(oder das von der Reibbremse) aufgebrachte Bremsmoment reduziert,
wenn ein stabilitätskritischer Zustand des Fahrzeugs erkannt,
oder wenn man von einem nahenden stabilitätskritischen
Zustand ausgehen kann. Im Weiteren wird lediglich von einer Reduzierung
des von der elektrisch-regenerativen Bremse erzeugten Bremsmoments
gesprochen, wobei bei einer entsprechenden Ausgestaltung des Reibbremsensystems
darunter auch eine Reduzierung des von der Reibbremse erzeugten
Bremsmoments zu verstehen ist.
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Die
Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass unter der Voraussetzung,
dass die Reduzierung des von der elektrisch-regenerativen Bremse
(oder der von der Reibbremse) aufgebrachten Bremsmoments aufgrund
des Erkennens bzw. Vermutens eines zukünftigen stabilitätskritischen
Zustands vorgenommen wurde, nach dem Ende des Erkennens des vermuteten
zukünftigen stabilitätskritischen Zustandes die
Reduzierung des von der elektrisch-regenerativen Bremse (oder der
Reibbremse) aufgebrachten Bremsmoments nicht unmittelbar aufgehoben wird.
Vorteilhafterweise wird die Reduzierung des aufgebrachten Bremsmoments
für ein vorgegebenes Zeitintervall aufrechterhalten, oder
solange, bis eine vorgegebene Stabilitätsbedingung erfüllt
ist. Die vorgegebene Stabilitätsbedingung kann dabei derart ausgestaltet
sein, dass zu dem Zeitpunkt, bei dem sich der instabile Zustand
eingestellt haben müsste, ein den stabilitätskritischen
Zustand wiedergebendes Signal keinen stabilitätskritischen
Zustand erkennt.
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Um
unterscheiden zu können, ob ein zukünftiger stabilitätskritischer
Zustand vermutet wird, oder bereits ein stabilitätskritischer
Zustand vorliegt, können die auswertbaren Signale in verschiedene
Gruppen zusammengefasst werden. Die Zuordnung zu den verschiedenen
Gruppen erfolgt aufgrund ihrer zeitlichen Erkennungsreihenfolge.
So werden einer ersten Gruppe diejenigen Signale zugeordnet, anhand
derer bereits sehr früh ein zukünftiger stabilitätskritischer
Zustand vermutet werden kann. Zu diesen Signalen gehören
die sog. Präventivsignale. In einer zweiten Gruppe sind
bspw. die Rad bewegungssignale zusammengefasst. Anhand dieser Signale
kann bereits sehr früh ein Annähern an einen stabilitätskritischen
Zustand erkannt werden, da die Radbewegungssignale die ersten Anzeichen
hierfür aufzeigen. In einer dritten Gruppe sind schließlich alle
auswertbaren Signale und Parameter zusammengefasst, die sich erst
aufgrund des Vorliegens des stabilitätskritischen Zustands
des Fahrzeugs verändern. Diese Signale werden im Folgenden
als Fahrzeug-Stabilitätssignale bezeichnet.
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Vorteilhafterweise
kann das Erkennen eines vermuteten zukünftigen stabilitätskritischen
Zustands somit durch Auswertung zumindest eines vorgegebenen Präventivsignals
vorgenommen werden. Unter einem Präventivsignal sind solche
Signale oder Parameter zu verstehen, die sich bereits vor einer
Destabilisierung des Fahrzeugs derart verändern bzw. verändert
werden, dass daraus eine zukünftige Destabilisierung des
Fahrzeugs zu vermuten ist. Ein solches Präventivsignal
kann somit eine Fahrervorgabe oder ein sich aufgrund einer Fahrervorgabe
einstellender bzw. sich verändernder Fahrparameter, also ein
aktueller Fahrsituationsparameter sein.
