DE19938935A1 - Bremssystemsteuerung - Google Patents

Abstract

Ein Bremssystemsteuerverfahren umfaßt die Schritte, daß: DOLLAR A eine maximale Beschleunigung eines Fahrzeuges auf einer Fahrbahn mit hohem Haftwert bestimmt wird (701); eine Beschleunigung des Fahrzeuges gemessen wird (98); ein Verhältnis zwischen der gemessenen Beschleunigung des Fahrzeuges und der Maximalbeschleunigung des Fahrzeuges auf der Fahrbahn mit hohem Haftwert bestimmt wird (712); in Ansprechen auf das Verhältnis ein Signal bestimmt wird, das den augenblicklichen Haftwert anzeigt (714-730); ein Bremsenaktuatorbefehl bestimmt wird, der auf das Signal (122, 138, 142, 146) anspricht, und der Bremsenaktuatorbefehl an einen Bremsenaktuator (154, 158) geliefert wird.

Description

Diese Erfindung betrifft eine Bremssystemsteuerung.

Es sind Autos mit Bremssystemen hergestellt oder vorgeführt worden, die während Stops eine Bremskraft modulieren, um eine Antiblockier- Bremsensteuerung (ABS) zu schaffen, und/oder die während einer Fahr­ zeugbeschleunigung eine Bremskraft modulieren, um eine Traktionssteue­ rung bei positiver Beschleunigung (TCS) zu schaffen. Einige dieser derarti­ gen Bremssysteme weisen zusätzlich eine Bremssteuerung mittels Dräh­ ten auf.

In letzter Zeit sind Fahrzeuge mit Bremssystemen hergestellt worden, die in bestimmten Situationen aktiviert werden, wenn einige oder alle Fahr­ zeugreifen eine übermäßige Querbewegung relativ zu der Fahrbahn erfah­ ren. Die Bremsen werden selektiv gesteuert, um zu versuchen, das Fahr­ zeug auf einen gewünschten Kurs zu bringen und/oder die Querbewegung der Reifen relativ zu der Fahrbahn zu minimieren.

Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Bremssystemsteuerverfahren gemäß Anspruch 1 zu schaffen.

Vorteilhafterweise sieht diese Erfindung ein Bremssystemsteuerverfahren zur aktiven Steuerung der Straßenreaktion eines Kraftfahrzeuges vor.

Vorteilhafterweise sieht diese Erfindung ein Bremssystemsteuerverfahren und eine Vorrichtung vor, die eine Steuerung des Fahrzeugrutschwinkels, der Fahrzeuggierrate und/oder anderer Fahrzeugreaktionen beispielsweise durch selektives Aktivieren der Fahrzeugradbremsen vorsehen können, um einen gewünschten Fahrzeugrutschwinkel, eine gewünschte Gierrate und/oder andere Fahrzeugreaktionen erreichen zu können.

Ein erwünschter Parameter, der für eine Bremssystemsteuerung nützlich ist, ist der Haftwert zwischen der Fahrbahn und den Fahrzeugreifen. Vor­ teilhafterweise berücksichtigt diese Erfindung, daß der Haftwert zwischen der Fahrbahn und den Reifen in den Längs- und Querrichtungen ver­ schieden sein kann. Vorteilhafterweise berücksichtigt diese Erfindung, daß bei Systemen, bei denen eine Gierraten- und Fahrzeugrutsch­ winkelsteuerung erwünscht ist, der Haftwert zwischen der Fahrbahn und den Reifen in der Querrichtung ein nützlicher Parameter ist.

Vorteilhafterweise sieht diese Erfindung ein Bremssystemsteuerverfahren vor, bei dem der Haftwert zwischen der Fahrbahn und den Reifen, wenn das Fahrzeug im nichtlinearen Betrieb ist, d. h. wenn ein Schlupf zwischen den Fahrzeugrädern und der Fahrbahn auftritt, in Ansprechen auf die tat­ sächliche (gemessene) Fahrzeugquerbeschleunigung und die maximale Querbeschleunigung für das Fahrzeug auf einer Fahrbahn mit hohem Haftwert geschätzt wird.

Vorteilhafterweise berücksichtigt diese Erindung, daß während be­ stimmter Betriebszustände ein Verhältnis zwischen den Größen der tat­ sächlichen Beschleunigung und der maximalen Beschleunigung für das Fahrzeug auf einer Fahrbahn mit hohem Haftwert in Beziehung zu dem Haftwert zwischen den Fahrzeugrädern und der Fahrbahn steht, auf der sich das Fahrzeug gegenwärtig befindet.

Vorteilhafterweise berücksichtigt diese Erfindung, daß während kurzer Perioden von Übergangsmanövern die Querbeschleunigung nicht dazu verwendet werden kann, um einen Oberflächenhaftwert zu schätzen, so­ gar, obwohl sich das Fahrzeug in einem nichtlinearen Betriebsbereich be­ finden kann. Daher ist es vorteilhaft, daß die Schätzung des Oberflächen­ haftwertes während der Übergangsmanöver an den vorher geschätzten Werten festhält.

Vorteilhafterweise berücksichtigt diese Erfindung, daß in bestimmten Si­ tuationen, wie beispielsweise dem Fahren auf angeschrägten Straßen oder auf Flächen mit niedrigem Reibungskoeffizienten bei niedrigen Geschwin­ digkeiten, die Fahrzeuggierrate und der Gierratenfehler zusätzlich zu der Querbeschleunigung dazu verwendet werden kann, um zu bestimmen, wenn die Querbeschleunigung den Oberflächenhaftwert anzeigt.

Vorteilhafterweise sieht diese Erfindung gemäß eines bevorzugten Bei­ spiels ein Bremssystemsteuerverfahren vor, das die Schritte umfaßt, daß: eine maximale Querbeschleunigung eines Fahrzeugs auf einer Fahrbahn mit hohem Haftwert bestimmt wird; eine Querbeschleunigung des Fahr­ zeugs gemessen wird; ein Verhältnis zwischen den Größen der gemesse­ nen Beschleunigung des Fahrzeugs und der maximalen Beschleunigung des Fahrzeugs auf einer Fahrbahn mit hohem Haftwert bestimmt wird; in Ansprechen auf das Verhältnis ein Signal bestimmt wird, das den augen­ blicklichen Haftwert anzeigt; ein Bremsenaktuatorbefehl in Ansprechen auf das Signal bestimmt wird; und der Bremsenaktuatorbefehl an einen Bremsenaktuator geliefert wird.

Die vorliegende Erindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:

Fig. 1 ein Beispielschema eines Fahrzeugbremsensteuersystems gemäß dieser Erfindung ist;

Fig. 2 ein Beispieldiagramm der Fahrzeugdynamik gemäß dieser Erindung veranschaulicht;

Fig. 3 eine Beispielsteuerung gemäß dieser Erfindung veran­ schaulicht;

Fig. 4 Beispielschritte zur Schätzung des Oberflächenhaftwertes gemäß dieser Erfindung veranschaulicht;

Fig. 5 eine Beispieleinrichtung zur Überwachung des Fahr­ zeugrutschwinkels gemäß dieser Erfindung veranschau­ licht;

Fig. 6-8 Beispielverstärkungsfunktionen zur Verwendung mit dem unten beschriebenen Beispielsystem veranschaulichen;

Fig. 9-13 Befehlsflußdiagramme von Beispielsteuerfunktionen gemäß dieser Erfindung veranschaulichen;

Fig. 14 ein Beispielfahrzeugreferenzmodell veranschaulicht; und

Fig. 15 ein anderes Beispielfahrzeugreferenzmodell veranschau­ licht.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt das gezeigte Fahrzeug 10 ein steuerbares Bremssystem mit einer Steuerung 68 zur Steuerung der Bremsen 20, 22, 24 und 26 der Fahrzeugräder 12, 14, 16 bzw. 18. Verschiedene Eingänge zu der Steuerung 68 umfassen die Radgeschwindigkeitssignale auf Lei­ tungen 36, 38, 40 und 42 von Radgeschwindigkeitssensoren 28, 30, 32 und 34, das Bremspedalschaltsignal auf Leitung 84 von dem Bremspedal­ schalter 82, das Bremspedalsignal für ausgestreckten Weg auf Leitung 83 von dem Pedalwegsensor 85 (optional), das Steuerradwinkelsignal auf Leitung 62 von dem Sensor 61, das den Winkel des Steuerrades 60 angibt, das Gierratensignal auf Leitung 81 von dem Gierratensensor 80, das Hauptzylinderdrucksignal auf Leitung 96 von dem Hauptzylinderdruck­ sensor 94 (optional), das Querbeschleunigungssignal auf Leitung 99 von einer Querbeschleunigungsmeßeinrichturig 98 und ein Hinterradsteuer­ winkelsignal von einem rückwärtigen Steuerwinkelsensor (nicht gezeigt) oder einen Steuerbefehl für den rückwärtigen Aktuator oder ist als eine bekannte Funktion des Signales auf Leitung 62 bestimmt, wenn eine Vier­ radsteuerung an dem Fahrzeug ausgeführt ist.

Jeder der Sensoren 28, 30, 32, 34, 61, 80, 82, 85, 98 und 99 ist auf eine in der Technik bekannten Art und Weise ausgeführt. Der Bremspedal­ wegsensor 85 ist ein an dem Pedal befestigter Schalter, der ein Ausgangs­ signal vorsieht, wenn das Pedal um einen Ausstreckbetrag gedrückt wor­ den ist, der eine "Voll"-Bremsung durch den Fahrer angibt.

Bei einem Beispiel kann der Steuerradstellungssensor 61 ein Digitalsensor sein, der Ausgangssignale schafft, die ein digitales Stellungssignal in der Steuerung 68 mit jedem Grad oder Teilgrad der Bewegung des Steuerra­ des 60 in einer Richtung verstärken und das digitale Stellungssignal mit jedem Grad oder Teilgrad der Bewegung in der entgegengesetzten Rich­ tung vermindern. Der Steuerradsensor 61 kann auch einen analogen Sen­ sorstellungsausgang (d. h. von einer Drehwiderstandsvorrichtung eines bekannten Typs) umfassen, der eine angenäherte Steuerradstellungsin­ formation vorsieht. Der Analogausgang kann beispielsweise dazu verwen­ det werden, um zu bestimmen, ob das Steuerrad bei einem Start des Fahrzeugs weniger als eine voreingestellte Grenze, d. h. 90°, gedreht ist. Ein Verfahren zur Bestimmung der Zentralposition des Steuerradstel­ lungssensors ist in der anhängigen US-Patentanmeldung Serien-Nr. 08/664,321 offenbart, die auf den Anmelder dieser Erfindung übertragen wurde.

In Ansprechen auf die verschiedenen Eingänge steuert die Steuerung die Bremsung jedes Rades im Antiblockierbremsmodus während bestimmter Bremsmanöver und im Traktionssteuermodus während bestimmter Fahr­ zeugbeschleunigungsmanöver, um die Traktionskraft der Antriebsräder auf der Fahrbahn beizubehalten. Die Antiblockierbremssteuerung und die Traktionssteuerung für positive Beschleunigung sind, außer wie hier mo­ difiziert ist, auf eine bekannte Art und Weise ausgeführt.

Die Steuerung 68 steuert auch aktiv die Radbremsen 20, 22 (in einem Zweikanalsystem) oder 20, 22, 24 und 26 (in einem Vierkanalsystem) in Ansprechen auf die tatsächliche Fahrzeuggierrate und die tatsächliche Fahrzeugquerbeschleunigung, wie sie durch die Sensoren 80 bzw. 98 ge­ messen wird, um die Differenz zwischen der tatsächlichen Fahrzeuggier­ rate und einer erwünschten Fahrzeuggierrate zu minimieren und die Dif­ ferenz zwischen dem tatsächlichen Fahrzeugrutschwinkel und dem er­ wünschten Fahrzeugrutschwinkel zu minimieren. Da die Basisbrems-, Antiblockierbrems- und Traktionssteuerfunktionen Fachleuten bekannt sind, werden sie hier nur allgemein beschrieben.

