Drehzahlsensoren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum überwachen der Funk- tionsuntüchtigkeit von die Drehgeschwindigkeiten der Räder eines blockiergeschützt bremsbaren Fahrzeuges messenden Dreh¬ zahlsensoren.

Blockiergeschützte Fahrzeugbremsanlagen (ABS-Bremsen) erforder funktionierende Drehzahlsensoren zum Messen der Drehgeschwin¬ digkeiten der Fahrzeugräder als notwendige Voraussetzung für die Funktion der ABS-Regelung.

Ein Drehzahlsensor kann aufgrund unterschiedlicher Ursachen de¬ fekt werden. Denkbar sind insbesondere ein Kurzschluß im Sen¬ sor, eine Unterbrechung der Zuleitungen zum Sensor, ein nach einem Werkstattbesuch fehlender Sensor oder ein fehlender Zahn¬ kranz, eine fehlerhafte Signalaufbereitung vor dem Einspeisen in den Rechner der ABS-Anlage oder auch ein ^« sich im Laufe der Zeit ändernder Abstand zwischen der Spule und dem Zahnkranz des Sensors.

Aufbau und Wirkungsweise der heute verwendeten Drehzahlsensoren sind dem Fachman bekannt, üblicherweise arbeiten Drehzahlsenso¬ ren gemäß dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Mit dem Rad dreht ein Zahnkranz, der den magnetischen Fluß an einer Spule zeitabhängig ändert, so daß in der Spule eine Wechsel¬ spannung induziert wird, deren Frequenz und Amplitude der Dreh¬ zahl des Rades proportional sind. Bei nicht drehendem Rad wird kein Signal im Drehzahlsensor induziert. Auch bei nur sehr langsam drehendem Rad kann die Amplitude des elektromagnetisch induzierten Signales zu klein sein, um eine auswertbare Informa tion über die Drehzahl zu liefern.

Die Erfindung beschäftigt sich insbesondere mit Problemen der Drehzahlsensor-Überwachung, die beim Anfahren eines Fahrzeuges aus dem Stillstand auftreten können. Erfolgt der Anfahrvorgang nämlich auf einem Boden mit unterschiedlichen Haftbeiwerten für die einzelnen Räder, also zum Beispiel im Winter auf einer Fahrbahn, die teilweise vereist ist, so ist es denkbar, daß eines der Räder nicht dreht (also keine Drehzahlsignale lie¬ fert) , während zumindest ein anderes Rad durchdreht (also positive Drehzahlsignale liefert) . Um in einem solchen Fall einer Fehlanzeige oder gar einer Abschaltung der ABS-Regelung zu begegnen, kann die obige Zeitspanne t relativ lang eingestellt werden. Diese Lösung ist jedoch insofern verbes¬ serungsfähig, als ein tatsächlich vorhandener Defekt eines Drehzahlsensors erst nach Ablauf der vorgegebenen, relativ langen Zeitspanne erkannt werden kann.

Um dem oben beschriebenen Zustand beim Anfahren auf einer Fahr¬ bahn mit unterschiedlichen Haftbeiwerten (z.B. teilweise ver¬ eiste Fahrbahn) zu begegnen, wäre es denkbar, ein Durchdrehen zumindest eines Rades zu ermitteln. Ein solches Durchdrehen beim Anfahren eines Fahrzeuges läßt sich relativ leicht dann feststellen, wenn das Rad so stark durchdreht, daß seine Dreh¬ beschleunigung größer ist als die maximal physikalisch mögliche FahrZeugbeschleunigung, also diejenige Beschleunigung, die bei optimalen Reifen- und Fahrbahnverhältnissen mit dem Fahrzeug überhaupt durchführbar ist. Für einen typischen PkW kann die maximal physikalisch mögliche FahrZeugbeschleunigung z.B. bei 0,6 g liegen. Der Prozessor der ABS-Regelanlage ist also ohne weiteres in der Lage, ein Durchdrehen eines Rades zu erkennen, soweit es oberhalb der physikalisch möglichen Drehbeschleuni¬ gung liegt. Für die Überwachung von Drehzahlsensoren könnte man diese Erkenntis so ausnutzen, daß dann, wenn ein derartiges Durchdrehen eines Rades erkannt wird, fehlende Signale eines Drehzahlsensors bezüglich eines anderen Rades ignoriert werden, da das betreffende Rad möglicherweise nur eine bessere Bodenhaf tung aufweist als das durchdrehende Rad und sein Drehzahlsensor in Wirklichkeit nicht defekt ist.