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Vorteilhafterweise
kann aufgrund einer Auswertung folgender Präventivsignale
(Fahrervorgaben und/oder aktuelle Fahrzustandsparameter) auf einen zukünftigen
stabilitätskritischen Zustand des Fahrzeugs geschlossen
werden: Lenkwinkelgeschwindigkeit, Lenkwinkel, erzeugter Bremsdruck,
zurückgelegter Bremspedalweg und/oder Fahrpedalwinkel, Lösegradient
des Fahrpedals und/oder Betätigungsgradient des Bremspedals
und/oder die vom Fahrer gewünschte Fahrzeugverzögerung.
Alternativ oder zusätzlich können auch derartige
Präventivsignale ausgewertet werden, die mit der aktuellen
Fahrsituation korrelieren, wie z. B. die Fahrzeug- oder Radgeschwindigkeit,
der Antriebsschlupf, der Fahrbahnreibwert, die Drehzahl und/oder
das Drehmoment der Antriebseinheit, und/oder der Fehlerstatus bzw.
der Aktivierungszustand eines Stabilisierungssystems. Zusätzlich
können bspw. auch Informationen aus vorhandenen Fahrerassistenzsystemen,
wie z. B. einer Kollisionswarnung ausgewertet werden.
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Vorteilhafterweise
kann somit das Zeitintervall in Abhängigkeit von demjenigen
Präventivsignal vorgegeben werden, aufgrund dessen Wert
ein zukünftiger stabilitätskritischer Zustand
des Fahrzeugs vermutet wurde.
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Der
Vorteil der Erfindung wird nochmals anhand eines Beispiels näher
erläutert, wobei die Lenkgeschwindigkeit als Präventivsignal
zum Erkennen eines vermuteten, zukünftigen stabilitätskritischen Zustands
ausgewertet wird. Wird nun bspw. aufgrund einer sehr schnellen Lenkbewegung
ein zukünftiger stabilitätskritischer Zustand
vermutet, wird eine Reduzierung des von der elektrisch-regenerativen Bremse
aufgebrachten Bremsmoments vorgenommen. Würde nun die Reduzierung
des von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachte Bremsmoment
sofort wieder zurückgenommen werden, wenn die ermittelte
Lenkwinkelgeschwindigkeit wieder unterhalb eines kritischen Grenzwertes
liegen würde, wäre dies in jedem Fall zu früh,
da sich ein stabilitätskritischer Zustand in der Regel
erst nach einer schnellen Lenkbewegung einstellt. Durch die Erfindung
wird somit verhindert, dass die Reduzierung des von der elektrisch-regenerativen
Bremse aufgebrachten Bremsmoments zu früh wieder zurückgenommen
wird.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Reduzierung des von der
von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachten Bremsmoments
auch nach dem Ende des Erkennens eines stabilitätskritischen
Zustandes für ein vorgegebenes Zeitintervall aufrechterhalten
bleiben. Dadurch kann verhindert werden, dass das Fahrzeug aufgrund
der Erhöhung dieses Bremsmoments gleich wieder in einen
stabilitätskritischen Zustand gebracht wird.
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Vorteilhafterweise
kann die Erkennung eines stabilitätskritischen Zustands
durch Auswertung zumindest eines Rad bewegungssignal und/oder eines Fahrzeug-Stabilitätssignals
vorgenommen werden. Unter einem Radbewegungssignal sind solche Signale
oder Parameter zu verstehen, die in direktem Zusammenhang mit der
Radbewegung des Fahrzeugs stehen. Anhand dieser Signale kann bereits
in einem frühen Stadium ein stabilitätskritischer
Zustand bzw. ein Annähern an einen stabilitätskritischen
Zustand erkannt werden. Vorteilhafterweise kann aufgrund einer Auswertung folgender
Radbewegungssignale auf einen beginnenden stabilitätskritischen
Zustand des Fahrzeugs geschlossen werden: Radgeschwindigkeit und/oder
Differenz-Radgeschwindigkeit, Radschlupf und/oder Differenz-Radschlupf,
Radbeschleunigung und/oder eine Differenz-Radbeschleunigung, Radaufstandskraft
an einem Rad (z. B in Relation mit einer Kräftebilanz aus Längs-
und Querrichtung) und/oder Radmoment.