Wenn sich das Fahrzeug in einem Bremsmanöver befindet, überwacht die Steuerung die Radgeschwindigkeitssignale von den Sensoren 28, 30, 32 und 34 und bestimmt, wenn sich eines oder mehrere der Räder in oder annähernd in einem beginnenden Blockierzustand befindet, wobei in die­ sem Fall der Antiblockierbremssteuermodus für das eine oder die mehre­ ren Räder aktiviert wird. In dem Antiblockierbremssteuermodus bestimmt die Steuerung 68 Befehle und gibt diese an die Aktuatoren 52, 54, 56 und 58 entsprechend den Rädern in dem Antiblockierbremsmodus aus, um die Bremskraft zu den Rädern zu modulieren. Durch die Steuerung der Ak­ tuatoren 52, 54, 56 und 58 verhindert die Steuerung, daß die Räder in ei­ nen Blockierzustand kommen können, während eine wirksame Brems­ steuerung und Steuerbarkeit auf eine Art und Weise erreicht wird, die in der Technik der Antiblockierbremssteuerung bekannt ist.

Wenn sich das Fahrzeug nicht in einem Bremsmanöver befindet, aber in­ folge einer Ausgangsantriebskraft von der Fahrzeughauptantriebseinheit, d. h. dem Verbrennungsmotor oder Elektromotor, beschleunigt wird, überwacht die Steuerung 68 die durch die Sensoren 28, 30, 32 und 34 erfaßten Radgeschwindigkeiten, um zu bestimmen, ob die Räder, welche die Antriebskraft auf die Fahrbahn übertragen, rutschen oder anfangen zu rutschen. Bei derartigen Radzuständen sendet die Steuerung 68 Befehle an die Aktuatoren 52-58 entsprechend den Rädern, die rutschen oder be­ ginnen zu rutschen, um zur Verminderung des Rutschens eine Brems­ kraft für die Räder vorzusehen. Eine derartige Steuerung ist typischerwei­ se in Verbindung mit einer parallelen Steuerung in dem Motor oder der Motor- (und/oder der Getriebe)-Steuerung ausgeführt, um den Antriebs­ kraftausgang zeitweilig zu vermindern, bis die Traktion zwischen Rad und Straße wiederhergestellt ist.

Bei einem Beispiel sind die Bremsenaktuatoren 52-58 als in der Technik bekannte Aktuatoren mit hin- und herbewegbarem Kolben ausgeführt. Derartige Aktuatoren umfassen typischerweise einen DC-Motor, der die Stellung eines hin- und herbewegbaren Kolbens durch einen Wandler von Dreh- zu Linearbewegung steuert, um den Hydraulikdruck in den Rad­ bremsen zu erhöhen und/oder zu vermindern. Bei einem anderen Beispiel sind die Bremsenaktuatoren 52-58 als Solenoidventile ausgeführt, um die Bremsen 20-26 selektiv mit einer Quelle von unter Druck gesetztem Hy­ draulikfluid zu koppeln und somit den Bremsdruck zu erhöhen, und um die Bremsen 20-26 selektiv mit einem Bremsfluidreservoir zu koppeln, um den Bremsdruck zu vermindern. Die Ausführung derartiger Solenoidven­ tile ist in der Technik bekannt. Bei einem noch anderen Beispiel können die hinteren Bremsen und/oder die vorderen Bremsen durch einen Elek­ tromotor angetriebene Bremsen sein, wobei in diesem Fall die Aktuator- und Bremsfunktionen durch die gleiche Einheit ausgeführt werden. Ein Beispiel eines Bremssystems, das vordere Hydraulikbremsen und rück­ wärtige elektrische Bremsen umfaßt, bei dem alle vier Bremsen in einem Bremsverfahren mittels Drähten gesteuert werden, ist in dem US-Patent Nr. 5,366,291 ausgeführt, das auf den Anmelder dieser Erfindung über­ tragen wurde.

Das hier beschriebene Beispielsystem führt eine Aktivbremsensteuerung der beiden Radbremsen 20 und 22 oder der vier Radbremsen 20, 22, 24 und 26 in Ansprechen auf das Steuerradwinkelsignal auf Leitung 62, das Gierratensignal auf Leitung 81, die Fahrzeuggeschwindigkeit, wie sie in Ansprechen auf die Signale von den vier Radgeschwindigkeitssensoren be­ rechnet wird, das Querbeschleunigungssignal auf Leitung 99 und entwe­ der den Bremspedalsensor 85 für ausgestreckten Weg oder den Hauptzy­ linderdrucksensor 94 aus. Unter Verwendung dieser Signale bestimmt die Steuerung 68 eine erwünschte Fahrzeuggierrate und vergleicht diese ge­ wünschte Gierrate mit der tatsächlichen Gierrate, die durch den Sensor 80 erfaßt wird. Die Steuerung 68 bestimmt auch einen erwünschten Fahr­ zeugrutschwinkel (unten definiert) und vergleicht diesen erwünschten Fahrzeugrutschwinkel mit dem tatsächlichen Fahrzeugrutschwinkel, wie er durch eine Schätzeinrichtung oder Beobachtungseinrichtung in der Steuerung bestimmt wird. Wenn sich die Gierrate des Fahrzeugs von der erwünschten Gierrate um mehr als eine Gierratenschwelle unterscheidet, die dynamisch bestimmt wird, oder wenn ein erwünschtes Korrekturgier­ moment, das in Ansprechen auf den Gierratenfehler und den Rutschwin­ kelfehler bestimmt wird, größer als eine Giermomentschwelle ist, be­ stimmt die Steuerung 68 Befehle und gibt diese an die Aktuatoren 52, 54, 56 und 58 aus, um die Fahrzeugradbremsen 20, 22, 24 und/oder 26 zu steuern und somit die Fahrzeuggierrate und den Fahrzeugrutschwinkel in Übereinstimmung mit der erwünschten Gierrate und dem erwünschten Rutschwinkel zu bringen. Bei einem Zweikanalsystem werden nur die Bremsen 20 und 22 über Aktuatoren 52 bzw. 54 gesteuert.

Zur Ausführung dieser Aufgaben umfaßt die Steuerung 68 typischerweise einen Mikroprozessor, einen ROM und RAM und geeignete Eingangs- und Ausgangsschaltungen eines bekannten Typs zur Aufnahme der verschie­ denen Eingangssignale und zur Ausgabe der verschiedenen Steuerbefehle an die Aktuatoren 52, 54, 56 und 58.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, veranschaulicht das schematische Diagramm die Konzepte der Rutschwinkel- und Gierratensteuerung. Das Fahrzeug 10 besitzt eine Längsachse 201, die in einer Richtung orientiert ist, die als die x-Richtung oder die Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs bezeichnet ist. Der durch Bezugszeichen 204 bezeichnete Vektor veranschaulicht eine bei­ spielsgemäße Geschwindigkeit des Schwerpunkts des Fahrzeugs, die eine Richtung aufweist, die unter einem Winkel β, der durch Bezugszeichen 202 bezeichnet ist, von der x-Achse oder Längsachse 201 des Fahrzeugs orientiert ist. Der Vektor 204 besitzt eine Längsgeschwindigkeitskompo­ nente 208 (in der x-Achse) und eine Quergeschwindigkeitskomponente 206, die parallel zu der Richtung ist, die hier als y-Achse bezeichnet ist. Das Bezugszeichen 200 bezeichnet den Schwerpunkt des Fahrzeugs.

Während der Fahrzeugmanövriervorgänge treten im allgemeinen zwei Ty­ pen von Fahrzeugverhalten auf. Das erste ist ein Linearverhalten, wäh­ rend dem die Gierrate und der Rutschwinkel des Fahrzeugs in fester Be­ ziehung zu dem Steuerradwinkel und der Fahrzeugvorwärtsgeschwindig­ keit stehen. Ein nichtlinearer Betrieb des Fahrzeugs ist durch eine signifi­ kante Querbewegung von zumindest einigen der Fahrzeugrädern in bezug auf die Fahrbahn gekennzeichnet. Während des nichtlinearen Betriebes weichen die Gierrate 210 und der Rutschwinkel 202 des Fahrzeugs von den feststehenden Beziehungen zu dem Steuerradwinkel und der Fahr­ zeugvorwärtsgeschwindigkeit ab, die für den Linearbetrieb charakteri­ stisch sind.

Dieses Beispiel dieser Erfindung vermindert vorteilhafterweise die Abwei­ chung der Gierrate 210 und des Rutschwinkels 202 des Fahrzeugs von den erwünschten Gierraten und Rutschwinkeln während vieler nichtlinea­ rer Betriebszustände des Fahrzeugs. Die Steuerung der Fahrzeuggierrate und des Fahrzeugrutschwinkels wird durch die selektive Anwendung von Bremskräften an die Fahrzeugräder 12, 14 (in einem Zweikanalsystem) oder 12, 14, 16 und 18 (in dem Vierkanalsystem) erreicht, um Giermo­ mente an dem Fahrzeug 10 zu bewirken, die der durch das Fahrzeug 10 detektierten unerwünschten Gierbewegung entgegenwirken. Diese Brems­ kräfte sind graphisch durch die Bezugszeichen 212 veranschaulicht. Zu­ sätzlich kann während Bremsmanövern ein Giermoment durch Verminde­ rung von Bremskräften an gewählten Rädern eingeführt werden, während die Bremskräfte der anderen Räder beibehalten oder erhöht werden. Ver­ minderungen der Bremskräfte sind durch Bezugszeichen 214 dargestellt. Somit ist es auf die selektive Steigerung und/oder Verminderung von Bremskräften an den Fahrzeugrädern 12, 14 (Zweikanalsystem) oder 12, 14, 16 und 18 (Vierkanalsystem) zurückzuführen, daß Giermomente an dem Fahrzeug 10 bewirkt werden, um die jeweiligen Differenzen zwischen den erwünschten und tatsächlichen Gierraten und zwischen den er­ wünschten und tatsächlichen Rutschwinkeln zu minimieren.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, umfaßt die gezeigte Beispielsteuerung ein Fahr­ zeugreferenzmodell 102, einen Block 104, der das Fahrzeug darstellt, Schätzeinrichtungen 120 und 122 zur Schätzung des tatsächlichen Ober­ flächenhaftwertes bzw. Fahrzeugrutschwinkels, Gierbefehl- und Rutsch­ befehlsteuerblöcke 138, 142, einen Ausgangsbefehlsblock 154 und Brem­ senaktuatoren und Radbremsen, die durch Blöcke 132 bzw. 128 darge­ stellt sind.

In den folgenden Abschnitten stellen Zeitwerte, die mit einem (k) bezeich­ net sind, augenblickliche Steuerkreiswerte dar, und Zeitwerte, die mit (k-­ n) bezeichnet sind, stellen die n jüngsten Steuerkreiswerte auf eine her­ kömmliche Art und Weise dar. Wenn Zeitwertbezeichnungen, d. h. (k), von den Gleichungen weggelassen sind, wird angenommen, daß die Zeitwert­ bezeichnung (k) ist, sofern es nicht anders angegeben ist.

Das Fahrzeugreferenzmodell empfängt Eingaben von den Leitungen 112, 62 und 121, welche die Fahrzeugvorwärtsgeschwindigkeit, den Steuer­ radwinkel und den geschätzten Oberflächenhaftwert darstellen. Das Fahr­ zeugreferenzmodell verwendet die Eingänge, um den erwünschten Fahr­ zeugrutschwinkel, die erwünschte Fahrzeugquergeschwindigkeit und er­ wünschte Fahrzeuggierrate gemäß den folgenden Gleichungen zu berech­ nen:

v_yd(k) = (1 + a₁₁.Δt).v_yd(k-1) + a₁₂.Δt.Ω_du(k-1) + b₁.Δt.δ(k-1),
Ω_du(k) = a₂₁.Δt.v_yd(k-1) + (1 + a₂₂.Δt).Ω_du(k-1) + b₂.Δt.δ(k-1),
und
β_du = Arctan(v_yd/v_x)

wobei Δt die Abtastperiode (Steuerkreiszeit) ist, und

a₁₁ = -(c_f + c_r)/(M.v_x), a₁₂ = (-c_r.a + c_r.b)/(M.v_x)-v_x,
a₂₁ = (c_f.a + c_r.b)/(I_zz.v_x), a₂₂ = -(c_f.a² + c_r.b²)/(I_zz.v_x),
b₁ = c_f/M und b₂ = a.c_f/I_zz,

wobei δ der Steuerwinkel der Vorderräder ist, M die Gesamtmasse des Fahrzeugs ist, I_zz das Trägheitsmoment des Fahrzeugs um die Gierachse (die durch den Schwerpunkt verläuft) ist, a und b Abstände von dem Schwerpunkt des Fahrzeuges zu den vorderen und rückwärtigen Achsen sind, c_f und c_r Aussteifungskoeffizienten für Kurvenfahrt von beiden Rei­ fen der Vorder- bzw. Hinterachsen sind, v_x die Vorwärtsgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist, v_yd(k) die erwünschte Quergeschwindigkeit des Fahr­ zeugs zum Zeitpunkt k ist, Ω_du(k) die erwünschte Gierrate (nicht be­ grenzt) des Fahrzeugs zum Zeitpunkt k ist und β_du der nicht begrenzte er­ wünschte Rutschwinkel des Fahrzeugs ist.

