DE3825639A1 - Anti-skid system for motor vehicles - Google Patents

Anti-skid system for motor vehicles

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Abstract

The invention relates to an anti-skid system for motor vehicles, having sensor systems and servo systems for brakes, wheels, drive and steering, which has at least one double sensor which operates with a semiconductor laser and heterodyne reception and looks obliquely downwards towards the ground. A control unit uses the Doppler frequency and assistance from the other sensor signals to determine lateral sliding, wheelslip etc. of the motor vehicle and emits correspondingly counteracting signals to the servosystem. <IMAGE>

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Anti-Gleit-System (AGS) für Kraft­ fahrzeuge, die mit einem Servosystem für Antriebe, Bremsen und Lenkung sowie einem Sensorsystem zur Messung der Drehzahlen von Rädern und Antrieben gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an anti-slip system (AGS) for power vehicles with a servo system for drives, brakes and steering and a sensor system for measuring the speeds of wheels and Drives according to the preamble of claim 1.

Derartige Systeme werden im Kraftfahrzeugbau als Anti-Blockiersysteme (ABS) und zur Schlupfregelung mit Erfolg eingesetzt. Stellt das Sensor­ system beim Bremsen bzw. Gasgeben ein Blockieren bzw. Durchdrehen der Räder fest, so gibt die Steuerungseinheit entsprechende Korrektur­ signale an die Bremsen bzw. Antriebe ab, um diesem irregulären Verhalten entgegenzuwirken.Such systems are used in motor vehicle construction as anti-lock systems (ABS) and successfully used for slip control. Restores the sensor blocking or spinning when braking or accelerating Wheels fixed, the control unit gives the appropriate correction signals to the brakes or drives to this irregular behavior counteract.

Diese Systeme sind jedoch nicht in der Lage, ein seitliches Ausbrechen, Abdriften oder Gleiten aus der durch Lenkeinschlag und gegebenenfalls Fahrgeschwindigkeit vorgeschriebenen, d.h. vom Fahrer gewünschten Fahrspur festzustellen und diesem irregulären Verhalten entgegenzuwirken. Auch die bisher bekannten Schlupfregelungsmethoden sind auf das abrupte Durchdrehen einzelner Antriebsräder beschränkt und versagen bei längerdauerndem Durchrutschen auf glatter Fahrbahn trotz "gefühlvollen" Gasgebens.However, these systems are unable to break out sideways, Drifting or sliding out of the steering lock and possibly Driving speed prescribed, i.e. lane desired by the driver and to counteract this irregular behavior. Also the Previously known slip control methods are based on the sudden spinning individual drive wheels are limited and fail in the long term Slipping on smooth roads despite "soulful" accelerating.

Überdies zeigen diese Verfahren ein schlechtes Regelverhalten. Die Größe der Abweichung vom Sollwert wird nicht proportional als Regelgröße ver­ wendet, sondern es wird eine "ja-nein"-Regelung verwendet, die z.B. nur zwischen vollem und fehlendem Bremsdruck unterscheidet. Eine "gefühlvolle" und damit optimale Regelung ist damit nicht möglich.In addition, these methods show poor control behavior. The size the deviation from the setpoint is not proportional as a controlled variable applies, but a "yes-no" rule is used, e.g. just distinguishes between full and missing brake pressure. A "soulful" and therefore optimal regulation is not possible.

In der Offenlegungsschrift DE 36 12 550 wird ein an einem Kraftfahrzeug befestigtes, mit Laser arbeitendes Meßgerät beschrieben, das den Laserstrahl in Straßenquerrichtung aussendet und den von der Straßen­ oberfläche reflektierten Laserstrahl empfängt und auswertet. Dieses Gerät ist jedoch ebenfalls nicht in der Lage, irreguläre Fahrbewegungen festzustellen und auszuregeln, sondern erkennt den Straßenzustand, um deren eventuelle Reparaturbedürftigkeit festzustellen. The published patent application DE 36 12 550 describes a motor vehicle Fixed, working with laser measuring device described the Laser beam emits in the cross-street direction and that from the streets receives and evaluates the surface of the reflected laser beam. this device however, is also unable to make irregular driving movements determine and correct, but recognizes the road condition in order determine their need for repair.  