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Im
Unterschied dazu sind unter Fahrzeug-Stabilitätssignalen
solche Signale oder Parameter zu verstehen, die direkt in Zusammenhang
mit einem stabilitätskritischen Zustand im Sinne einer Bewegung
des gesamten Fahrzeugs stehen, d. h. durch Auswertung dieser Signale
kann eindeutig festgestellt werden, ob sich das Fahrzeug bereits
in einem instabilen bzw. stabilitätskritischen Zustand befindet.
Folgende Fahrzeug-Stabilitätssignale können ausgewertet
werden: Gierrate des Fahrzeugs, Schwimmwinkel des Fahrzeugs, Schräglaufwinkel der
Räder des Fahrzeugs bzw. das Verhältnis des Schräglaufwinkels
der Räder der Vorderachse zum Schräglaufwinkel
der Räder der Hinterachse und/oder eine Schräglaufsteifigkeit
der Räder des Fahrzeugs oder aus den oben genannten Größen
abgeleitete Signale. Schließlich ist anhand des Statussignals
einer Stabilisierungsfunktion wie ABS oder DSC oder einer Antriebsschlupfregelung
im Sinne einer vorausschauenden Betrachtung eindeutig erkennbar,
ob ein stabilitätskritischer Zustand vorliegt.
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Die
Auswertung der verschiedenen Signale zum Erkennen eines vermuteten
zukünftigen stabilitätskritischen Zustands oder
eines bereits vorliegenden stabilitätskritischen Zustands
kann auf verschiedene Arten vorgenommen werden. In einfachster Form
können die auszuwertenden Signale mit einem fest oder variabel
vorgegebenen Grenzwert verglichen werden. Wird ein entsprechender
Grenzwert überschritten, kann in Abhängigkeit
vom ausgewerteten Signal auf einen stabilitätskritischen
Zustand oder auf einen zukünftigen stabilitätskritischen
Zustand geschlossen werden und entsprechende Gegenmaßnahmen
eingeleitet werden. Als Beispiel für Signale, die durch
einen einfachen Vergleich mit einem Grenzwert ausgewertet werden,
sind die Querbeschleunigung des Fahrzeugs und/oder der vom Fahrer
auf das Bremspedal erzeugte Bremsdruck zu nennen.
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Eine
alternative Auswertung ist durch einen Vergleich des aktuell vorliegenden
Signals bzw. Parameters – bzw. des Wertes des Signals oder
Parameters – mit einem mittels eines Referenzmodells wie
z. B. eines Einspurmodells geschätzten Wert des gleichen
Parameters möglich. Der mittels des Referenzmodells geschätzte
Wert des Parameters bzw. Signals kann in Abhängigkeit von
einem vorliegenden Wert eines Fahrersignals ermittelt werden und gibt
denjenigen Wert des Signals wieder der sich unter der Voraussetzung,
dass ein stabiler Zustand des Fahrzeugs vorliegt, einstellen würde.
In diesem Fall wird von einer modellbasierten Plausibilisierung
des Signals gesprochen. So kann bspw. in Abhängigkeit vom
Lenkwinkel eine für einen stabilen Zustand des Fahrzeugs
geschätzte Gierrate mittels eines Einspurmodells ermittelt
werden. Durch Vergleich der geschätzten Gierrate mit der
tatsächlichen Gierrate kann auf einen stabilitätskritischen
Zustand bzw. auf einen zukünftigen stabilitätskritischen
Zustand geschlossen werden.