Wenn eine Vierradsteuerung an dem Fahrzeug ausgeführt ist, dann be­ stimmt das Referenzmodell die erwünschte Fahrzeugquergeschwindigkeit und erwünschte Fahrzeuggierrate gemäß den folgenden Gleichungen:

v_yd(k) = (1 + a₁₁.Δt).v_yd(k-1) + a₁₂.Δt.Ω_du(k-1) + b₁.Δt.δ(k-1) + c₁.δ_r,
Ω_du(k) = a₂₁.Δt.v_yd(k-1) + (1 + a₂₂.Δt).Ω_du(k-1) + b₂.Δt.δ(k-1) + c₂.δ_r,

wobei δ_r der Steuerwinkel der Hinterräder ist, der durch das Signal auf Leitung 63 vorgesehen wird, und wobei c₁ und c₂ bestimmt werden ge­ mäß:

c₁ = c_r/M und c₂ = -b.c_r/I_zz.

Es sei angemerkt, daß das obige Fahrzeugmodell ein bevorzugtes Beispiel ist und andere Fahrzeugmodelle als Alternativen zur Bestimmung der er­ wünschten Fahrzeuggierrate und Rutschwinkel verwendet werden kön­ nen.

Das Referenzmodell 102 begrenzt dann die erwünschten Werte des Rutschwinkels und der Gierrate, wobei der maximale Wert des erwünsch­ ten Rutschwinkels in Ansprechen auf den geschätzten Oberflächenhaft­ wert µ_e bestimmt wird, der an Block 120 bestimmt wird und auf Leitung 121 ausgegeben wird. Typischerweise liegen Oberflächenhaftwerte von Straße zu Reifen im Bereich von 0,2 bis 1,0; wobei 0,2 Eis und 1,0 trocke­ nen Belag darstellt. Der maximale erwünschte Rutschwinkel wird durch den Fahrzeugkonstrukteur vorbestimmt und kann von Fahrzeugtyp zu Fahrzeugtyp variieren. Bei einem Beispiel beträgt der maximale er­ wünschte Rutschwinkel auf Eis 4° des Rutschwinkels und auf einer troc­ kenen Fläche 10°. Unter Annahme dieser Parameter wird dann der maxi­ male erwünschte Rutschwinkel β_max wie folgt bestimmt:

und

Der Zustand β_du.δ ≧ 0,005 kann durch den Zustand v_x < [c_r.b.(a + b)/(M.a)]^1/2 ersetzt werden, da, wenn auf diesen Zustand gestoßen wird, die Vorzeichen von β_du und δ gleich sind. Sobald β_max bestimmt ist, wird der erwünschte Rutschwinkel gemäß der folgenden Gleichung begrenzt:

Gemäß der obigen Gleichungen ist β_d nicht begrenzt, wenn die Vorzeichen des Rutschwinkels und Steuerwinkels gleich oder äquivalent sind, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb des oben definierten Wertes liegt.

Die erwünschte Gierrate Ω_d wird als Ω_du begrenzt auf plus und minus ei­ nen vorbestimmten Parametersatz, beispielsweise gleich 0,2 oder 0,3 Ra­ diant pro Sekunde oberhalb der maximalen Gierrate bestimmt, die von dem Fahrzeug auf einer trockenen Oberfläche (mit hohem Haftwert) aus­ gehalten werden kann. Die Grenze der erwünschten Gierrate kann ge­ schwindigkeitsabhängig sein (beispielsweise kann die maximale Größe für Ω_d auf a_ymax/v_x + 0,3 begrenzt sein).

Die erwünschte Querbeschleunigung a_yd ist bestimmt als

a_yd = v_yd' + v_x.Ω_du,

wobei v_yd' die Zeitableitung von vyd ist und berechnet werden kann als:

a₁₁.v_yd + a₁₂.Ω_du + b₁.δ

oder als

(v_yd(k)-v_yd(k-1)/Δt.

Wenn das Fahrzeug eine Vierradsteuerung aufweist, dann wird v_yd' be­ stimmt als

a₁₁.v_yd + a₁₂.Ω_du + b₁.δ + c₁.δ_r.

Das Referenzmodell 102 gibt den erwünschten Rutschwinkel β_d auf Lei­ tung 106, die erwünschte Gierrate Ω_d auf Leitung 108 und die erwünschte Querbeschleunigung a_yd auf Leitung 110 aus.

Die erwünschte Querbeschleunigung auf Leitung 110 und die tatsächliche Fahrzeugquerbeschleunigung auf Leitung 99 werden zusammen mit der gemessenen Fahrzeuggierrate Ω_a auf Leitung 81, der erwünschten Gierrate Ω_d, dem Steuerwinkel δ und der Fahrzeuggeschwindigkeit v_x an Block 120 geliefert. Der Block 120 verwendet die tatsächlichen und erwünschten Querbeschleunigungen und die tatsächlichen und erwünschten Fahrzeug­ gierraten, um einen Haftwert zwischen der Fahrbahn und dem Fahrzeu­ greifen zu schätzen.

Bevor die gemessene Querbeschleunigung in dem Algorithmus verwendet wird, wird sie mit einem Rollfaktor r_fac multipliziert, um die Wirkung des Fahrzeugrollens während der Kurvenmanöver auf die gemessene Querbe­ schleunigung zu vermindern. Der Rollfaktor kann berechnet werden als:

r_fac = 1/(1 + M.g.h/ϕ),

wobei h die Höhe des Schwerpunktes des Fahrzeugs ist und ϕ die Gesamt­ rollsteifigkeit der Fahrzeugaufhängung ist. Für eine typische Limousine ist r_fac ≈ 0,9. Von diesem Standpunkt aus bezeichnet der Begriff gemessene Querbeschleunigung a_y eine Querbeschleunigung, die durch den Sensor 98 gemessen wird, mit r_fac multipliziert wird und durch einen Tiefpaßfilter, beispielsweise einen Butterworth-Filter zweiter Ordnung mit einer Grenze bei 40 rad/s, gefiltert wird, um ein Rauschen von dem Sensorsignal zu vermindern.

Der Haftwert wird gemäß der Grundvoraussetzung geschätzt, daß die Schätzung nur aus dem dynamischen Ansprechen des Fahrzeugs abge­ leitet werden kann, wenn das Fahrzeug nahe der Haftgrenze ist, d. h. in dem nichtlinearen Bereich des Gebrauchsverhaltens. In dem Linearbe­ reich wird angenommen, daß der Oberflächenhaftwert bei einem Grund­ wert von 1 liegt. Es kann auch angenommen werden, daß es, da das Fahr­ zeugansprechen in der Gierebene hauptsächlich durch Querkräfte be­ stimmt wird, ausreichend ist, den Haftwert in der Querrichtung zu schät­ zen.

Gemäß dem Beispiel dieser Erfindung kann, wenn das Fahrzeug an oder nahe der Haftgrenze arbeitet, der Oberflächenhaftwert in der Querrichtung annähernd dadurch erhalten werden, daß das Verhältnis der Größen der gemessenen Querbeschleunigung und der maximalen Querbeschleuni­ gung berechnet wird, die das Fahrzeug auf einer trockenen Oberfläche erfahren kann. Ob die Haftgrenze erreicht wird oder nicht, kann durch Vergleich der erwünschten und gemessenen Querbeschleunigung ent­ schieden werden. Wenn die Größe der erwünschten Querbeschleunigung um eine bestimmte Schwelle größer als die Größe der gemessenen Quer­ beschleunigung ist, hat dies zur Folge, daß das Fahrzeug die erwünschte Beschleunigung nicht erzeugen kann, und es wird daraus geschlossen, daß es sich an der Haftgrenze befindet, und die Schätzung des Haftwertes kann aus

µ = |a_y|/|a_ymax|
erhalten werden.

Es bestehen verschiedene Ausnahmen von der obigen allgemeinen Regel. Erstens kann, wenn sich das Fahrzeug in einem Übergangsmanöver be­ findet, bei dem die Querbeschleunigung die Vorzeichen ändert und not­ wendigerweise durch Null verläuft, die Querbeschleunigung nicht dazu verwendet werden, den Oberflächenhaftwert zu berechnen, da beispiels­ weise die Querkräfte nicht vollständig entwickelt sein können oder an den Vorder- und Hinterrädern in entgegengesetzten Richtungen vorliegen kön­ nen. Somit bleibt während derartiger Manöver der geschätzte Haftwert an dem vorher geschätzten Wert, bis das Fahrzeug in den linearen Betriebs­ bereich zurückkehrt oder bis die Querkräfte und die Querbeschleunigung vollständig auf das Niveau aufgebaut sind, das durch die Oberfläche zu­ gelassen wird, wobei an diesem Punkt die Querbeschleunigung wieder den Oberflächenhaftwert angibt.

Eine zweite Ausnahme ist, daß das Fahrzeug bei schlüpfrigen Oberflächen mit niedrigen Geschwindigkeiten die Haftgrenze erreichen kann, bevor sich ein ausreichend großer Querbeschleunigungsfehler, d. h. die Differenz zwischen der erwünschten und gemessenen Querbeschleunigung, entwic­ keln kann. In dieser Situation wird der Gierratenfehler zusätzlich zu dem Querbeschleunigungsfehler dazu verwendet, die Berechnungen des Ober­ flächenhaftwertes durch die Querbeschleunigung auszulösen.

Eine dritte Ausnahme ist, daß auf angeschrägten Straßen eine Diskrepanz zwischen der gemessenen und erwünschten Querbeschleunigung entste­ hen kann, sogar, wenn sich das Fahrzeug in dem linearen Betriebsbereich befindet, da die Schwerkraft den Ausgang des Querbeschleunigungssen­ sors beeinflußt. Um die Diskrepanz zu kompensieren, wird der Gierraten­ fehler, der gegenüber dem Straßenschrägwinkel relativ unempfindlich ist, so überwacht, daß sowohl der Gierratenfehler als auch der Querbeschleu­ nigungsfehler oberhalb jeweiliger Schwellen liegen muß, bevor ein neuer Oberflächenhaftwert berechnet wird.

Wenn während eines Zeitpunktes, wenn an der vorherigen Schätzung festgehalten wird, die Größe der gemessenen Querbeschleunigung die ma­ ximale Querbeschleunigung um einen vorbestimmten Prozentsatz über­ schreitet, den die jüngste Schätzung des Oberflächenhaftwertes zulassen würde, wird eine neue Schätzung des Oberflächenhaftwertes aus der ge­ messenen Querbeschleunigung berechnet.

Eine Korrekturfunktion wird in die Schätzung eingebaut, um widerzuspie­ geln, daß auf Oberflächen mit niedrigem Haftwert die maximale Querbe­ schleunigung größer als der Haftwert multipliziert mit der maximalen Querbeschleunigung auf einer trockenen Oberfläche sein kann, da die Querlastübertragung, die dazu neigt, die maximale Querbeschleunigung zu vermindern, auf schlüpfrigen Oberflächen weniger auftritt, als auf troc­ kenen Oberflächen.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, holt die Schätzung 120 zuerst Systemvariablen an Block 701 und verwendet den Steuerwinkel und die Fahrzeuggeschwin­ digkeit an Block 702, um einen Wert Ω_dss, der als die erwünschte Gierrate an einem Festzustand bezeichnet ist, wie folgt zu berechnen:

Ω_dss = v_x.δ/((a + b) + K_u.v_x ²),

wobei K_u der Fahrzeuguntersteuerungskoeffizient ist, der deiniert ist als:

K_u = (c_r.b-c_f.a).M/(c_f.c_r.(a + b)).