Die Druckschrift Eu-OS 02 49 264 beschreibt ein Sensor- und Servosystem für Kraftfahrzeuge, bei welchem ein Sensor eine seitliche Beschleunigung des Fahrzeuges mißt und Gegenmaßnahmen einleitet. Auch dieses Verfahren ist nicht in der Lage, seitliches Abdriften oder Rad-Schlupf festzustellen und auszuregeln, sondern versucht lediglich, das Fahrzeugaufhängungssystem zu optimieren.The publication Eu-OS 02 49 264 describes a sensor and servo system for motor vehicles in which a sensor has a lateral acceleration of the vehicle measures and initiates countermeasures. This procedure too is unable to detect lateral drift or wheel slip and settle, but just tries the vehicle suspension system to optimize.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, diese Nachteile zu beseitigen und ein Anti-Gleit-System (AGS) zu schaffen, das ein seitliches Abdriften aus der Fahrspur automatisch erkennen und ihm mit einer opti­ mierten Regelung, z.B. einer Proportional-Integral-Regelung, d.h. "gefühl­ voll" entgegenwirken kann. Auch soll das "nicht abrupte" Durchdrehen bzw. ein länger andauernder, nicht weit über der tatsächlichen Fahrgeschwindig­ keit liegender Schlupf sowie ein sich abzeichnendes Blockieren der Räder - d.h. bereits bevor die Räder voll blockiert sind - automatisch erkannt und mit einer optimierten Regelung beseitigt werden. Die Absicht des Fahrers, einer von ihm gewählten Fahrspur zu folgen, sollen erkannt und Fahrfehler bzw. ungünstige Fahrbahnbedingungen bestmöglich korrigiert werden. Dadurch sollen Notfallsituationen besser beherrschbar und die vom Fahrer gewünsch­ te Fahrtrichtung in nahezu allen realistischen Fahrsituationen stabili­ siert werden. Durch Abwägung der Erfordernisse für die optimale Funktion bei unrealistischen, fiktiven Situationen sowie bei real vorkommenden soll der erforderliche apparative Aufwand möglichst klein gehalten werden.The invention has therefore set itself the task of eliminating these disadvantages and creating an anti-slip system (AGS) that automatically detect a lateral drift from the lane and him with an opti mized control, such as a proportional-integral control , ie counteract "feeling full". Also, the "not abrupt" spinning or a longer lasting slippage not far above the actual driving speed as well as an emerging blocking of the wheels - ie even before the wheels are fully blocked - should be automatically recognized and eliminated with an optimized control. The driver's intention to follow a lane chosen by him should be recognized and driving errors or unfavorable road conditions should be corrected as best as possible. This should make emergency situations easier to control and stabilize the direction of travel desired by the driver in almost all realistic driving situations. By weighing the requirements for optimal function in unrealistic, fictitious situations as well as in real-life situations, the required outlay on equipment should be kept as low as possible.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen niedergelegten Maßnahmen in zuverlässiger und wirksamer Weise gelöst, wobei in den Unteransprüchen Weiterbildungen und Ausgestaltungen aufgezeigt sind. Die Erfindung ist in mehreren Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren der Zeichnung erklärt. Es zeigen:This task is accomplished by the measures set out in the claims solved reliably and effectively, being in the subclaims Developments and refinements are shown. The invention is in several exemplary embodiments in the description below and in explained the figures of the drawing. Show it:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeuges mit eingebauten Doppler­ sensoren nebst ihren zugehörigen Blickrichtungen bzw. Laserstrahlen, Fig. 1 is a side view of an automobile incorporating Doppler sensors, together with their respective directions of view or laser beams,

Fig. 2 eine Draufsicht eines Kraftfahrzeuges mit einem Dopplersensor, des­ sen Blickrichtung Komponenten längs und quer zur Fahrtrichtung aufweist, den aus wahrer Vorwärtsgeschwindigkeit und wahrer Quergeschwindigkeit vek­ toriell sich zusammensetzenden wahren Geschwindigkeitsvektor des Kraft­ fahrzeuges in der Fahrbahnebene sowie den Lenkeinschlag, Fig. 2 is a plan view having a motor vehicle with a Doppler sensor, the sen viewing direction components along and across the direction of travel, the VEK of true forward speed and true lateral velocity toriell located composing true velocity vector of the motor vehicle in the road plane and the steering angle,

Fig. 3 eine Draufsicht eines Kraftfahrzeuges mit einer durch Lenkeinschlag und Fahrzeuggeschwindigkeit vorgeschriebenen, regulären Fahrspur sowie einer aus seitlicher Abdrift resultierenden wahren Fahrspur, Fig. Prescribed 3 is a plan view of a motor vehicle having a steering angle and vehicle speed by, regular traffic lane and a lateral drift resulting from the true lane,