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Eine
weitere alternative Auswertung ist durch einen Vergleich einer mittels
eines den Zustand des Fahrzeugs nachgebildeten Zustandsbeobachter
ermittelten Zustandsgröße mit einem Vergleichswert
möglich. Diese Auswertung ist besonders für Signale
bzw. Parameter geeignet, die im Fahrzeug nicht direkt messbar sind
und mittels eines Zustandsbeobachters ermittelt werden können.
Als Beispiel ist der Schwimmwinkel des Fahrzeugs zu nennen.
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Je
nach Art des überwachten Signals können in Abhängigkeit
vom Wert des Signals und/oder vom Verlauf oder der zeitlichen Ableitung
des Signals und/oder in Abhängigkeit von der Differenz
zwischen dem Signal und einem berechneten Vergleichs- bzw. Referenzsignal
und/oder in Abhängigkeit von den entsprechenden Eigenschaften
mehrere Signale unterschiedliche Bewertungen angewendet werden.
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Zum
einen kann bei einer Verletzung eines Kriteriums bzw. bei einer
zugeschlagenen Überwachung eine diskrete Reaktion ausgelöst
werden, wie z. B. eine schnelle Deaktivierung der elektrisch-regenerativen
Bremse bei Aktivierung der ABS-Regelung.
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Zum
anderen kann eine Historienbewertung des Wertes des Signals z. B. über
einen Integrator bzw. asymmetrischen Zähler mit einer entsprechenden
Abschwächung, Ausblendung des von der elektrisch-regenerativen
Bremse aufgebrachten Bremsmoments, oder eine Deaktivierung der elektrisch-regenerativen
Bremse stattfinden.
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Alternativ
oder zusätzlich kann die Abschwächung, Ausblendung
oder Regelung des von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachten
Moments kennlinienbasiert erfolgen.
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Die
genannten Ansätze können jeweils noch, wie oben
vorgeschlagen, um einen definierten zeitlichen Nachlauf ergänzt
werden, um ein zu frühes reaktivieren der Rekuperation
zu vermeiden.
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Wird
ein stabilitätskritischer Zustand erkannt, oder ein zukünftiger
stabilitätskritischer Zustand des Fahrzeugs vermutet, kann
in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das von der elektrisch-regenerativen
Bremse aufgebrachte Bremsmoment auf Null oder einen vorgegebenen
Bremsmoment-Grenzwert reduziert werden. Die Reduzierung kann dabei
kontinuierlich, bspw. durch ein zeitliches Ausblenden des Rekuperationsmoments,
idealerweise gemäß einer vorgegebenen Kennlinie erfolgen. Alternativ
kann das von der elektrisch-regenerativen Bremse erzeugte Bremsmoment
auch auf ein aus Stabilitätssicht verträgliches
Maß geregelt werden.
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Erfindungswesentlich
ist aber, dass bei einem vermuteten zukünftigen stabilitätskritischen
Zustand die eingeleiteten Maßnahmen bzw. Reaktionen nicht
unbedingt sofort dann wieder zurückgenommen werden, wenn
aufgrund des ausgewerteten Signals kein zukünftiger stabilitätskritischer
Zustand mehr vermutet wird. Vielmehr müssen die Maßnahmen
solange aufrechterhalten bleiben, bis festgestellt wird, dass dieser
zukünftige stabilitätskritische Zustand abgewendet
wurde. Dies kann bspw. dadurch festgestellt werden, nach Verletzung
der Überwachung hinsichtlich des Lenkwinkelgradienten die
entsprechenden Maßnahmen solange aufrechterhalten bleiben, bis
die Überwachung vom „Gierratenkriterium" übernommen
werden kann. Dies bedeutet, dass die Reduzierung solange aufrechterhalten
bleibt, bis aus dem Gierratensignal ersichtlich ist, dass der stabilitätskritische
Zustand abgewendet werden konnte.