Der Wert Ω_dss unterscheidet sich von Ω_d darin, daß er nicht die dynami­ sche Verzögerung in dem Fahrzeugmodell in Betracht zieht, die in der Be­ rechnung von Ω_d eingeschlossen ist. An Block 704 werden die gemessenen und erwünschten Querbeschleunigungen durch identische Tiefpaßfilter geleitet, um ein Rauschen in dem gemessenen Querbeschleunigungssignal abzuschwächen. Die erwünschte Querbeschleunigung wird dann durch einen anderen Tiefpaßfilter gefiltert, beispielsweise einen Standard- Butterworth-Filter zweiter Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 22 Radi­ ant pro Sekunde, um jegliche Phasendifferenz zwischen den gemessenen und erwünschten Querbeschleunigungen zu vermindern oder zu beseiti­ gen. Dann bestimmt Block 706 einen Wert a_ydfl durch Begrenzung des Ausgangs des Butterworth-Filters auf ±a_ymax, wobei a_ymax die maximale Querbeschleunigung ist, die das Fahrzeug auf einer trockenen Oberfläche aushalten kann. Der Block 708 bestimmt dann die Größe des Querbe­ schleunigungsfehlers Δa_y gemäß:

Δa_y = |a_ydfl-a_y|,

wobei a_y die gemessene und gefilterte Querbeschleunigung darstellt. Der Block 710 filtert den Wert Δa_y durch einen digitalen Tiefpaßfilter erster Ordnung beispielsweise mit einer Grenzfrequenz von 2 Radiant pro Se­ kunde, um den gefilterten Querbeschleunigungsfehler Δa_yf zu erhalten.

Der Block 712 bestimmt eine vorläufige Schätzung des Queroberflächen­ haftwertes µ_ay gemäß:

µ_ay = |a_y|/a_ymax.

Die Blöcke 714 und 716 bestimmen dann einen Wert µ_temp gleich µ_ay, wenn alle der folgenden Zustände gleichzeitig zusammentreffen:

(a) |a_ydfl|-|a_y| < THRESH1;
(b) |Ω_dss-Ω_a| < THRESH2;

und c) die Vorzeichen der erwünschten und tatsächlichen Querbeschleu­ nigungen gleich sind und für zumindest eine spezifizierte Zeitperiode, bei­ spielsweise 0,3 Sekunden, gleich geblieben sind.

In Zustand (b) oben könnte Ω_d anstelle von Ω_dss verwendet werden, aber Ω_dss wird bevorzugt, da es wahrscheinlicher ist, daß der Gierratenfehler, der aus |Ω_dss-Ω_da| entwickelt wird, besser in Phase mit dem Querbe­ schleunigungsfehler ist, als |Ω_d-Ω_a|.

In dem Zustand (c) oben, wird die Zeit, daß erwünschte und tatsächliche Querbeschleunigungen entgegengesetzte Vorzeichen haben, beispielsweise mit einem Zeitgeber Ti geführt, der definiert ist als:

wobei a_yd die erwünschte (ungefilterte) Querbeschleunigung ist, Δt die Schleifenzeit des Steueralgorithmus ist und 0,1 eine Beispielkonstante ist, die von dem Systemkonstrukteur geeignet bestimmt wird. Dem Zustand (c) wird begegnet, wenn Ti < 0,3 Sekunden ist.

Auch wird µ_temp gleich µ_ay eingestellt, wenn die folgenden drei Zustände gleichzeitig zusammentreffen: (a) die Fahrzeuggeschwindigkeit ist klein, beispielsweise unter 7 Meter/Sekunde; (b) die Vorzeichen von a_ydfl und a_y sind gleich und sind für zumindest eine spezifizierte Zeitperiode von bei­ spielsweise 0,3 Sekunden gleich geblieben; und

(c) |Ω_d-Ω_a| < THRESH3,

wobei THRESH1, THRESH2 und THRESH3 vorbestimmte Schwellenwerte entsprechend dem Querbeschleunigungsfehler und zwei Gierratenfehlern sind, wenn das Verhalten des Fahrzeugs beginnt, signifikant von demjeni­ gen des Linearmodells abzuweichen (d. h. das Fahrzeug in einen nichtli­ nearen Betriebsbereich eintritt). Beispielwerte für THRESH1, THRESH2 und THRESH3 sind 1,2 m/s², 0,10 rad/s bzw. 0,14 rad/s. Diese Schwel­ lenwerte können geschwindigkeitsabhängig ausgeführt werden.

Auch wird ungeachtet der obigen Zustände der Wert µ_temp gleich µ_ay ge­ setzt, wenn der folgende Zustand erreicht wird:

|a_y|/a_ymax < 1,05.µ_temp.

Dieser obige Zustand korrigiert die Oberflächenschätzung, wenn die Grö­ ßen der gemessenen Querbeschleunigung um zumindest einen gegebenen Prozentsatz (beispielsweise 5%) über den Wert ansteigt, den die vorliegen­ de Oberflächenschätzung zulassen würde (µ_temp.a_ymax).

Der Rückstellwert für µ_temp = 1,0 und die Blöcke 718 und 722 stellen µ_temp auf 1,0 zurück, wenn die folgenden Zustände gleichzeitig zusammentref­ fen:

(a) |a_ydfl-a_y| ≦ THRESH1,
(b) Δa_yf < 0,5.THRESH1,
(c) |Ω_d-Ω_a| < THRESH3,

und die a_yd, a_ydfl und a_y das gleiche Vorzeichen besitzen und das gleiche Vorzeichen für zumindest eine spezifizierte Zeitperiode, beispielsweise Ti < 0,3 Sekunden beibehalten haben.

Wenn weder der Kriteriensatz, der den Linearbetrieb angibt, noch der Satz an Bedingungen, welche eine Berechnung der Oberflächenschätzung aus der Querbeschleunigung auslösen, erreicht wird, hält Block 720 die Schätzung µ_temp an seinem jüngsten geschätzten Wert, d. h. µtemp(k) = µ_temp (k-1).

Der Block 724 bestimmt dann einen Wert µ_new gemäß:

µ_new = (0,85 + 0,15.µ_temp).µ_temp,

wobei die Parameter 0,85 und 0,15 für verschiedene Fahrzeugtypen variie­ ren können. Der Block 726 begrenzt den Wert µ_new auf nicht weniger als 0,07 und nicht größer als 1,0, um µ_L zu erhalten, das auf Leitung 123 (Fig. 3) als der geschätzte Oberflächenhaftwert ausgegeben wird, der in dem Rutschwinkelschätzblock 122 verwendet wird. Der geschätzte Ober­ flächenhaftwert, der für die Steuerblöcke 138 und 142 und in dem Fahr­ zeugreferenzmodell 102 verwendet wird, wird dadurch bestimmt, daß µ_new durch einen Tiefpaßfilter (Block 728) beispielsweise einen Butterworth- Filter zweiter Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 1,5 Hz geleitet wird. Der Block 730 begrenzt den Filterausgang auf nicht weniger als 0,2 und nicht größer als 1,0, um µ_c, das Signal auf Leitung 121, zu bestimmen.

Somit führt, wie in dem Beispiel oben veranschaulicht ist, die Steuerung vorteilhafterweise die Schritte aus, daß eine maximale Beschleunigung des Fahrzeugs auf einer Fahrbahn mit hohem Haftwert bestimmt wird. Der bestimmte Wert a_ymax wird typischerweise für einen gegebenen Fahrzeug­ typ kalibriert und in einen Steuerungsspeicher programmiert, von dem er bei Block 701 zurückgeholt wird. Das System mißt die Beschleunigung des Fahrzeugs, d. h. unter Verwendung von Sensor 98, und bestimmt ein Verhältnis zwischen der gemessenen Beschleunigung und der maximalen Beschleunigung (Block 712). Der Reibungskoeffizient wird in Ansprechen auf das Verhältnis (Block 724) bestimmt und nur erneuert, wenn das Fahrzeug im nichtlinearen Betrieb ist und wenn die Querbeschleunigung vollständig entwickelt ist, wie durch einen Kriteriensatz (Block 714) ent­ schieden ist. Bei dem bevorzugten Beispiel ist dem Haftwert ein Grund­ wert (Block 722) gegeben und wird nur auf einen neuen Wert erneuert, wenn das Kriterium des nichtlinearen Betriebs erfüllt wird, und wird zu dem Grundwert zurückgeführt, wenn ein Kriterium für einen linearen Be­ trieb des Fahrzeugs erfüllt wird (Block 718).

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, schätzt Block 122 den tatsächlichen Rutschwin­ kel des Fahrzeugs unter Verwendung des Steuerradwinkelsignals auf Leitung 62, der tatsächlichen gemessenen Fahrzeuggierrate auf Leitung 81, der tatsächlichen gemessenen Fahrzeugquerbeschleunigung auf Lei­ tung 99, der geschätzten Fahrzeuggeschwindigkeit v_x auf Leitung 61 und des geschätzten Queroberflächenhaftwerts µ_L auf Leitung 123. Die Rutsch­ winkelschätzung stellt eine iterative Beobachtungseinrichtung dar, um den geschätzten Fahrzeugrutschwinkel β_e zu bestimmen. Der Beobach­ tungsblock 210 schätzt zuerst die Seitenrutschwinkel der Vorder- und Hinterachsen unter Verwendung der folgenden Gleichungen:

α_fe = (v_ye(k-1) + a.Ω_a)/v_x-δ und
α_re = (v_yc(k-1)-b.Ω_a)/v_x,

wobei v_ye(k-1) die geschätzte Quergeschwindigkeit auf Leitung 622 von der vorhergehenden Iteration der Beobachtungseinrichtung ist und α_fe und α_re die Seitenrutschwinkel der Vorder- und Hinterachse sind, die auf Leitung 608 vorgesehen sind. Wenn das Fahrzeug eine Vierradsteuerung aufweist, dann wird der Seitenrutschwinkel für die Hinterachse wie folgt bestimmt:

α_re = (v_ye(k-1)-b.Ω_a)/v_x-δ_r.

Der Beobachtungsblock 611 schätzt als nächstes die Seitenkräfte der Vor­ derachse F_yfe gemäß einer von zwei Funktionen 614 und 616, die bei Block 612 ausgewählt ist, wie folgt:

wobei s_f eine kleine nicht negative Zahl ist (die Steigung der F_yf-α_f-Kurve an der Haftgrenze) beispielsweise s_f = 0,05, und wobei α_f* definiert ist durch:

α_f* = 1/(2.b_cf),

wobei b_cf definiert ist durch:

b_cf = c_f/(4.N_f*),

wobei

N_f* = M.b.(a_ymax + Δ_a)/(a + b)

wobei a_ymax die maximale Querbeschleunigung ist, die das Fahrzeug auf einer trockenen Oberfläche in m/s² aushalten kann, und Δ_a eine Kon­ stante ist, beispielsweise Δ_a = 0,5 m/s².

Der Beobachtungsblock 611 schätzt ähnlicherweise Querkräfte der Hin­ terachse F_yre gemäß:

wobei s_r eine kleine nicht negative Zahl, beispielsweise s_r = 0,05 ist, und wobei α_r* definiert ist durch:

α_r* = 1/(2.b_cr')

wobei b_cr definiert ist als:

b_cr = c_r/(4.N_r*),

wobei

N_r* = M.a.(a_ymax + Δ_a)/(a + b).

Der Beobachtungsblock 620 schätzt dann einen Systemzustandswert q(k) gemäß:

q(k) = q(k-1) + Δt.{-(1 + g₂).v_x.Ω_a + ((1 + g₃)/M-a.g₁/I_zz).F_yfe + ((1 + g₃)/M + b.g₁/I_zz).F_yre + (g₂-g₃).a_y-g₄.A_yf},

wobei ΔA_y definiert ist als:

ΔA_y = a_y-(F_yfe + F_yre)/M,

und ΔA_yf ein durch einen digitalen Tiefpaßfilter erster Ordnung beispiels­ weise mit einer Grenzfrequenz von 1 rad/s geleitetes ΔA_y ist.

Block 620 verwendet den Zustandswert q(k), um Schätzungen der Quer­ geschwindigkeit v_ye und des Rutschwinkels β_e wie folgt zu bestimmen:

v_ye(k) = (q(k) + g₁.Ω_a)/(1 + g₂) und
β_e = Arctan (v_ye(k)/v_x).

Die Verstärkungen g₁, g₂, g₃ und g₄ sind Abstimmparameter, die durch einen Systemkonstrukteur typischerweise durch Routineexperimente an einem Testfahrzeug voreingestellt sind und von Ausführung zu Ausfüh­ rung variieren können. Der durch Block 122 bestimmte geschätzte Rutschwinkel wird auf Leitung 124 ausgegeben.