Fig. 4 ein Vektordiagramm der regulären und wahren Fahrzeuggeschwindigkeit sowie deren Komponenten quer und längs zur Fahrtrichtung, Fig. 4 is a vector diagram of the regular and true vehicle speed, as well as their components transversely and longitudinally to the direction of travel,

Fig. 5 ein Blockschaltbild des Anti-Gleit-Systems, Fig. 5 is a block diagram of the anti-slip system,

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines im Homodynbetrieb arbeitenden Laser- Dopplersensors, Fig. 6 is a block diagram of a laser working in the Homodynbetrieb Doppler sensor,

Fig. 7 den Signalverlauf eines Dopplersensors bei beginnender seitlicher Abdrift, Fig. 7 shows the waveform of a Doppler sensor in incipient lateral drift,

Fig. 8 den Signalverlauf eines Dopplersensors bei beginnendem Schlupf. Fig. 8 shows the waveform of a Doppler sensor, the onset of slippage.

Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, sind am Kraftfahrzeug 10, z.B. an dessen Unterseite, Hinterachse oder Motorraum ein oder mehrere mit Halbleiter­ laser 40 und Überlagerungsempfang arbeitende, in ihrer Meßrichtung 51 mit eng gebündeltem Laserstrahl 45 schräg nach unten zum Boden 1 mit Rich­ tungskomponenten 51 a, b längs und quer zur Fahrtrichtung blickende Doppler­ sensoren 30, 30 a angeordnet und gemäß Fig. 5 mit der Steuerungseinheit 22 verbunden. Diese wertet in der Untereinheit 22 a für Doppleranalyse und Geschwindigkeitauswertung die aus der Bewegung des Fahrzeuges 10 in Fahrtrichtung und quer dazu resultierenden Dopplerfrequenzen (Fig. 7 und 8) des oder der Dopplersensoren 30, 30 a (Fig. 6) aus und vergleicht sie mit den aus Drehzahlen der Räder 11 und Lenkeinschlag 50 vom Sensorsystem 21 ermittelten Sollwerten für die reguläre Fahrspur 55 (Fig. 3). Bei Fest­ stellung einer seitlichen Abdrift 54 b (Fig. 4) aus der regulären Fahrspur 55 oder eines Schlupfes 54 a, d.h. Durchdrehens der Räder 11 gibt die Steuerungseinheit 22 entsprechende Korrektursignale an das Servosystem 20 des Kraftfahrzeuges 10 ab, um die Abweichung der wahren Fahrspur 56 von der regulären, vom Fahrer gewünschten Fahrspur 55 zu minimieren. Seitliche Abdrift 54 b und Schlupf 54 a sind also die unerwünschten, zu korrigierenden Geschwindigkeitskomponenten, durch welche der reguläre, vom Fahrer ge­ wünschte Vektor der Fahrzeugsgeschwindigkeit 52 in den wahren Fahrge­ schwindigkeitsvektor 53, d.h. die tatsächliche Über-Grund-Geschwindigkeit transformiert wird.As shown in FIGS. 1 and 2, one or more of the motor vehicle 10 , for example on its underside, rear axle or engine compartment, are working with semiconductor laser 40 and superposition reception, in their measuring direction 51 with a narrowly focused laser beam 45 at an angle down to the floor 1 with rich tion components 51 a , b longitudinal and transverse Doppler sensors 30 , 30 a arranged and connected to the control unit 22 according to FIG. 5. This evaluates in subunit 22 a for Doppler analysis and speed evaluation the Doppler frequencies ( FIGS. 7 and 8) of the Doppler sensors 30 , 30 a ( FIG. 6) resulting from the movement of the vehicle 10 in the direction of travel and transversely thereto and compares them with the setpoints for the regular lane 55 determined by the sensor system 21 from the speeds of the wheels 11 and the steering angle 50 ( FIG. 3). If a lateral drift 54 b ( FIG. 4) is determined from the regular lane 55 or a slip 54 a , ie spinning of the wheels 11 , the control unit 22 emits corresponding correction signals to the servo system 20 of the motor vehicle 10 to determine the deviation of the true lane 56 from the regular lane 55 desired by the driver. Lateral drift 54 b and slip 54 a are thus the undesirable speed components to be corrected, through which the regular vector of the vehicle speed 52 desired by the driver is transformed into the true speed vector 53 , ie the actual ground speed is transformed.