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Anhand
des nachfolgenden Ausführungsbeispiels wird ein integrativer
Ansatz einer Stabilitätsüberwachung, welche den
Gegenstand der Erfindung beinhaltet, dargestellt. Dabei zeigt die
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1 eine
allgemeine Struktur zur Stabilitätsüberwachung,
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2 eine
detailliertere Darstellung einer Überwachungseinheit gemäß 1,
und
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3a–3c verschiedene Überwachungsmodelle
für die Auswertung der Signale.
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In
der 1 ist eine sehr allgemeine Struktur zur Stabilitätsüberwachung
und zur ggf. notwendigen Stabilisierung eines sich in einem stabilitätskritischen Zustand
befindlichen Fahrzeugs durch Eingriff in die Steuerung oder Regelung
einer elektrisch-regenerativen Bremse dargestellt. Um sowohl einen
zukünftigen stabilitätskritischen Zustand vermuten
zu können, als auch einen bereits vorliegenden stabilitätskritischen
Zustand des Fahrzeugs erkennen zu können, werden eine Vielzahl
von Signalen und Parametern ps, rs und fs ausgewertet. Zu der Gruppe
der Präventivsignale ps gehören diejenigen Signale
und Parameter, anhand derer ein zukünftiger stabilitätskritischer
Zustand vermutet werden kann. Bei den Präventivsignalen
handelt es sich insbesondere um Fahrervorgaben, wie auch Fahrzeugparameter,
die direkt mit den Fahrervorgaben korrelieren. Beispiele sind die
Lenkwinkelgeschwindigkeit, der Lenkwinkel, der Fahrer-Bremsdruck,
der zurückgelegte Bremspedalweg, der zurückgelegte
Fahrpedalweg, der Lösegradient des Fahrpedals, der Betätigungsgradient des
Bremspedals, die vom Fahrer gewünschte Verzögerung,
und ggf. auch die Fahrzeug- und Radgeschwindigkeit, die Querbeschleunigung,
der Antriebsschlupf und die Drehzahl oder das Drehmoment der Antriebseinheit.
Ebenso kann der Fehlerstatus und/oder eine Deaktivierung des Stabilisierungssystems
durch den Fahrer oder ein geschätzter Reibwert hierfür
herangezogen werden. Diese Signale können einzeln oder
in verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten für
die Ermittlung eines vermuteten stabilitätskritischen Zustands
relevant sein.
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Zu
der Gruppe der Radbewegungssignale rs gehören diejenigen
Signale und Parameter, anhand derer bereits sehr frühzeitig
ein stabilitätskritischer Zustand des Fahrzeugs erkannt
werden kann. Da die Bewegung der Räder bzw. das Erreichen
der Kraftschlussgrenze an den Rädern Ursache für
einen stabilitätskritischen Zustand des Fahrzeugs ist,
fallen diese Gruppe Signale und Parameter zu, die direkt mit der
Radbewegung in Zusammenhang stehen oder mit dieser korrelieren,
wie z. B. Radgeschwindigkeit, Delta-Radgeschwindigkeit, Radschlupf,
Delta-Radschlupf, Radbeschleunigung, Delta-Radbeschleunigung, Radkräfte
und/oder Radmomente.
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Zu
der Gruppe der Fahrzeug-Stabilitätssignale fs gehören
diejenigen Signale und Parameter, die in direktem Zusammenhang mit
einem beginnenden bzw. bereits vorhandenen stabilitätskritischen Zustand
des Fahrzeugs stehen, wie z. B. die Gierrate, der Schwimmwinkel,
das Verhältnis des Schräglaufwinkels der Vorderachse
zum Schräglaufwinkel der Hinterachse, die Schräglaufsteifigkeit
der Räder, die charakteristische Geschwindigkeit, die Momentenbilanz
um die Hochachse und der Aktivitätszustand einer Stabilisierungsfunktion.