Somit führt, wie oben veranschaulicht ist, die Steuerung vorteilhafterweise die Schritte aus, daß ein Vorderseitenrutschwinkel von Fahrzeugvorderrä­ dern (610) geschätzt wird, ein Rückseitenrutschwinkel von Fahrzeughin­ terrädern (610) geschätzt wird, eine erste Querkraft der Vorderräder auf einer Fahrbahn in Ansprechen auf den Rutschwinkel (611) der ersten Seite geschätzt wird, eine zweite Querkraft der Hinterräder auf der Fahr­ bahn in Ansprechen auf den Rutschwinkel (611) der zweiten Seite ge­ schätzt wird, wobei die erste Querkraftschätzung auf eine erste Funktion (616) für niedrige Werte des Vorderseitenrutschwinkels und auf eine zweite Funktion (614) für hohe Werte des Vorderseitenrutschwinkels an­ spricht, wobei die zweite Querkraftschätzung auf eine dritte Funktion (616) für niedrige Werte des Rückseitenrutschwinkels und auf eine vierte Funktion (614) für hohe Werte des Rückseitenrutschwinkels anspricht, eine Fahrzeugquergeschwindigkeit in Ansprechen auf die erste und zweite Querkraftschätzung geschätzt wird und ein Fahrzeugrutschwinkel in An­ sprechen auf die Fahrzeugquergeschwindigkeit und eine Fahrzeugvor­ wärtsgeschwindigkeit (620) geschätzt wird.

Die gewünschte Fahrzeuggierrate Ω_d und die tatsächliche Fahrzeuggier­ rate Ω_a werden an Block 134 summiert, um ein Gierratenfehlersignal auf Leitung 136 vorzusehen, das an den Gierratenbefehlsblock 138 geliefert wird. Ähnlicherweise werden der gewünschte Fahrzeugrutschwinkel β_a und der geschätzte Fahrzeugrutschwinkel β_e an Block 135 summiert, um ein Rutschwinkelfehlersignal auf Leitung 137 zu schaffen, das an den Rutschwinkelbefehlsblock 142 geliefert wird.

Die Blöcke 138 und 142 bestimmen Gierraten- und Rutschwinkelbefehle durch einen Satz von Verstärkungen, die auf das Fahrzeuggeschwindig­ keitssignal auf Leitung 112 und den geschätzten Oberflächenhaftwert µ_e ansprechen. Die Befehle von den Blöcken 138 und 142 werden an Block 146 summiert, der das Summierergebnis ΔM auf Leitung 148 an Block 154 liefert.

Insbesondere können die Funktionen der Blöcke 134, 135, 138, 142 und 146 wie folgt erläutert werden. Ein Satz von Steuerverstärkungen wird da­ durch bestimmt, daß zuerst ein Wert k'_{β p} bestimmt wird gemäß:

wobei

v_x1 = (1133,6-100/µ_e)/(141,7 + 75/µ_e).

Die Größe der Verstärkung wird erhöht, wenn µ_e abnimmt, und steigt mit der Fahrzeuggeschwindigkeit an, bis sie bei einer vorbestimmten Fahr­ zeuggeschwindigkeit, beispielsweise bei 20 m/s, im Sättigungszustand ist. Die Verstärkungen sind graphisch in Fig. 6 für drei verschiedene Oberflä­ chen, trockene Oberfläche (Bezugszeichen 402), für die µ ≅ 1,0 ist, Schnee (Bezugszeichen 404), für den µ ≅ 0,4 ist, und Eis (Bezugszeichen 406), für das µ ≅ 0,2 ist, dargestellt. Die Verstärkungsberechnung kann als eine Gleichung ausgeführt werden oder unter Verwendung von Nachschlageta­ bellen, die die in Fig. 6 gezeigte allgemeine Form vorsehen.

Als nächstes wird ein Faktor f₁ bestimmt gemäß:

f₁ = (k_off + k_mult.|β_e|/β_max)²,

wobei k_off und k_mult Abstimmparameter mit Beispielwerten von 1 bzw. 0,5 sind. Der Faktor f₁ ist dann auf einen Maximalwert, beispielsweise 4, be­ grenzt. Wie durch die obige Gleichung gesehen werden kann, erhöht sich der Wert von f₁, wenn sich der Fahrzeugrutschwinkel der maximal zuläs­ sigen Grenze annähert oder diese überschreitet. Diese Funktion ermög­ licht, daß f₁ den Kompromiß zwischen der Steuerung der Gierrate und der Steuerung des Rutschwinkels regulieren kann. Wenn sich der Fahr­ zeugrutschwinkel der Grenze β_max annähert, deren Auftreten auch durch einen hohen Rutschwinkelfehler gekennzeichnet sein kann, erhöht der Faktor f₁ den Steuereinfluß oder die Steuerautorität der Rutschwinkelkor­ rektursteuerung im Vergleich zu der Gierratenkorrektursteuerung, wo­ durch ein vorteilhafter Kompromiß zwischen Gierrate und Rutschwinkel­ steuerung geschaffen wird. Die Erhöhung der Rutschwinkelkorrektursteu­ erautorität spiegelt sich in den Proportional- und Differenzierverstärkun­ gen k_{β p} bzw. k_{β d} für den Rutschbefehl wider, die unter Verwendung von f₁ wie folgt bestimmt werden:

k_{β p} = c₁.f₁.k'_{β p} und
k_{β d'} = c_{β d}.k_{β p},

wobei c₁ eine Abstimmkonstante ist, die zum Ausgleich zwischen der Rutschwinkelsteuerung und der Gierratensteuerung verwendet wird, und c_{β d} das Verhältnis zwischen den Differential- und Proportionalverstärkun­ gen darstellt, beispielsweise c_{β d} = 0,7.

Die Proportional- und Differenzier-Gierratenverstärkungen k_{Ω p} und k_{Ω d} werden bestimmt wie folgt:

k_{Ω p} = f₂.k'_{Ω p}, und
k_{Ω d} = c_{Ω d}.k_{Ω p'}

wobei c_{Ω d} eine Konstante (d. h. c_{Ω d} = 0,4) ist, wobei k'_{Ω p} eine vorläufige Ver­ stärkung ist, die entweder konstant oder geschwindigkeitsabhängig sein kann, und wobei f₂ eine Funktion von µ_e ist, die bestimmt wird gemäß

f₂ = 1,25.((c₂-0,2) + (1-c₂).µ_e),

wobei c₂ eine Kalibrierungskonstante 0 ≦ c₂ < 1 mit beispielsweise c₂ = 0,4 ist. Die obigen Gleichungen veranschaulichen, daß die Gierratenverstär­ kungen k_{Ω p} und k_{Ω d} auf f₂ ansprechen, die seinerseits eine Funktion des geschätzten Oberflächenhaftwertes µ_e ist. Der Faktor f₂ wird vermindert, wenn µ_e vermindert wird, wodurch f₂ die Gierratensteuerverstärkungen auf Flächen mit hohem Haftwert (d. h. trockenem Belag) erhöht und die Gierratensteuerverstärkungen auf Flächen mit niedrigem Haftwert (d. h. Eis) vermindert. Ähnlich wie f₁ wirkt dann f₂, um zwischen der Gierraten­ steuerung und der Rutschwinkelsteuerung zu regulieren, wobei die Gier­ ratensteuerautorität auf Fahrbahnen mit hohem Haftwert gesteigert und die Gierratensteuerautorität auf Fahrbahnen mit niedrigem Haftwert ver­ mindert wird.

Der Rutschwinkel und die Gierverstärkungen werden zusammen mit den tatsächlichen und erwünschten Rutschwinkeln und den tatsächlichen und gewünschten Gierraten verwendet, um das erwünschte Korrektur­ giermoment ΔM beispielsweise gemäß der folgenden Gleichung zu be­ stimmen:

ΔM = k_{β p}.(β_d-β_e) + k_{β d}.(a_y/v_x-Ω_a) + k_{Ω p}.(Ω_d-Ω_a) + k_{Ω d}.(Ω_du'-Ω_a'),

wobei Ω_du' und Ω_a' Zeitableitungen von Ω_du und Ω_a sind, die beispielsweise dadurch bestimmt werden, daß jedes Signal durch einen Hochpaßfilter geleitet wird. Der Wert (a_y/v_x-Ω_a) kann durch einen Hochpaß- "Auswasch"-Filter geleitet werden, der beispielsweise eine Übertragungs­ funktion von s/(s + 1) aufweist, um die Wirkungen der Sensorvorspannung und Anschrägung der Straße zu vermindern.

Bei der obigen Gleichung für ΔM stellen die ersten beiden Terme den Rutschwinkelbefehl und die dritten und vierten Terme den Gierratenbefehl dar. Der erwünschte Korrekturgiermomentbefehl ΔM wird von Block 146 an den Ausgangsbefehlsblock 154 ausgegeben.

Bei einem Beispiel kann der erste Term der obigen Gleichung für ΔM igno­ riert werden. In diesem Fall ist der Rutschwinkelbefehl auf eine Steuerung basierend auf der Rutschrate begrenzt, da β' ≈ a_y/v_x-Ω_a. Dies vereinfacht den Algorithmus, da der Rutschwinkel β nicht geschätzt werden muß und der erwünschte Wert des Rutschwinkels nicht verwendet wird. Die Steuer­ verstärkung k_{β d} wird wie oben beschrieben berechnet, d. h. sie variiert mit der Fahrzeuggeschwindigkeit und mit dem Oberflächenhaftwert, aber wo­ bei der Faktor f₁ gleich 1,0 festgesetzt ist.

Bei einem anderen Beispiel kann der Term (a_y/v_x-Ω_a) durch eine Berech­ nung der Rutschwinkelfehlerableitung Δβ' ersetzt werden, die wie folgt be­ stimmt wird:

Δβ' = (β_e(k)-β_du(k)-(β_e(k-1)-β_du(k-1)))/Δt,

und dann durch einen Tiefpaßfilter gefiltert wird, der eine Bandbreite von ungefähr 26 Hz aufweist.

Bei einem anderen Beispiel werden die ersten beiden Terme der Gleichung für ΔM auf Null festgesetzt, wenn eine Größe der Summe der ersten beiden Terme ansonsten nicht über einem vorbestimmten Wert liegt, wobei eine Totzone definiert wird, unterhalb der die Rutschwinkelsteuerung nicht ausgelöst wird. Der vorbestimmte Wert, der die Totzone deiniert, wird durch den Systemkonstrukteur passend eingestellt.

Bevor der Ausgangsbefehlsblock 154 Gebrauch von dem Korrekturgier­ momentbefehl macht, muß dieser zuerst bestimmen, ob sich das Fahrzeug in einem übersteuerten oder untersteuerten Zustand befindet. Ein unter­ steuerter Zustand ist hergestellt, wenn das Vorzeichen von ΔM und dem Steuerwinkel δ gleich sind. Wenn δ und ΔM entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen, d. h. das Produkt von δ und ΔM kleiner als Null ist, oder wenn einer der Werte gleich Null ist, dann wird festgelegt, daß sich das Fahr­ zeug im Übersteuerungsmodus befindet.

Um häufige Änderungen der Übersteuerungs-/Untersteuerungs-Fest­ legung infolge von Sensorrauschen zu vermeiden, wenn entweder δ oder ΔM nahe Null liegen, wird eine Totzone eingeführt. Das heißt, das Fahr­ zeug wird als in einer Übersteuerung befindlich festgelegt, wenn das Pro­ dukt von δ und ΔM kleiner als oder gleich Null ist. Das Fahrzeug wird als in einer Untersteuerung befindlich festgelegt, wenn das Produkt von δ und ΔM größer als THRESHD ist, wobei THRESHD eine Totzonenschwelle ist, die durch den Systemkonstrukteur bestimmt ist. Wenn das Produkt von δ und ΔM größer als Null aber nicht größer als THRESHD ist, wird die jüng­ ste Unter-/Übersteuerungsfestlegung beibehalten.

Der Korrekturgierkraftbefehl F wird dadurch bestimmt, daß ΔM durch die Hälfte der Spurbreite d des Fahrzeugs geteilt wird.