Dopplersensoren zur Geschwindigkeitsmessung, die mit Lasern und im Überlagerungsempfang betrieben werden, sind an sich bekannt (s. P 38 04 750 und P 37 02 742 des gleichen Erfinders, US 46 96 568). Hierfür sind prinzipiell Laser beliebiger Wellenlänge einsetzbar, falls ihre Frequenz­ stabilität, d.h. ihre Kohärenzlänge für den Überlagerungsempfang aus­ reicht. Für den hier angestrebten Einsatz sind jedoch kleine Sensorab­ messungen sowie eine für Wasser durchlässige Laserwellenlänge vorteilhaft, letzteres, um durch eine z.B. vom Wind bewegte Wasserschicht hindurch den festen Untergrund der Fahrbahn 1 anmessen zu können. Beide Forderungen werden in nahezu idealer Weise von Halbleiterlasern, z.B. GaAlAs-Laser­ dioden erfüllt.Doppler sensors for speed measurement, which are operated with lasers and in superimposed reception, are known per se (see P 38 04 750 and P 37 02 742 from the same inventor, US Pat. No. 4,696,568). In principle, lasers of any wavelength can be used if their frequency stability, ie their coherence length is sufficient for the reception of superimposition. For the intended use, however, small sensor measurements and a water-permeable laser wavelength are advantageous, the latter in order to be able to measure the solid subsurface of the roadway 1 through a layer of water moved by the wind, for example. Both requirements are met in an almost ideal way by semiconductor lasers, for example GaAlAs laser diodes.

Halbleiterlaser wurden in der Praxis jedoch kaum eingesetzt, da die bisherigen Anwendungen Meßentfernungen von mindestens einigen Metern verlangten, während sich mit Halbleiterlasern wegen ihrer kurzen Kohärenzlänge nur Meßentfernungen bis zum Dezimeterbereich erzielen ließen. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß manche Typen der seit einiger Zeit in hohen Stückzahlen für Laser-Plattenspieler (Compact Disc) etc. produzierten, kontinuierlich emittierenden GaAlAs-Halbleiterlaser auch für Meßentfernungen im Bereich von 1 m geeignet sind und damit der Größenordnung der erfindungsgemäßen Anwendung entsprechen.However, semiconductor lasers have hardly been used in practice because the previous applications measuring distances of at least a few meters demanded while using semiconductor lasers because of their short Only achieve coherence lengths of measuring distances up to the decimeter range let. However, it has been found that some types of the some time in high numbers for laser turntables (compact disc) etc. produced continuously emitting GaAlAs semiconductor lasers are also suitable for measuring distances in the range of 1 m and thus the Order of magnitude of the application according to the invention.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform des Dopplersensors 30 wird zunächst die polarisierte Strahlung des Halbleiterlasers 40 durch die Bündelungsoptik 41, z.B. eine Gradientenindexlinse (SELFOC-Linse) ge­ bündelt. Die Laserstrahlung 45 durchsetzt die Brewsterplatte 42 und die λ/4-Platte 43 und wird durch die Sende-/Empfangsoptik 44 in der Meß­ richtung 51 auf die anzumessende Stelle am Boden 1 gerichtet. Um die Meßrichtung möglichst genau festzulegen, ist der Laserstrahl 45 auf den Boden fokussiert. Das hiervon zurückgestreute Laserlicht 45 a wird von der Sende-/Empfangsoptik 44 gesammelt, hat nach dem 2. Durchgang durch die λ/4-Platte 43 insgesamt eine Drehung der Polarisationsrichtung um 90° erfahren und gelangt über die Brewsterplatte 42 und die Sammellinse 47 auf den Detektor 48. Ein kleiner Teil der emittierten Laserstrahlung 45 wird an einer geeigneten Fläche, z.B. an einer Fläche 44 a der Sende-/Empfangs­ optik 44, die entsprechend teilreflektierend ausgebildet ist, reflektiert und gelangt als Lokaloszillator-Laserstrahl 45 b wie das empfangene Laserlicht 45 a ebenfalls auf den Detektor 48. Durch die Überlagerung beider Strahlen 45 a, 45 b entsteht am Detektor 48 die hier nicht interessierende Summen- sowie die Differenzfrequenz f. Letztere ist wegen des Dopplereffektes dem Betrag der Relativgeschwindigkeit v zwischen Sensor 30 und angemessener Fläche, d.h. damit also auch der tatsächlichen Geschwindigkeit 52 des Fahrzeuges 10 auf der Fahrbahn 1 einschließlich eventueller seitlicher Abdrift proportional gemäß der FormelIn the embodiment of the Doppler sensor 30 shown in FIG. 6, the polarized radiation of the semiconductor laser 40 is first bundled by the focusing optics 41 , for example a gradient index lens (SELFOC lens). The laser radiation 45 passes through the Brewster plate 42 and the λ / 4 plate 43 and is directed by the transmitting / receiving optics 44 in the measuring direction 51 to the point to be measured on the floor 1 . In order to determine the measuring direction as precisely as possible, the laser beam 45 is focused on the ground. The laser light 45 a scattered back from this is collected by the transmitting / receiving optics 44 , has undergone a total rotation of the polarization direction by 90 ° after the second pass through the λ / 4 plate 43 and arrives via the Brewster plate 42 and the converging lens 47 the detector 48 . A small part of the emitted laser radiation 45 is reflected on a suitable surface, for example on a surface 44 a of the transmitting / receiving optics 44 , which is designed to be partially reflective, and also arrives as a local oscillator laser beam 45 b like the received laser light 45 a the detector 48 . By superimposing the two beams 45 a , 45 b , the sum frequency and the difference frequency f, which are not of interest here, are produced at the detector 48 . Because of the Doppler effect, the latter is proportional to the amount of the relative speed v between the sensor 30 and the appropriate area, that is to say also the actual speed 52 of the vehicle 10 on the road 1, including any lateral drift, according to the formula