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Diese
ermittelbaren Signale und Parameter ps, rs und fs werden in einer
Aufbereitungseinheit A eingelesen für ggf. die spätere
Auswertung aufbereitet. Zusätzlich können neben
ermittelten Signalen und Parametern ps, rs, und fs noch Hilfsgrößen
berechnet werden, welche für das Erkennen eines zukünftigen
stabilitätskritischen Zustands oder einen bereits vorhandenen
stabilitätskritischen Zustand des Fahrzeugs benötigt
werden. Nach der Aufbereitung und Ermittlung der Hilfsgrößen
werden die aufbereiteten Signale, Parameter und Hilfsgrößen
ps', rs' und fs' an eine Überwachungseinheit B geleitet. Dort
werden die Signale hinsichtlich eines (zukünftigen) zu
erwartenden stabilitätskritischen Zustand, eines beginnenden
oder eines bereits vorliegenden stabilitätskritischen Zustands überwacht.
Hinsichtlich der Überwachung der oben vorgeschlagenen Signale
und Informationen ps', rs' und fs' sind unterschiedliche Methoden
bzw. Kriterien denkbar. Diese werden später in der 2 näher
erläutert.
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Wird
mittels der Überwachungseinheit B ein zukünftiger
stabilitätskritischer Zustand vermutet oder ein stabilitätskritischer
Zustand erkannt, wird in Abhängigkeit vom auslösendem
Signal oder Parameter ps', rs' oder fs' ein entsprechendes Bewertungs-Signal
ps+, rs+ oder fs+ an eine Maßnahmeneinheit C übermittelt.
Diese generiert in Abhängigkeit vom entsprechenden Bewertungssignal
ps+, rs+ oder fs+ ein Maßnahmensignal m zur Reduzierung des
von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachten Bremsmoments.
Diese Maßnahmensignal m kann derart ausgestaltet sein,
dass eine sofortige Reduzierung des von der elektrisch-regenerativen Bremse
aufgebrachten Bremsmoments auf Null vorgenommen wird. Alternativ
kann auch eine Reduzierung auf einen vorgegebenen Bremsmoment-Grenzwert
vorgenommen werden. Die Reduzierung kann gemäß einer
vorgegebenen Kennlinie vorgenommen werden.
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Wesentlich
ist jedoch, dass unter der Vorraussetzung, dass die Reduzierung
des von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachten Bremsmoments
aufgrund eines vermuteten zukünftigen stabilitätskritischen
Zustands nicht sofort dann aufgehoben wird, wenn kein zukünftigen
stabilitätskritischen Zustand mehr vermutet wird. Vielmehr
wird die Reduzierung solange aufrechterhalten, bis erkennbar ist,
ob der stabilitätskritische Zustand abgewendet werden konnte.
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Die 2 zeigt
nun eine detailliertere Darstellung einer in der 1 beschriebenen Überwachungseinheit
B zum Erkennen eines zukünftigen stabilitätskritischen
Zustands oder eines bereits vorliegenden stabilitätskritischen
Zustands.
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Von
der hier nicht dargestellten Aufbereitungseinheit werden die aufbereiteten
Signale, Parameter und Hilfsgrößen ps', rs' und
fs' an die Überwachungseinheit B gesendet. Bei den Größen
ps', rs' und fs' handelt es sich jeweils um einen Vektor, in dem
die entsprechenden Signale für die Erkennung einen zukünftigen
oder eines bereits vorliegenden stabilitätskritischen Zustand
entsprechend ihres Erkennungszeitpunkts zusammengefasst sind.