Aber auch diese Lösung ist noch weiter verbesserungsfähig im Hinblick auf bestimmte Fahrsituationen. Treten nämlich beim A fahren auf einer Fahrbahn mit unterschiedlichen Reibwerten ke ne Rad-Drehbeschleunigungen auf, die größer sind als die maxi mal mögliche Fahrzeugbeschleunigung, obwohl eines der Räder durchdreht, so würde das vorstehend skizzierte Verfahren kein optimalen Ergebisse liefern. Auch können auf homogener Fahrba kurzzeitig bei besonders "forscher" Fahrweise (sogenannter "K valierstart") sehr hohe Radbeschleunigungen auftreten. In ein solchen Fall wäre die Zeitspanne, in der ein tatsächlich vor¬ handener Sensorfehler erkannt wird, unnötig verlängert. Dies wäre insofern von Nachteil, als bei Auftreten eines Sensorfeh lers die ABS-Regelanlage außer Funktion gesetzt und die Brem¬ sung auf eine "normale", allein durch die Pedalbetätigung be- timmte Bremse umgestellt wird.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung stellt sich deshal die Aufgabe, ein Verfahren zum überwachen der Funktionstüchti keit von in einer blockiergeschützten Fahrzeug-Bremsanlage ve wendeten Drehzahlsensoren zu schaffen, welches auch unter un¬ terschiedlichen Fahrsitationen eine möglichst schnelle Ermitt lung eines Sensorfehlers ermöglicht.

Dabei wird vorausgesetzt, daß die überwachten Drehzahlsensore an angetriebenen Rädern des Fahrzeuges angeordnet sind.

In einer ersten erfindungsgemäßen Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß dann auf die Funktionsuntüchtigkeit eines Dre zahlsensors erkannt wird, wenn dieser Sensor im Unterschied z zumindest einem anderen Sensor während einer vorgegebenen Zei spanne keine Drehzahlsignale liefert, wobei die vorgegebene Zeitspanne in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit eines Rades, insbesondere des am langsamsten drehenden Rades (welche überhaupt Drehzahlsignale liefert) derart eingestellt wird, da mit zunehmender Drehgeschwindigkeit die Zeitspanne verkürzt wird. Es versteht sich, daß diese Einstellung der Zeitspanne

innerhalb von Grenzwerten erfolgt, also die Zeitspanne nicht beliebig kurz und auch nicht beliebig lang wird.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, da die vorgegebene Zeitspanne (t ) in Abhängigkeit von der Dre geschwindigkeit (v ,) eines Rades, insbesondere des am schne sten drehenden Rades derart eingestellt wird, daß die Geschwi digkeitsdifferenz (Δv) bestimmt wird, die dieses Rad zwische dem überschreiten einer Beschleunigungsschwelle (S) und einem anschließenden Unterschreiten dieser Schwelle durchläuft, und daß mit Zunahme dieser Geschwindigkeitsdifferenz ( A v) die vorgebene Zeitspanne (t ) verlängert wird. Auch die in dies Weise vorgegebene Zeitspanne wird zwischen einem maximalen un einem minimalen Wert variiert.

Die beiden vorstehend genannten Verfahren zum Einstellen der vorgegebenen Zeitspanne werden in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung miteinander kombiniert. Hierzu setzt sich die vorgegebene Zeitspanne aus einem Anteil zusam¬ men, der durch die Drehgeschwindigkeit des am langsamsten dre henden Rades bestimmt ist, sowie einem Anteil, der durch die genannte Geschwindigkeitsdifferenz bestimmt ist. Die geteilte Anteile können multiplikativ oder bevorzugt additiv überlager werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die Abhängigkeit der die Filter-Zeitspanne t be¬ stimmenden Zeitspanne t von der Geschwindigkeit de sich am langsamsten drehenden Rades des Fahrzeuges;

Fig. 2 die Abhängigkeit der die Filter-Zeitspanne t be¬ stimmenden Zeitspanne t, von der Geschwindigkeitsdi ferenz des sich am schnellsten drehenden Rades zwi¬ schen zwei Durchgängen durch eine Beschleunigungs¬ schwelle; und

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Fig. 3 schematisch die Ermittlung der Geschwindigkeitsdiff renz gemäß Fig. 2.

Die bei Ausführung .der Erfindung verwendeten Drehzahlsensoren sind als solche dem Fachmann bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert zu werden. Auch die Mittel zur Übertragung un Verarbeitung der Sensorsignale sind bekannt. Zur erfindungsge ßen Verarbeitung der Sensorsignale zur Überwachung der Funkti tüchtigkeit der Sensoren dient ein Prozessor, der auch die AB Regelung durchführt.