Das Anlegen des Gierkraftbefehls an die Aktuatoren betrifft zuerst die Verteilung des Kraftbefehls an die verschiedenen Radbremsen des Fahr­ zeugs. Die Festlegung von innen und außen, wie hier verwendet ist, ist in bezug auf die Richtung der Kurvenfahrt festgelegt. Wenn das Fahrzeug nach rechts gesteuert wird, dann sind die rechten vorderen und rechten hinteren Räder die Innenräder und die linken vorderen und hinteren Rä­ der die Außenräder. Wenn das Fahrzeug nach links gesteuert wird, dann sind die linken vorderen und hinteren Räder die Innenräder und die rechten vorderen und hinteren Räder die Außenräder. Die Verteilung der angewiesenen Gierkraft an die Räder, die unten beschrieben ist, stellt nur ein spezifisches Verteilungsbeispiel dar, andere Beispiele sind in den an­ hängigen US-Patentanmeldungen, Serien-Nr. 08/654,982 und Serien-Nr. 08/732,582 beschrieben, die beide an den Anmelder dieser Erfindung übertragen sind.

Wenn keine durch den Fahrer angewiesene Bremsung des Fahrzeugs vor­ liegt, d. h. wenn das Bremspedal des Fahrzeugs nicht gedrückt ist, wie durch den Bremspedalschalter erfaßt wird, dann findet die Verteilungs­ steuerung wie folgt statt. In einem Untersteuerungszustand wird eine Bremsung in annähernd gleicher Verteilung (die exakte Verteilung kann von einem bestimmten Fahrzeug abhängig sein) an die inneren hinteren und inneren vorderen Räder bis zu dem Punkt angelegt, an dem das ABS für die vorderen und hinteren Räder aktiviert wird. An diesem Punkt wird die an die Räder angelegte Bremskraft nicht erhöht. Wenn das hintere Rad in die ABS-Steuerung eintritt, bevor die erwünschte Bremskraft entwickelt ist, wird der an das innere Hinterrad gesandte Anteil des Bremsbefehls, den das innere Hinterrad vor dem Eintritt in die ABS-Steuerung nicht er­ reichen konnte, an das vordere Innenrad gesandt. Die Ausnahme für diese allgemeine Steuerung liegt in dem Fall vor, wenn die geschätzte Querkraft der Hinterachse F_yr und der Steuerwinkel entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen. In diesem Fall ist die Verteilung nach vorn, beispielsweise 10% der erwünschten Kraft an die inneren Hinterräder und 90% der er­ wünschten Kraft an die inneren Vorderräder vorgespannt. In dem Fall ei­ nes Zweikanalsystems wird die gesamte Gierkraft an das innere Vorderrad angelegt.

Bei einer Übersteuerung werden, wenn der Fahrer keine Bremsung an­ weist, die Bremsen nur an das äußere Vorderrad angewendet und es kann zugelassen werden, daß die Bremskraft die ABS-Grenze überschreiten kann. Das heißt, die ABS-Steuerung wird übergangen und es wird zuge­ lassen, daß das Vorderrad zu höheren Rutschniveaus führen kann und sogar einen Blockierzustand erreichen kann, den die ABS-Steuerung nor­ malerweise verhindern würde. Die ABS-Steuerung wird umgangen, wenn die folgenden Zustände gleichzeitig eintreffen: die ABS-Steuerung ist aktiv; die Vorzeichen der geschätzten Querkraft der Vorderachse F_yf und des Steuerwinkels sind gleich; das Fahrzeug befindet sich in einem Übersteue­ rungszustand und ist in diesem Übersteuerungszustand für zumindest 0,1 Sekunden verblieben; und die gesamte gewünschte Bremskraft eines bestimmten Rades F_xd ist 1,5 mal größer und ist für zumindest 0,1 Se­ kunden zumindest 1,5 mal größer als die geschätzte Bremskraft an der ABS-Grenze F_xlim geblieben. F_xd wird dadurch bestimmt, daß für ein be­ stimmtes Rad die geschätzte Bremskraft, die durch den Fahrzeugfahrer angefordert wird, und die Bremskraft, die aus dem Gierkraftbefehl resul­ tiert, summiert werden. Die Kräfte F_xlim für die vorderen linken und rech­ ten Räder werden berechnet wie folgt:

wobei λ_max der maximale Bremsschlupf an der ABS-Grenze ist, beispiels­ weise λ_max = 0,1, und N_lf und N_rf die geschätzten Normalreifenkräfte auf die linken bzw. rechten Vorderräder sind, die definiert sind durch:

N_lf = M.g.b/(2.(a + b)) + K_rllf.M.h.a_y/trw; und
N_rf = M.g.b/(2.a + b))-K_rllf.M.h.a_y/trw,

wobei K_rllf der Anteil der Gesamtrollsteifigkeit ist, die durch die Vorderauf­ hängung entwickelt wird (z. B. K_rllf = 0,6), trw der Durchschnitt der vorde­ ren und hinteren Spurbreiten ist und h die Höhe des Schwerpunkts des Fahrzeugs über der Rollachse ist.

Wenn durch den Fahrer eine Bremsung angewiesen wird, wird der Unter­ steuerungszustand wie oben für den nicht durch einen Fahrer angewiese­ nen Bremsmodus gesteuert, außer, daß, wenn beide der Innenräder (inneres Vorderrad in einem Zweikanalsystem) eine ABS-Grenze erreichen, bevor die gesamte erwünschte Kraft erzeugt wird, dann der Bremsbefehl für das äußere Vorderrad vermindert wird. Die Größe der Bremsbefehl­ verminderung für das äußere Vorderrad ist eine Größe, die erforderlich ist, um an das Fahrzeug die Differenz zwischen dem Gierkraftbefehl und der Gierkraft zu übertragen, die durch die beiden Innenräder erreicht wird, bevor sie in das ABS eintreten, außer, daß die Bremsbefehlverminderung für das äußere Vorderrad so begrenzt ist, daß zumindest ein festgelegter Prozentsatz (beispielsweise 50%) der durch den Fahrer angewiesenen Bremsung an das äußere Vorderrad beibehalten wird.

Während einer durch den Fahrer angewiesenen Bremsung wird in dem Übersteuerungszustand der Gierkraftbefehl zuerst an die Bremse des äu­ ßeren Vorderrades angelegt, wobei die Bremskraft erhöht wird, mögli­ cherweise bis zu einem Punkt, an dem zugelassen wird, daß das Rad die ABS-Grenze umgeht. Wenn die durch das äußere Vorderrad erreichte Kraft nicht ausreichend ist, um das erwünschte Korrekturgiermoment an dem Fahrzeug zu erzeugen, kann die Bremsung des inneren Hinterrades auf bis zu 50% der von dem Fahrer angewiesenen Bremskraft für dieses Rad vermindert werden, und wenn die durch das äußere Vorderrad und innere Hinterrad (für ein Zweikanalsystem nur außen vorn) erreichte Kraft immer noch nicht ausreichend ist, dann kann eine Bremsung des inneren Vorderrades auf bis zu 50% der durch den Fahrer angewiesenen Brems­ kraft für dieses Rad vermindert werden. Wenn das ABS umgangen wird, vermindert die Blockierung des äußeren Vorderrades die Querkraft des Vorderrades, wobei die Verminderung der Querkraft in Betracht gezogen werden kann, wenn das Korrekturgiermoment berechnet wird.

Sobald die Kraftbefehle bestimmt sind, können diese an die Aktuatoren angelegt werden, wie durch Linie 158 und Block 132 dargestellt ist. Bei dieser Steuerung ist es erforderlich, die Größe der an jedes bestimmte Rad angelegten Bremskraft vernünftig zu schätzen, um den Anteil des durch dieses Rad erreichten Korrekturgiermomentes bestimmen zu können. Es existieren viele bekannte Wege zur Bestimmung der Bremskraft in einem einzelnen Rad. Bei einem Beispiel erfassen Hydraulikfluiddrucksensoren in den einzelnen Radbremsleitungen die Größe des Hydraulikdrucks in den einzelnen Radbremsen und dieser erfaßte Hydraulikdruck entspricht einer Bremskraftmessung. Bei Fahrzeugen, bei denen die Bremsaktuato­ ren mittels Motor angetriebene Vorrichtungen mit hin- und herbewegba­ ren Kolben sind, kann die Bremskraft durch entweder eine Stellungs­ steuerung oder Motorstromrückführung der Aktuatoren bestimmt werden, wobei diese Stellungs- und/oder Motorstromsignale als Messungen der Bremskraft an den einzelnen Rädern genommen werden. Es können ir­ gendwelche anderen bekannten Verfahren zur Messung der Bremskraft an den einzelnen Rädern verwendet werden und als Rückführung, wie durch Linie 152 dargestellt ist, an den Ausgangsbefehlsblock 154 geliefert wer­ den, um beispielsweise eine proportionale differenzierende Steuerung mit geschlossenem Regelkreis der durch Block 132 dargestellten Aktuatoren auszuführen.

Bei Fahrzeugen, bei denen keine Einrichtung vorgesehen ist, um eine Rückführung der tatsächlichen Bremskraft durch einen Bremsaktuator oder Druckwandler vorzusehen, kann eine Einzelradgeschwindigkeits­ steuerung dazu verwendet werden, den Bremskraftbefehl in den Fahrzeu­ gradbremsen auszuführen. Bei einem Beispiel kann die erwünschte Gier­ kraft F in einen Radgeschwindigkeitsdifferenzbefehl (der eine Geschwin­ digkeitsdifferenz zwischen linken und rechten Rädern anweist) wie folgt umgewandelt werden:

Δv_xo = F.g_v1.g_v2,

wobei g_v1 ein erster Verstärkungswert ist, der sich linear mit der Fahr­ zeuggeschwindigkeit ändert und g_v2 ein zweiter Verstärkungswert ist, der sich nicht linear mit dem geschätzten Oberflächenhaftwert ändert. Ein Beispieldiagramm von g₂ ist in Fig. 7 gezeigt.

Bei einem anderen Beispiel steht die gewünschte Radgeschwindigkeitsdif­ ferenz Δv_xo direkt mit den Rutschwinkelfehlern und Gierratenfehlern ohne den Zwischenschritt der Berechnung der erwünschten Gierkraft in Bezie­ hung. In diesem Fall:

Δv_xo = [k_{β p}.(β_d-β_e) + k_{β d}.(a_y/v_x-Ω_a) + k_{β p}.(Ω_d-Ω_a) + k_{Ω d}.(Ω_du'-Ω_a')].v_x,

wobei die Steuerverstärkungen k_{β p}, k_{β d}, k_{Ω p} und k_{Ω d} auf die gleiche Art und Weise wie oben in Verbindung mit ΔM beschrieben bestimmt werden, au­ ßer, daß k'_{β p} und k'_{Ω p}, wie folgt bestimmt werden. Die vorläufige Proportio­ nalverstärkung k'_{Ω p} ist konstant oder geschwindigkeitsabhängig. Die vor­ läufige Rutschwinkelverstärkung k'_{β p} wird (beispielsweise durch Verwen­ dung von Nachschlagetabellen) als eine Funktion des geschätzten Oberflä­ chenhaftwertes µ_e und der Fahrzeuggeschwindigkeit v_x bestimmt. Ein Bei­ spiel der Beziehungen zwischen k'_{β p} und der Fahrzeuggeschwindigkeit auf drei verschiedenen Fahrbahnen ist in Fig. 8 gezeigt. Das Bezugszeichen 420 veranschaulicht die Beziehung für eine trockene Fahrbahn mit µ ≅ 1,0. Das Bezugszeichen 422 veranschaulicht die Beziehung für eine ver­ schneite Fahrbahn mit µ ≅ 0,4 und Bezugszeichen 424 veranschaulicht die Beziehung für eine vereiste Fahrbahn mit µ ≅ 0,2. Für dazwischenlie­ gende Haftwerte kann eine lineare Interpolation verwendet werden.

Die tatsächlich an die Räder angelegte Radgeschwindigkeitsdifferenz Δv_x wird durch Δv_xo und die Kinematik der Kurvenfahrt bestimmt, d. h.

Δv_x = Δv_xo + Ω_a.trw,

wobei trw die Spurbreite (für die Achse, an die Δv_x angelegt wird) ist.