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In
der Überwachungseinheit B werden alle (in den jeweiligen
Vektoren ps', rs' und fs' zusammengefassten Signale bzw. Kriterien
parallel und zyklisch in einer dafür vorhandenen Unterüberwachungseinheit Ü1–Ü6
ausgewertet, d. h. die Signale ps1', ps2', rs1', rs2', fs1' und
fs2' werden quasi gleichzeitig ausgewertet. Bei den Signalen ps2',
rs2' und fs2' erfolgt im Anschluss an die Auswertung der jeweiligen
Unterüberwachungseinheit Ü2, Ü4 und Ü6
in einer Nachlaufeinheit T2, T4 und T6 eine derartige individuelle
Anpassung des Ausgangssignals der Überwachungseinheit Ü2, Ü4
und Ü6, dass bspw. ein an das Signal individuell angepasster
Nachlauf des Erkennens eines (zukünftigen) stabilitätskritischen
Zustands erzeugt wird. Dies bedeutet, dass selbst dann, wenn anhand
des aktuell vorliegenden Signalwertes ps2', rs2' oder fs2' kein
stabilitätskritischer Zustand mehr erkannt oder vermutet
wird, ein Signal erzeugt wird, welches die Reduzierung des Rekuperations-Bremsmoments
noch für eine bestimmte Zeit aufrechterhält.
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Jede
Unterüberwachungseinheit Ü1, Ü3 und Ü5,
und jede Nachlaufeinheit T2, t4 und T6 erzeugt einen Faktor zwischen
0 und 1, welcher wiedergibt, ob und wie stark das Rekuperations-Bremsmoment reduziert
werden soll. Diese Einzelfaktoren werden wieder zu Bewertungssignalen
ps+, rs+ bzw. fs+ zusammenfasst und an eine (in der 1)
dargestellte Maßnahmeneinheit gesendet. Dort können
sie verknüpft oder miteinander multipliziert werden. Das
Ergebnis wird mit dem Soll-Rekuperationsmoment (berechnet aus Fahrervorgaben
und Pedalbetätigung) multipliziert und an der elektrisch-regenerativen Bremse
eingestellt.
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Die 3a–3c zeigen
verschiedene alternative Strukturen zur Überwachung verschiedener Signale
hinsichtlich des Erkennens eines zukünftigen stabilitätskritischen
Zustands oder eines bereits vorliegenden stabilitätskritischen
Zustands.
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In
einer ersten Alternative kann ein einfacher Vergleich des Signals
bzw. Parameters ps', rs' und fs' mit einem festen oder variablen
Grenzwert vorgenommen werden. Bspw. kann – wie in 3a dargestellt – der
vom Fahrer aufgebrachte Bremsdruck THz-Druck mit einem festen Brems- Grenzdruck p_max,
und die Fahrzeugquerbeschleunigung ay mit einem von der aktuellen
Geschwindigkeit v abhängigen variablen Beschleunigungs-Grenzwert
ay_max verglichen werden. Wird der jeweilige Grenzwert überschritten,
liegt als p_not_ok oder ay_not_ok vor, wird in Abhängigkeit
vom „zugeschlagenen" Signal bzw. Parameter THz-Druck oder
ay ein zukünftiger stabilitätskritischer Zustand
vermutet, oder ein bereits vorliegender stabilitätskritischer
Zustand des Fahrzeugs erkannt.
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Alternativ
kann eine modellbasierte Plausibilisierung von entsprechenden Signalen
vorgenommen werden. In der 3b ist
eine beispielhafte Plausibilisierung am Beispiel der Gierrate dargestellt. Aus
dem ermitteln Lenkwinkel lw wird mittels eines Einspurmodells EM
eine geschätzte Gierrate g_geschätzt ermittelt
und einer Vergleichseinheit D zugeführt. Gleichzeitig wird
die unter Einfluss der aktuellen Rekuperation Reku auf das Verhalten
des Fahrzeugs auftretende Gierrate g_ist ermittelt und ebenfalls
der Vergleichseinheit D zugeführt. Diese Vergleichseinheit
D ermittelt nun die Differenz d der beiden Gierraten g_geschätzt
und g_ist und sendet den Wert d an die Überwachungseinheit Ü. Überschreitet
der Wert d einen vorgegebenen Grenzwert, liegt ein stabilitätskritischer
Zustand des Fahrzeugs vor. Daraufhin wird durch ein entsprechendes
Signal an die Rekuperationseinheit Reku der Rekuperationsvorgang
abgebrochen bzw. abgeschwächt.