f = (2v/λ) cos α.f = (2v / λ ) cos α .

Hier ist λ die Laserwellenlänge und α der Winkel zwischen der Richtung der Gesamtbewegung und dem Laserstrahl 45.Here λ is the laser wavelength and α is the angle between the direction of the overall movement and the laser beam 45 .

Um nicht nur den Betrag, sondern auch das Vorzeichen, d.h. die Richtung der Geschwindigkeit messen zu können, erzeugt man üblicherweise beim Heterodynempfang mittels eines z.B. akusto-optischen Modulators und eines diesen ansteuernden Oszillators der Frequenz f 0 einen Frequenzversatz zwischen Sende- und Lokaloszillator-Strahl. Es ergibt sich eine Dopplerverschiebung vonIn order to be able to measure not only the amount, but also the sign, ie the direction of the speed, a heterodyne reception is usually generated by means of, for example, an acousto-optical modulator and an oscillator of frequency f 0 that drives it, a frequency offset between the transmit and local oscillator beam . There is a Doppler shift of

f = f 0 + (2v/λ) cos α,f = f 0 + (2v / λ ) cos α ,

wobei sich das Pluszeichen auf eine Bewegung der angemessenen Stelle auf den Dopplersensor 30, 30 a hin bezieht. the plus sign refers to a movement of the appropriate location on the Doppler sensor 30 , 30 a .

In beiden Fällen steht eine Meßgröße in Analogform als Steuergröße zur Verfügung, so daß optimierte, z.B. Proportional -Integral-Regelschleifen zur Korrektur der Fahrfehler verwendbar sind.In both cases, a measured variable in analog form is available as a control variable Available so that optimized, e.g. Proportional-integral control loops can be used to correct driving errors.

Der Mehraufwand von Modulator und Oszillator ist jedoch nicht erfor­ derlich, und auf die Messung der Geschwindigkeitsrichtung muß nicht verzichtet werden, wenn man folgendermaßen vorgeht: Der zur Messung der seitlichen Abdrift bestimmte Dopplersensor 30 erhält eine Blickkomponente 51 a in Fahrtrichtung, d.h. er blickt nicht nur zur Seite, sondern auch schräg nach vorne oder hinten. Der Winkel α wird dabei gerade so groß gewählt, daß der von der Fahrtgeschwindigkeit 52 herrührende Geschwindigkeitsbetrag noch größer ist als die mögliche seitliche Abdrift 54 b sowie alle anderen möglichen Störeinflüsse. Dies läßt sich bei nahezu allen in der Realität vorkommenden Fahrbedingungen einschließlich Notsituationen sicher erreichen. Die gemessene Dopplerfrequenz bleibt damit während der Fahrt nahezu immer oberhalb eines Minimums, so daß praktisch keine Doppeldeutigkeit auftreten kann.The additional effort of modulator and oscillator is not neces sary, and the measurement of the speed direction does not have to be dispensed with if one proceeds as follows: The Doppler sensor 30 intended for measuring the lateral drift receives a gaze component 51 a in the direction of travel, ie it does not only look to the side, but also diagonally to the front or back. The angle .alpha. Is chosen just so large that the speed amount resulting from the driving speed 52 is even greater than the possible lateral drift 54 b and all other possible disturbing influences. This can be safely achieved in almost all driving conditions that occur in reality, including emergency situations. The measured Doppler frequency thus almost always remains above a minimum while driving, so that practically no ambiguity can occur.