Der Radgeschwindigkeitsdifferenzbefehl Δv_x wird so an die Fahrzeugräder verteilt, wie der Gierkraftbefehl oben verteilt wird. Beispielsweise wird, wenn keine Fahrerbremsung angelegt ist, in dem Untersteuerungszustand die Hälfte von Δv_x an das innere Hinterrad und die Hälfte von Δv_x an das innere Vorderrad angelegt, um die Geschwindigkeit des inneren Hinterra­ des vor der Aktivierung der Giersteuerung um 0,5.Δv_x niedriger als seine originale Geschwindigkeit zu vermindern und die Geschwindigkeit des in­ neren Vorderrades vor der Aktivierung der Giersteuerung um 0,5.Δv_x niedriger als seine originale Geschwindigkeit zu vermindern. Wenn das Hinterrad in das ABS eintritt, dann wird das Vorderrad um eine Größe Δv_xf gleich Δv_x minus Δv_xr verlangsamt, wobei Δv_xr die Größe der Ge­ schwindigkeitsverminderung des inneren Hinterrades ist, die erreicht wird, bevor das innere Hinterrad in das ABS eintritt.

Die Radgeschwindigkeitssteuerung wird ähnlicherweise für die anderen oben beschriebenen Bremsverteilungen angewendet. Somit kann die Rad­ geschwindigkeitssteuerung mit geschlossenem Regelkreis dazu verwendet werden, die erwünschte Korrekturgierkraft F, die das erwünschte Kor­ rekturgiermoment ΔM erreichen kann, an die Fahrzeugkarosserie zu übertragen.

Die an Block 154 bestimmten Befehle werden nur an die Fahrzeug­ radbremsen angelegt, wenn die Eintrittsbedingungen für die Aktivbrem­ sensteuerung hergestellt sind und werden dann nur angelegt, bis die Austrittsbedingungen für die Aktivbremsensteuerung hergestellt sind. Zu­ erst muß die geschätzte Fahrzeuggeschwindigkeit über einer bestimmten Geschwindigkeit des Eintritts v_min liegen, die typischerweise niedrig, bei­ spielsweise 5 Meilen pro Stunde ist. Wenn dieser Zustand zufriedenstel­ lend ist, dann wird das System aktiv, wenn entweder der Gierratenfehler eine Gierratenfehlerschwelle überschreitet oder wenn das Korrekturgier­ moment ΔM eine Korrekturgiermomentschwelle überschreitet (oder wenn die Radgeschwindigkeitsdifferenz Δv_x eine Schwelle überschreitet). Die Gierratenfehlerprüfung kann ausgeführt werden durch:

|Ω_d-Ω + k_e.(Ω_du'-Ω_a')| < Ω_thresh,

wobei Ω_du' und Ω_a' dadurch bestimmt werden können, daß Ω_du und Ω_a durch Hochpaßfilter geleitet werden, um diese nach der Zeit abzuleiten, k_e eine feststehende Konstante ist und Ω_thresh in Ansprechen auf die Fahr­ zeuggeschwindigkeit und den Steuerradwinkel bestimmt ist. Bei einem Beispiel wird Ω_thresh bestimmt wie folgt:

Ω_thresh = (9-0,36.v_x + 1,3.(v_x.δ)/((a + b) + K_u.v_x ²))/57,3,

wenn sich das Fahrzeug im Untersteuerungsmodus befindet, und als:

Ω_thresh = (7 + 1,3.(v_x.δ)/((a + b) + K_u.v_x ²))/57,3,

wenn sich das Fahrzeug im Übersteuerungsmodus beindet. Bei den obi­ gen Gleichungen wird Ω_thresh in (rad/s) ausgedrückt, v_x wird in (m/s) aus­ gedrückt, δ wird in (rad) ausgedrückt, a und b werden in (m) ausgedrückt und K_u ist der Fahrzeuguntersteuerungskoeffizient.

Ein Austrittszustand wird hergestellt, wenn das gesamte Korrekturgier­ moment unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt und für eine vor­ bestimmte Zeitperiode unterhalb dieses Wertes verbleibt oder wenn der Gierratenfehler für eine vorbestimmte Zeitperiode unterhalb einer vorbe­ stimmten Gierratenfehlerschwelle liegt. Wenn eine dieser Bedingungen auftritt, wird der Ausgangsbefehlsblock 154 deaktiviert und daran gehin­ dert, Ausgangsbefehle zu den Aktuatoren 132 zur Herstellung der Kor­ rekturgiermomente an dem Fahrzeug vorzusehen. Eine Austrittsbedin­ gung wird auch ungeachtet der obigen Zustände hergestellt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter die Geschwindigkeit des Austritts fällt.

Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist eine Beispielhauptflußsteuerroutine veran­ schaulicht, die hier Beispielschritte veranschaulicht, die durch eine Steue­ rung zur Erzielung der gewünschten Gierrate und der Rutschwinkelsteue­ rung ausgeführt werden. An Block 250 empfängt das System die Eingänge von den verschiedenen Systemsensoren und dann bestimmt das Fahrzeug an Block 252 die gewünschten Fahrzeugzustände, wie oben unter Bezug­ nahme auf Block 102 in Fig. 3 beschrieben ist. Block 254 schätzt den Querhaftwert zwischen den Fahrzeugreifen und der Fahrbahn, wie oben unter Bezugnahme auf Block 120 in Fig. 3 beschrieben ist. An Block 256 schätzt die Routine den tatsächlichen Fahrzeugrutschwinkel, wie oben unter Bezugnahme auf Block 122 in Fig. 3 beschrieben ist. Block 258 be­ stimmt dann die Steuerverstärkungen für die Rutsch- und Gierratenbe­ fehle, wie oben unter Bezugnahme auf die Blöcke 148 und 142 in Fig. 3 beschrieben ist. Block 260 bestimmt dann den Korrekturgiermomentbe­ fehl ΔM (oder die gewünschte Radgeschwindigkeitsdifferenz Δv_x), wie oben unter Bezugnahme auf Block 154 in Fig. 3 beschrieben ist, und Block 262 führt die Eintritts-/Austritts-Steuerbestimmung aus. Wenn der Eintritts- /Austritts-Steuerblock 262 die Aktuatorsteuerung ermöglicht, dann wer­ den die Aktuatorbefehle an Block 264 bestimmt und an Block 266 an die verschiedenen Fahrzeugradbremsenaktuatoren ausgegeben, um das er­ wünschte Korrekturgiermoment an der Fahrzeugkarosserie zu erreichen und somit den Gierratenfehler und den Fahrzeugrutschwinkelfehler zu minimieren.

In Fig. 10 sind die Schritte zur Bestimmung der erwünschten Fahrzeugzu­ stände an Block 252 (Fig. 9) gezeigt. An Block 268 wird das Fahrzeugmo­ dell, das oben unter Bezugnahme auf Block 102 in Fig. 3 beschrieben ist, dazu verwendet, v_yd, Ω_du, a_yd und β_du zu bestimmen. Als nächstes verwen­ det Block 270 den geschätzten Oberflächenhaftwert und den Steuerrad­ winkel, um β_max zu bestimmen, das mit β_du dazu verwendet wird, β_d an Block 272 bestimmen zu können. Block 274 bestimmt Ω_d. Alle Schritte 268, 270, 272 und 274 können wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 3, Block 102 beschrieben ausgeführt werden.

Fig. 11 veranschaulicht die Schritte, die durch Block 258 in Fig. 9 zur Be­ stimmung der Steuerverstärkungen für den Gierratenbefehl und den Rutschwinkelbefehl ausgeführt werden. Insbesondere bestimmt Block 276 die vorläufige Proportionalverstärkung k'_{β p} als eine Funktion von v_x und µ_c und Block 278 bestimmt den Rutschwinkelverstärkungsfaktor f₁ als eine Funktion von β_e und β_max. Dann bestimmt Block 280 die Rutschwinkelver­ stärkungen als eine Funktion von k'_{β p} und f₁. Block 282 bestimmt die Pro­ portional- und Differenzier-Gierratenverstärkungen als eine Funktion von µ_e. Die Schritte an den Blöcken 276, 278, 280 und 282 können wie oben unter Bezugnahme auf die Blöcke 138 und 142 in Fig. 3 beschrieben aus­ geführt werden.

Wie in Fig. 12 gezeigt ist, sind die Schritte gezeigt, die von dem Eintritts- /Austrittssteuerblock 262 in Fig. 9 ausgeführt werden. Zuerst wird an Block 302 die Vorwärtsfahrzeuggeschwindigkeit v_x mit einer minimalen Geschwindigkeit verglichen. Wenn v_x nicht größer als die minimale Fahr­ zeuggeschwindigkeit ist, fährt die Routine mit Block 320 fort, wo ein Flag gesetzt wird, der die Aktivbremsensteuerung deaktiviert. Wenn v_x größer als die minimale Fahrzeuggeschwindigkeit ist, fährt die Routine mit Block 304 fort, an dem sie Ω_thresh bestimmt, wie oben unter Bezugnahme auf Block 154 in Fig. 3 beschrieben ist. Wenn Ω_err an Block 306 größer als Ω_thresh ist, dann fährt die Routine mit Block 310 fort. Ansonsten fährt die Routine mit Block 308 fort, an dem sie die Größe des Befehls ΔM mit ei­ nem Schwellenmomentwert vergleicht. Wenn ΔM keine Größe aufweist, die größer als der Schwellenmomentwert ist, dann fährt die Routine mit Block 312 fort. Ansonsten fährt die Routine mit Block 310 fort, an dem ein Flag gesetzt wird, der die Steuerung des Bremssystems durch die Aktivbrem­ sensteuerung ermöglicht.

An den Blöcken 312 und 313 werden die Absolutwerte von ΔM (Δv_x) und Ω_err mit den Austrittsschwellenwerten verglichen. Wenn entweder ΔM (Δv_x) oder Ω_err kleiner als die Austrittsschwellenwerte sind, fährt die Routine mit Block 314 fort, an dem ein Zeitgeber erhöht wird. Ansonsten wird an Block 316 der Zeitgeber zurückgesetzt. Block 318 vergleicht den Zeitgeber mit einem Zeitsperrwert. Wenn der Zeitgeber größer als der Zeitsperrwert ist, fährt die Routine mit Block 320 fort, an dem ein Flag gesetzt wird, der die Aktivbremsensteuerung deaktiviert. Ansonsten wird die Eintritts- /Austrittssteuerung 262 verlassen.

Ein anderes Beispiel der Eintritts-/Austrittszustände ist in der anhängi­ gen US-Patentanmeldung Serien-Nr. 08/732,582 dargelegt.

In Fig. 13 sind Beispielsschritte gezeigt, die durch den Aktuatorbefehls­ block 264 in Fig. 9 ausgeführt werden. Zuerst überprüft Block 350 den Untersteuerungsflag, der, wie oben unter Bezugnahme auf Block 154 in Fig. 3 beschrieben ist, anzeigt, ob das Fahrzeug eine Untersteuerung oder eine Übersteuerung erfährt. Wenn der Untersteuerungsflag gesetzt ist, fährt die Routine mit Block 352 fort, an dem sie die Vorzeichen der ge­ schätzten Querkraft an der Hinterachse F_yr und des Fahrzeugsteuerrad­ winkels vergleicht. Wenn sie verschieden sind, beispielsweise wenn das Produkt F_yr.δ kleiner als Null ist, dann fährt die Routine mit Block 356 fort, an dem sie den Befehl F_ir für die Kraft an das hintere Innenrad gleich 0,1.F setzt. Wenn an Block 352 F_yr.δ nicht kleiner als Null ist, dann setzt Block 354 F_ir gleich 0,5.F. Dieser Abschnitt des Algorithmus wird nur für ein Vierkanalsystem verwendet.

Von den Blöcken 354 oder 356 fährt die Routine mit Block 358 fort, an dem sie überprüft, ob sich das innere Hinterrad im ABS-Modus beindet. Wenn dies so ist, bestimmt Block 360 die tatsächliche Kraft F_ira, die durch das innere Hinterrad angelegt wird, wenn es in das ABS eingetreten ist, und Block 364 bestimmt innerhalb den Vorderradkraftbefehl F_if gleich F minus F_ira. Wenn sich an Block 358 das Hinterrad nicht im ABS befindet, dann setzt Block 362 den Befehl für das innere Vorderrad gleich zu F-F_ir. Dann überprüft bei Block 366 die Routine, ob durch den Fahrzeugfahrer eine Bremsung angewiesen ist, und zwar beispielsweise dadurch, daß be­ stimmt wird, ob ein Ausgangssignal von dem Bremspedalschalter oder von dem Hauptzylinderdruckwandler vorliegt. Wenn nicht, wird die Subroutine 264 verlassen. Ansonsten fährt die Routine zu Block 368 fort, an dem sie überprüft, ob sich die inneren Vorder- und Hinterräder im ABS befinden. Wenn dies so ist, bestimmt Block 370 die tatsächliche Kraft, die durch die inneren Vorder- und Hinterräder erreicht wird, F_ifa und F_ira, und dann be­ stimmt Block 372 einen Bremskraftbefehl F_of für das äußere Vorderrad gleich F-F_ifa-F_ira. Block 374 begrenzt den Befehl F_of auf einen Wert zwi­ schen Null und der Hälfte der durch den Fahrer angewiesenen Bremskraft des äußeren Vorderrades. Von Block 374 wird die Routine verlassen.