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Eine
dritte Alternative stellt die Überwachung mittels einer
Beobachterstruktur dar, vgl. 3c, wobei
in Abhängigkeit einer Fahrervorgabe fv mittels eines Beobachters
eine interne Zustandsgröße, bspw. der Schwimmwinkel
sw ermittelt und einer Überwachungseinheit Ü zugeführt
wird. Dort wird der ermittelte Schwimmwinkel sw mit einem Schwimmwinkelgrenzwert
verglichen und bei Überschreitung des Grenzwertes ein entsprechendes
Signal an die Rekuperationseinheit Reku zum Abbrechen des Rekuperationsvorgangs
gesendet.
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Die
Funktionsweise der Überwachungseinheiten kann ebenfalls
auf unterschiedliche Weisen ausgeführt sein: Zum einen
kann die im aktuellen Rechenzyklus des Steuergeräts berechnete
Differenz zwischen Soll- und Istwert für die Entscheidung
herangezogen werden. Zum anderen kann ein Integrator oder ein Zähler
vorgesehen werden, der abhängig von der Größe
der Differenz unterschiedlich schnell hoch- bzw. heruntergezählt
wird. Auf diese Weise ist es möglich, sowohl die Spontanität
des Ansprechens des jeweiligen Kriteriums zu beeinflussen, als auch die „Vorgeschichte"
zu berücksichtigen. Weiter kann auch definierter zeitlicher
Nachlauf nach einer wieder als stabil eingestuften Fahrsituation
dargestellt werden.
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Das
vorgestellte Konzept ermöglicht bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb
eine frühzeitige Erkennung einer sich anbahnenden Instabilität
(z. B. Übersteuern bei Fahrzeugen mit Heckantrieb und Untersteuern
bei Fahrzeugen mit Frontantrieb) bedingt durch die zusätzliche
Verzögerungswirkung an der bzw. den angetriebenen Achsen
durch die Bremsenergierückgewinnung (Rekuperation). Die
Vorteile des hier beschriebenen Lösungsansatzes gegenüber
anderen Vorschlägen resultieren aus der Auswertung nicht
nur der im jeweiligen Rechenzyklus aktuellen Signale, sondern auch
deren Vorgeschichte, das Vorsehen eines zeitlichen Nachlaufs und
des so ermöglichten Zusammenwirkens der Einzelkriterien.
Ziel ist, das gewohnt souveräne und stabile Fahrgefühl
zu erhalten oder wiederherzustellen. Idealerweise werden durch rechtzeitige
und ausreichende Abschwächung bzw. Ausblendung des Rekuperationsmoments
zusätzliche stabilisierende Eingriffe durch Regelfunktionen
wie z. B. DSC und ABS vermieden. Die Funktion wird vorteilhafterweise
ohne Verwendung zusätzlicher Sensorik, insbesondere nur
durch geeignete Aufbereitung und Verwertung vorhandener Sensoren und
Signale dargestellt. Das beschriebene Verfahren bildet außerdem
die Basis für eine intelligentere Rekuperations-Strategie
mit einer situationsgerechteren Ausnutzung des Rekuperationspotentials
bei allen Typen von Rekuperations-Bremssystemen.
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Analog
dem hier beschriebenen Verfahren für pedalverkoppelten
Bremssystemen kann bei pedalentkoppelten Systemen anstelle der Reduzierung des
von der elektrisch-regenerativen Bremse aufgebrachten Bremsmoments
auch eine Modulation des von den Reibbremsen an den Antriebsrädern
aufgebrachten Bremsmoments vorgenommen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10332207
A1 [0006]
- - WO 2005/110827 A1 [0007]