Wie Fig. 5 zeigt, ist die Steuerungseinheit 22 in an sich bekannter Weise mit den Elementen des Sensorsystems 21, nämlich den Sensoren zur Messung der Drehzahlen von Rädern (23 a-d) und Antrieben (Motor, Getriebe, An­ triebswellen, Tachometer etc.) und des Gas- und Bremspedaldrucks 24, 24 a sowie dem Sensor 25 des Lenkeinschlages 50 und einem oder mehreren Dopp­ lersensoren 30, 30 a verbunden, deren Signale sie verarbeitet. Sie steuert ebenfalls die Elemente des Servosystems 20 an, nämlich die Servoelemente oder Aktuatoren für Bremsen 26 a-d, gegebenenfalls Getriebe bzw. Radan­ triebe 27 a-d, Motorleistung 27 e und Lenkung 28. Die Steuereinheit 22 ent­ hält mehrere Untereinheiten mit bestimmten hervorgehobenen Funktionen, nämlich die Untereinheit 22 a zur Doppleranalyse und Geschwindigkeits­ auswertung, die Untereinheit 22 b zur Schwingungsanalyse und die Unter­ einheit 22 c für Selbstkalibration und Funktionstest. Eine weitere Unter­ einheit, die Recheneinheit 22 d mit Speicher dient zur Durchführung der verschiedenen Berechnungen, der Speicherung der benötigten Algorithmen, physikalische Modelle, Systemparameter, Meßergebnisse etc., der Ansteuerung der verschiedenen Schnittstellen sowie der gesamten Ablaufsteuerung. Damit kann die Steuerungseinheit 22 die Absicht des Fahrers erkennen und, wie nachfolgend noch weiter erläutert wird, das Eintreten von Notfallsituationen wie seitliche Abdrift 54 b, Schlupf 54 a und bevorstehendes Blockieren feststellen und diesen mit entsprechenden Korrektursignalen an das Servosystem 20 entgegenwirken. As Fig. 5 shows, the control unit 22 in a known manner with the elements of the sensor system 21, namely, the sensors for measuring the rotational speeds of wheels (23 a - d) and drives (engine, transmission, to drive shafts, tachometers etc. ) and the gas and brake pedal pressure 24 , 24 a and the sensor 25 of the steering lock 50 and one or more Dopp lersensoren 30 , 30 a connected, the signals it processes. It also controls the elements of the servo system 20 , namely the servo elements or actuators for brakes 26 a - d , possibly gears or wheel drives 27 a - d , motor power 27 e and steering 28 . The control unit 22 contains several sub-units with certain highlighted functions, namely the sub-unit 22 a for Doppler analysis and speed evaluation, the sub-unit 22 b for vibration analysis and the sub-unit 22 c for self-calibration and function test. Another sub-unit, the computing unit 22 d with memory, is used to carry out the various calculations, to store the required algorithms, physical models, system parameters, measurement results, etc., to control the various interfaces and to control the entire sequence. The control unit 22 can thus recognize the intention of the driver and, as will be explained in more detail below, determine the occurrence of emergency situations such as lateral drift 54 b , slip 54 a and impending blocking and counteract this with corresponding correction signals to the servo system 20 .

Die Untereinheit 22 a zur Doppleranalyse und Geschwindigkeitsauswertung bestimmt die wahre Fahrzeuggeschwindigkeit 53, also die tatsächliche Über-Grund-Geschwindigkeit des Fahrzeuges 10 bezüglich des Bodens 1. Hierzu werden die Signale der Dopplersensoren 30, 30 a einem Frequenz­ meßgerät, z.B. einem Frequenz- oder Spektrumanalysator oder einer Filterbank zugeführt. Bei festem Boden 1, d.h. in der Regel tritt nur eine einzige Dopplerfrequenz pro Dopplersensor 30, 30 a auf, die sehr präzise gemessen wird. Hieraus berechnet die Untereinheit 22 a mit der Rechen­ einheit 22 d nach Formel (1) die verschiedenen Komponenten 53 a, 53 b der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit 53 bezüglich des Bodens 1, wobei sie die hierzu benötigten Richtungswinkel dem Speicher der Recheneinheit 22 d entnimmt.The subunit 22 a for Doppler analysis and speed evaluation determines the true vehicle speed 53 , that is to say the actual ground speed of the vehicle 10 with respect to the ground 1 . For this purpose, the signals from the Doppler sensors 30 , 30 a are fed to a frequency measuring device, for example a frequency or spectrum analyzer or a filter bank. In the case of firm ground 1 , that is to say generally only one Doppler frequency per Doppler sensor 30 , 30 a , which is measured very precisely. From this, the sub-unit 22 a calculates with the computing unit 22 d according to formula (1) the various components 53 a , 53 b of the actual vehicle speed 53 with respect to the ground 1 , taking the required directional angle from the memory of the computing unit 22 d .