Wenn sich an Block 350 die Routine nicht im Untersteuerungsmodus be­ findet, dann fährt sie mit den Übersteuerungsschritten an Block 376 fort, an dem der Kraftbefehl F_of für das äußere Vorderrad gleich F gesetzt wird. Dann überprüft Block 378, ob eine Bremsung angewiesen ist. Wenn nicht, setzt Block 380 einen Flag, der die Aktivierung der ABS-Steuerung des äußeren Vorderrades verhindert, so daß zugelassen wird, daß das äußere Vorderrad blockieren kann, wenn dies der Befehl F_of so anweist (die Be­ dingungen, bei denen zugelassen wird, daß das Rad blockieren kann, wurden oben dargelegt). Von dem Block 380 wird die Subroutine 264 ver­ lassen.

Wenn an Block 378 eine vom Fahrer angewiesene Bremsung vorliegt, fährt die Routine mit Block 382 fort, an dem sie überprüft, ob das äußere Vor­ derrad im ABS ist. Wenn nicht, wird die Subroutine 264 verlassen. Wenn dies so ist, fährt die Subroutine mit Block 384 fort, an dem sie die tat­ sächliche Bremskraft bestimmt, die durch das äußere Vorderrad F_ofa er­ reicht wird. Die Routine bewegt sich dann zu Block 386, an dem ein Bremskraftbefehl F_if für das innere Vorderrad gleich F-F_ofa bestimmt wird. Wenn zugelassen wird, daß das äußere Vorderrad blockieren kann, dann ist der Effekt der Verminderung der Querkraft auf das Fahrzeug­ giermoment in der obigen Berechnung eingeschlossen. Dies bedeutet:

F_if = F-F_ofa-µ_e.N_of.a.2/trw,

wobei N_of die Normalkraft auf das äußere Vorderrad ist, die bestimmt wird, wie oben unter Bezugnahme auf die Blockierzustände beschrieben ist. Der Bremskraftbefehl für das innere Vorderrad wird dann auf die Hälfte der von dem Fahrer angewiesenen Bremsung für dieses Rad begrenzt, wie durch die Bremsanforderung des Fahrers an Block 378 bestimmt ist. Block 390 bestimmt dann den Bremskraftbefehl für das innere Hinterrad als Differenz zwischen der angewiesenen Gierkraft F und den Gierkräften, die durch die äußeren und inneren Vorderräder erreicht werden. An Block 392 wird die Bremskraft für das innere Hinterrad auf nicht größer als eine Hälfte der vom Fahrer angewiesenen Bremsung für das innere Hinterrad begrenzt.

Es sei angemerkt, daß in dem Übersteuerungsmodus, wenn der Fahrer bremst, die Bremskraftbefehle F_if und F_of für die vorderen und hinteren Innenräder eine Verminderung der Bremskraft an den vorderen und hin­ teren Innenrädern anweisen. Ähnlicherweise weist in dem Untersteue­ rungsmodus, wenn der Fahrer bremst, der Bremsbefehl F_of für das äußere Vorderrad eine Verminderung der Bremskraft an, die an das äußere Vor­ derrad angelegt wird.

Für Fahrzeuge, die keine Einrichtungen aufweisen, um eine Rückführung der tatsächlichen Bremskraft durch einen Bremsenaktuator oder einen Druckwandler zu schaffen, kann die gleiche Logik zur Verteilung der Be­ fehlssignale unter die Rädern verwendet werden, wobei die Bremskräfte durch die entsprechenden Änderungen der Radgeschwindigkeiten ersetzt sind.

Fig. 14 veranschaulicht ein anderes Beispielfahrzeugreferenzmodell zur Bestimmung der erwünschten Gierrate Ω_d und des erwünschten Rutsch­ winkels β_d. Das gezeigte Fahrzeugreferenzmodell 458 umfaßt einen Einzel­ filter 450, vier Nachschlagetabellen (oder Gleichungen) 452, 454, 462 und 464 und drei einfache Gleichungsfunktionen 456, 458 und 460. Das Filter 450 führt die erwünschte Fahrzeugdynamik, die durch das Dämpfungs­ verhältnis und die Resonanzfrequenz in einem Einzelfilter dargestellt ist, aus, dessen Ausgang von den relativ einfachen Berechnungen in den Blöcken 456, 458 und 460 dazu verwendet wird, sowohl den erwünschten Rutschwinkel als auch die erwünschte Gierrate zu berechnen.

Insbesondere kann das Dämpfungsverhältnis und die Resonanzfrequenz gemäß den Systemparametern wie folgt ausgedrückt werden:

ω_n = (a₁₁.a₂₂-a₁₂.a₂₁)^1/2 und
ζ = -(a₁₁ + a₂₂)/(2.(a₁₁.a₂₂-a₁₂.a₂₁)^1/2),

oder in irgendwelchen vernünftig erwünschten Werten, die sich mit der Geschwindigkeit ändern und die in einen Steuerungsspeicher als Nach­ schlagetabellen 462 und 464 programmiert werden können und auf den Fahrzeuggeschwindigkeitseingang v_x ansprechen oder als Berechnungen ausgeführt werden können.

Unter Verwendung von ω_n und ζ und des Steuerradwinkeleingangs δ führt das Filter 450 eine Filterfunktion wie folgt aus:

x₁' = δ-2.ζ.ω_n.x₁.ω_n ².x₂
x₂' = x₁

wobei das Filterergebnis an die Blöcke 456 und 460 geliefert wird. Der Block 456 empfängt auch den Rutschwinkelverstärkungsausgang vom Block 452, der eine dreidimensionale Nachschlagetabelle ist, die die fol­ gende Funktion ausführt:

V_ydssgain = (δ.v_x/((a + b) + K_u.v_x ²)).(b-(a.M.v_x ²)/((a + b).c_r).

Unter Verwendung von V_ydssgain, ω_n und dem Ausgang des Filters 450 be­ stimmt Block 456 die erwünschte Quergeschwindigkeit v_yd gemäß:

v_yd = b₁.x₁ + V_ydssgain.ω_n ².x₂.

Block 458 bestimmt dann β_du gemäß:

β_du = tan^-1 (v_yd/v_x).

Block 454 ist eine Nachschlagetabelle, die die Gierratenverstärkung ge­ mäß der Funktion bestimmt:

R_gain = (δ.v_x/((a + b) + K_u.v_x ²))

Unter Verwendung von R_gain, ω_n und dem Ausgang des Filters 450 be­ stimmt Block 460 die erwünschte Gierrate Ω_d, gemäß:

Ω_d = b₂.x₁ + R_gain.x₁ + R_gain.ω_n ².x₂.

Die Verwendung des obigen Verfahrens ermöglicht, daß der Systemkon­ strukteur (a) das Dämpfungsverhältnis und die Resonanzfrequenz wählen kann, die für das Fahrzeugreferenzmodell erwünscht ist, (b) einen Einzel­ filter definieren kann, der das gewählte Dämpfungsverhältnis und die Re­ ferenzfrequenz darstellt, (c) einen Steuerwinkel an das Filter anlegen kann, (d) den Filterausgang mit einer vorbestimmten Rutschwinkelver­ stärkungsfunktion verwenden kann, um den erwünschten Fahrzeugrut­ schwinkel bestimmen zu können, und (e) den Filterausgang mit einer vor­ bestimmten Gierverstärkungsfunktion verwenden kann, um die erwünschte Fahrzeuggierrate bestimmen zu können.

Fig. 15 veranschaulicht ein anderes Beispielfahrzeugreferenzmodell unter Verwendung eines Einzelfilters. Das Fahrzeugreferenzmodell 558 umfaßt das Einzelfilter 550, Nachschlagetabellen 552, 554, 562 und 564 und Funktionen 556, 558 und 560. Die Nachschlagetabellen 562, 564 und 554 sind die gleichen, wie die Nachschlagetabellen 462, 464 und 454, die in Fig. 14 gezeigt sind. Ähnlicherweise sind die Funktionsblöcke 558 und 560 die gleichen, wie die Funktionsblöcke 458 und 460 in Fig. 14.

Das Filter 550 ist in diskreter Form ausgeführt gemäß:

x₁(k + 1) = c₁.x₁(k) + c₂.x₂(k) + c₃.V_ydss(k + 1), und
x₂(k + 1) = x₂(k) + T.x₁(k),

wobei

c₁ = 1/(1 + 2.ζ.ω_n.T),
c₂ = -ω_n ².c₃, und
c₃ = t.c₁,

wobei T die Abtastperiode ist, und wobei

V_ydss(k + 1) = (δ.v_x(k)/((a + b) + K_u.v_x(k)²)).(b-(a.M.v_x(k)²)/((a + b).c_r.

Der Ausgang des Filters 550 wird durch Block 556 dazu verwendet, die erwünschte Quergeschwindigkeit v_yd(k + 1) zu berechnen gemäß:

v_yd(k + 1) = ω_n ².(x₂(k + 1) + x₁(k + 1)/z),

wobei z = a₁₂.b₂/b₁-a₂₂. Die Berechnung an Block 556 wird in einem zweistufigen Prozeß ausgeführt. Zuerst wird der Wert von z berechnet und dann wird, wenn z gleich Null ist, z auf eine vorbestimmte minimale Größe begrenzt.

Claims (6)

1. Bremssystemsteuerverfahren mit den Schritten, daß:
eine maximale Beschleunigung eines Fahrzeuges auf einer Fahr­ bahn mit hohem Haftwert bestimmt wird (701);
eine Beschleunigung des Fahrzeugs gemessen wird (98);
ein Verhältnis zwischen der gemessenen Beschleunigung des Fahrzeugs und der Maximalbeschleunigung des Fahrzeugs auf der Fahrbahn mit hohem Haftwert bestimmt wird (712);
in Ansprechen auf das Verhältnis ein Signal bestimmt wird, das den augenblicklichen Haftwert anzeigt (714-730);
ein Bremsenaktuatorbefehl bestimmt wird, der auf das Signal (122, 138, 142, 146) anspricht, und
der Bremsenaktuatorbefehl an einen Bremsenaktuator (154, 158) geliefert wird.

2. Bremssystemsteuerverfahren nach Anspruch 1, wobei die maximale Beschleunigung und die gemessene Beschleunigung in einer Quer­ richtung des Fahrzeugs vorliegen, wobei das Signal den augenblickli­ chen Haftwert in der Querrichtung anzeigt.

3. Bremssystemsteuerverfahren nach Anspruch 1, zusätzlich mit den Schritten, daß:
eine Vielzahl von Fahrzeugzuständen (28, 30, 32, 34, 61, 82, 80, 98) überwacht wird;
in Ansprechen auf die Vielzahl von Zuständen bestimmt wird, ob sich das Fahrzeug in einem nichtlinearen Betriebsmodus befindet (714); und
das den augenblicklichen Haftwert anzeigende Signal nur erneu­ ert wird, wenn sich das Fahrzeug in dem nichtlinearen Betriebsmo­ dus beindet (716).

4. Bremssystemsteuerverfahren nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Fahrzeugzuständen die erwünschte Querbeschleunigung, die gemessene Gierrate und die erwünschte Gierrate umfassen.

5. Bremssystemsteuerverfahren nach Anspruch 3, zusätzlich mit den Schritten, daß:
in Ansprechen auf die Vielzahl von Zuständen eine erwünschte Fahrzeugquerbeschleunigung bestimmt wird (102), wobei
das Signal nur erneuert wird, wenn die erwünschte Fahr­ zeugquerbeschleunigung eine gleiche Querrichtung wie die gemesse­ ne Beschleunigung aufweist.

6. Bremssystemsteuerverfahren nach Anspruch 5, wobei das Signal auch nur erneuert wird, wenn die erwünschte Fahrzeugquerbe­ schleunigung um eine vorbestimmte Schwelle größer als die gemes­ sene Beschleunigung ist.