Wie oben erläutert, erkennt der Prozessor dann auf Funktionsu tüchtigkeit eines Drehzahlsensors und setzt entsprechend die ABS-Regelung außer Kraft, wenn der Sensor über eine bestimmte vorgegebene Zeitspanne t keine Drehzahlsignale liefert wäh rend zumindest ein anderer Sensor eine Raddrehung anzeigt. Di

Zeits ^c panne tges kann somit auch als Filter-Zeitspanne bezeich net werden, da fehlende Drehzahlsignale des Detektors für die

Funktionstüchtigkeitsprüfung ohne Wirkung bleiben und erst da aus ihnen auf eine Funktionsuntüchtigkeit geschlossen wird, wenn sie auch nach Ablauf der Zeitspanne tges noch fehlen.

Die Bemessung der Filter-Zeitspanne t unterliegt, wie oben bereits erläutert, einem Zielkonflikt. Einerseits sollte die Zeitspanne t möglichst kurz sein, damit ein tatsächlich vo handener Detektorfehler möglichst schnell erkannt werden und entsprechend die ABS-Regelanlage außer Funktion und durch ein "normale" Bremsung ersetzt werden kann. Andererseits soll die Filter-Zeitspanne aber möglichst lang sein, um ein fälschlich Erkennen auf Sensorfehler, beispielsweise bedingt durch durch drehende Räder, zu vermeiden.

Beim nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfin¬ dung werden diese beiden widersprüchlichen Anforderungen in A hängigkeit von der gegebenen Fahrsituation optimal in Einklan gebracht.

Die Filter-Zeitspanne t wird variabel in Abhängigkeit von zwei Parametern eingestellt.

Zum einen wird von den Rädern des Fahrzeuges (im allgemeinen vier Räder) dasjenige ermittelt, das sich am langsamsten dreht d.h. es wird die Drehgeschwindigkeit v . desjenigen Rades be¬ trachtet, dessen Drehzahlsensor die geringste Drehgeschwindig¬ keit anzeigt, wobei ein Rad, dessen Drehzahlsensor keine Signa le liefert, also die Drehgeschwindigkeit Null anzeigt, nicht als "das am langsamsten drehende Rad" betrachtet wird.

Zum anderen wird auch das sich am schnellsten drehende Rad des Fahrzeuges betrachtet und mit in die Bildung der Filter-Zeit¬ sp ^r anne tges einbezog ³ en.

Die g ³ esamte Filter-Zeitspanne tges setzt sich additiv aus -zwei

Anteilen zusammen, die zum einen durch die Geschwindigkeit des sich am langsamsten drehenden Rades und zum anderen durch eine noch weiter unten näher beschriebene Geschwindigkeitsdifferenz des am schnellsten drehenden Rades bestimmt sind:

Der Anteil tet ist abhängig von der Geschwindigkeit des sich am langsamsten drehenden Rades, also desjenigen Rades, dessen Drehzahlsensor tatsächlich Geschwindigkeitssignale liefert, di allerdings eine geringere Drehgeschwindigkeit anzeigen als der Sensor zumindest eines anderen Rades. Fig. 1 beschreibt schema tisch die umgekehrte Proportionalität dieser Abhängigkeit, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel linear ist. Statt der linearen Funktion können auch andere Abhängigkeiten gewählt werden. Wesentlich ist, daß der Anteil t der Zeitspanne mit zunehmender Drehgeschwindigkeit v _ des am langsamsten drehen den Rades abnimmt, wobei t zwischen einem maximalen Grenzwert (in Fig. 1 zirka 10 Sekunden) bei kleinsten Drehgeschwindigkei ten und einem minimalen Grenzwert (in Fig. 1 zirka 2 Sekunden)