Die Krümmung der vom Fahrer eingeschlagenen Fahrspur 55 ist ein Stör­ einfluß, die der seitlich blickende Dopplersensor 30 zunächst nicht von einer seitlichen Abdrift unterscheiden kann. Die Krümmung ist jedoch vom Lenkeinschlag 50 abhängig und wird gegebenenfalls gemäß der Fahrgeschwin­ digkeit 52 und den daraus resultierenden Fliehkräften vom Fahrwerk modifi­ ziert. Erfindungsgemäß berücksichtigt die Steuerungseinheit 22 bzw. ihre Untereinheit 22 a zur Doppleranalyse und Geschwindigkeitsauswertung diesen vorbekannten Zusammenhang, d.h. berechnet als Drift 54 b die Differenz der der Dopplerfrequenz f entsprechenden Quergeschwindigkeit 53 b und der aus der Krümmung der Fahrspur sich ergebenden regulären Quergeschwindigkeit 52 b.The curvature of the lane 55 taken by the driver is an interference factor, which the side-looking Doppler sensor 30 cannot initially distinguish from a lateral drift. However, the curvature depends on the steering angle 50 and is modified if necessary in accordance with the driving speed 52 and the resulting centrifugal forces from the chassis. According to the invention, the control unit 22 or its subunit 22 a for Doppler analysis and speed evaluation takes this previously known relationship into account, ie calculates as drift 54 b the difference between the transverse speed 53 b corresponding to the Doppler frequency f and the regular transverse speed 52 b resulting from the curvature of the lane.

Einen weiteren Störeinfluß üben die Fahrwerksschwingungen aus, die sich aus den Straßenbedingungen und Fahrverhalten ergeben. Die Blickrichtungen 51 der Dopplersensoren 30, 30 a pendeln damit immer wieder kurzfristig um ihre Sollrichtungen herum, so daß auch die Meßentfernungen zur Straße 1 variieren. Damit werden den Dopplersensoren 30, 30 a auch in regulären Fahrsituationen ohne Abdrift und Schlupf Geschwindigkeitsänderungen vorgetäuscht.The chassis vibrations, which result from the road conditions and driving behavior, exert a further disturbing influence. The viewing directions 51 of the Doppler sensors 30 , 30 a thus oscillate briefly again and again around their desired directions, so that the measuring distances to street 1 also vary. The Doppler sensors 30 , 30 a are thus simulated speed changes even in regular driving situations without drift and slip.

Auch dieser Störeinfluß wird jedoch in mehrfacher Weise berücksichtigt. Fig. 7 zeigt als durchgezogene Linie den zeitlichen Verlauf der Doppler­ frequenz des seitlich blickenden Dopplersensors 30 sowie die gemäß Formel (1) entsprechende Geschwindigkeit v für eine Situation, in der ein plötz­ licher Fahrbahnstoß das Fahrwerk in eine (stark gedämpfte) Schwingung versetzt. Der gezeichnete Verlauf bezieht sich der Einfachheit halber qualitativ auf Geradeausfahrt und konstante Fahrgeschwindigkeit ohne Drift, Schlupf oder Blockieren der Räder. Zunächst liefert der Doppler­ sensor 30 eine konstante Dopplerfrequenz, die wegen seiner Blickkomponente 51 a in Fahrtrichtung ungleich Null und der Fahrgeschwindigkeit 52 proportional ist. Nach einer starken Abweichung wegen des zum Zeitpunkt t 1 wirkenden Stoßes (z.B. Querrinne) pendelt die Dopplerfrequenz in einer durch die Fahrwerksfederung und -dämpfung bestimmten Weise wieder auf den ursprünglichen Wert zurück.However, this interference is also taken into account in several ways. Fig. 7 shows as a solid line the time course of the Doppler frequency of the side-facing Doppler sensor 30 and the speed v corresponding to formula (1) for a situation in which a sudden road impact puts the chassis in a (strongly damped) vibration. For the sake of simplicity, the graph drawn relates qualitatively to straight-ahead driving and constant driving speed without drifting, slipping or locking the wheels. First, the Doppler sensor 30 delivers a constant Doppler frequency, which is not equal to zero due to its gaze component 51 a in the direction of travel and is proportional to the driving speed 52 . After a large deviation due to the impact acting at time t 1 (eg transverse channel), the Doppler frequency oscillates back to the original value in a manner determined by the suspension and damping of the chassis.