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bei Drehgeschwindigkeiten oberhalb von 50 km/h variiert. Der Zeitanteil t, ist abhängig von der Geschwindigkeitsänderung die das sich am schnellsten drehende Rad zwischen zwei Durch gängen durch eine Radbeschleunigungsschwelle S gemäß Fig. 3 erfährt. Fig. 3 zeigt über einer gemeinsamen Zeitskala den V lauf der Drehgeschwindigkeit des Rades (oben) und den Verlau der Drehbeschleunigung des Rades (unten) . Die Radbeschleunig überschreitet den Schwellenwert S und fällt danach wieder un diesen Schwellenwert ab. Zwischen diesen beiden Zeitpunkten wird die größte Geschwindigkeitsdifferenz ermittelt. Mit anderen Worten: Es wird ermittelt, wann das am schnellsten drehende Rad eine vorgegebene Radbeschleunigungsschwelle S überschreitet und die zu diesem Zeitpunkt herrschende Drehge schwindigkeit v wird mit einem Maximalwert verglichen, der v dem anschließenden Unterschreiten der Schwelle S auftritt, u die Geschwindigkeitsdifferenz Δv zu bilden, welche in Fig. als Abszisse aufgetragen ist. Der Zeitanteil t, ergibt sich beim in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel in linearer Abhängigkeit von der Geschwindigkeitsdifferenz A v bis zu ei Maximalwert bei Δ v = 70 km/h von etwa 20 Sekunden.

Mit Hilfe der auf diese Weise definierten Filter-Zeitspanne ttggeess wird nun ein Defekt eines Drehzahlsensors wie folg ³ t ermi telt.

Liefert ein Drehzahlsensor (oder auch mehrere Drehzahlsensore keine Geschwindigkeitssignale, so wird die Zeitspanne, bis z

Auftreten eines ersten Geschwindigkeitssignals kontinuierlich gemessen und mit der wie vorstehend beschrieben vorgegebenen

Filter-Zeitsp ^anne tges verglichen. Liefert der betreffende

Drehzahlsensor während der g ³ esamten Filter-Zeitsp ^c anne tges ke ne Drehgeschwindigkeitssignale, so wird auf einen Defekt des betreffenden Drehzahlsensors erkannt.

Der oben beschriebenen Ermittlung der Filter-Zeitspanne t aus den beiden Anteilen t und t, liegen folgenden Überlegung

zugrunde. Liegt ein tatsächlicher Defekt eines Drehzahlsensors vor, so wird der Fehler bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten, also einem gefährlicheren Fahrzeugzustand, schneller erkannt als bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten gemäß der ungekehrt proportionalen Abhängigkeit des Zeitanteils t von der Drehge- schwindigkeit des sich am langsamsten drehenden Rades entsprechend Fig. 1.

Bei Fahrbahnen mit guten Haftbeiwerten, bei denen ein Fahrzeug schnell hohe Geschwindigkeiten erreichen kann, wird bei kurz¬ zeitigem Durchdrehen eines Rades keine große Geschwindigkeits¬ differenz A v gemäß Fig. 2 erreicht und deshalb die Filter- Zeitspanne t nicht unerwünscht verlängert.

Bei einem Anfahren aus dem Stillstand auf einer Fahrbahn mit unterschiedlichen Haftbeiwerten, also einer z.B. teilweise ver¬ eisten Fahrbahn, wird der Zeitanteil t groß sein, wenn die Rä- der vorsichtig auf geringe Geschwindigkeiten unterhalb der Be¬ schleunigungsschwelle S beschleunigt werden. Gibt der Fahrer jedoch stark Gas und werden beim Anfahrversuch hohe Endge¬ schwindigkeiten der Räder erreicht, so wird t klein sein, wäh- rend jedoch t, relativ hohe Werte annimmt, da mit hoher Wahr- scheinlichkeit die Beschleunigungsschwelle überschritten wird. Entsprechend wird die Filter-Zeitspanne t relativ lang auf¬ grund des großen Summanden t, . Ein fälschliches Anzeigen eines funktionsuntüchtigen Drehzahlsensors wird deshalb weitgehend vermieden.

Zusätzlich ist es noch möglich, die Zeitspanne t dann zu verlängern, wenn erkannt wird, daß zumindest ein Rad des Fahr¬ zeuges durchdreht. Ein Durchdrehen des Rades ist dann eindeutig feststellbar, wenn seine Beschleunigung größer ist als die phy¬ sikalisch maximal mögliche. Bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit, welche im Prozessor der ABS-Anlage laufend als Referenzgeschwin digkeit ermittelt wird, unterhalb von 30 km/h ist ein Durchdre¬ hen der Räder bei einem typischen Mittelklasse-PkW dann gegeben

wenn die Drehbeschleunigung größer ist als 0,4 g. Bei Fahrzeu geschwindigkeiten zwischen 30 und 60 km/h liegt ein Durchdrehen bei Drehbeschleunigungen oberhalb 0,3 g und bei Geschwindigkei¬ ten oberhalb von 50 km/h bei Drehbeschleunigungen oberhalb 0,2 g vor.