Die gestrichelte Kurve in Fig. 7 beschreibt die gleiche Situation, in der jedoch der Fahrbahnstoß eine seitliche Abdrift 54 b des Fahrzeuges 10 ein­ leitet. Bei der der Einfachheit halber angenommenen Geradeausfahrt könnte dies auf einer glatten Fahrbahn mit Querneigung geschehen; weitaus häuf­ iger tritt dieses seitliche Wegdriften bei Kurvenfahrt auf. Dem vorbeschriebenen Verlauf der Dopplerfrequenz verändert sich jetzt durch eine zunehmende seitliche Driftgeschwindigkeit 54 b, die sich vektoriell zu der Vorwärtsgeschwindigkeit 53 a addiert. Nach dem Abklingen der Fahrwerks­ schwingung bei t 2 bleibt eine Verschiebung der Dopplerfrequenz übrig, die der (hier konstant angenommenen) seitlichen Driftgeschwindigkeit 54 b entspricht.The dashed curve in Fig. 7 describes the same situation, but in which the lane impact initiates a lateral drift 54 b of the vehicle 10 . With the straight-ahead drive assumed for the sake of simplicity, this could take place on a smooth road with a bank; this lateral drift occurs far more frequently when cornering. The above-described course of the Doppler frequency now changes due to an increasing lateral drift speed 54 b , which vectorially adds to the forward speed 53 a . After the undercarriage vibration has decayed at t 2, there remains a shift in the Doppler frequency which corresponds to the lateral drift speed 54 b (assumed here to be constant).

Um diese Fahrwerkschwingungen als solche zu erkennen und gegebenenfalls eine Drift 54 b von den Fahrwerksschwingungen zu trennen, analysiert die Untereinheit 22 b zur Schwingungsanalyse der Steuerungseinheit 22 den zeitlichen Verlauf der gemessenen Dopplerfrequenz unter Zuhilfenahme der vorbekannten Schwingungseigenschaften des Fahrwerks und bestimmt daraus die Abdrift 54 b. Sie gibt dann an das Servosystem 20 dieser Abdrift 54 b entgegenwirkende Korrektursignale ab, d.h. sie verringert die Antriebs­ leistung, ändert den Lenkeinschlag 50 etc.To this suspension vibrations to be recognized as such and, optionally, a drift 54 b to separate from the chassis vibrations, analyzes the subunit 22 b for vibration analysis of the control unit 22 the time course of the measured Doppler frequency with the aid of the known vibration characteristics of the landing gear and determines the drift 54 b. It then outputs to the servo system 20 this drift 54 b counteracting correction signals, ie it reduces the drive power, changes the steering angle 50 etc.

Die Abtrennung der von Fahrwerkschwingungen vorgetäuschten Geschwindig­ keitsänderungen geschieht durch eines der üblichen mathematischen Ver­ fahren zur Kurvenanpassung, mit welchem der gemessene Verlauf der Doppler­ frequenz durch die Summe zweier theoretischer Kurvenverläufe dargestellt wird. Der erste ist derjenige, der sich rechnerisch mittels eines physikalischen Modells aus einem Fahrbahnstoß bestimmter Stärke und den charakteristischen Fahrwerkeigenschaften ergibt. Der zweite ist derjenige, der nicht durch Fahrwerksschwingungen, sondern durch echte Geschwindigkeitsänderungen, also Drift 54 b hervorgerufen wurde. Die anzu­ passenden Parameter sind also im wesentlichen die Art und Stärke des Fahrbahnstoßes sowie die gesuchte echte Geschwindigkeitsänderung. Auch diese kann durch ein physikalisches Modell dargestellt werden, dessen fahrzeugspezifischen charakteristischen Parameter in Fahrzeugtests er­ mittelt werden und wie die charakteristischen Schwingungseigenschaften des Fahrwerks im Speicher der Recheneinheit 22 d gespeichert sind.The speed changes simulated by chassis vibrations are separated by one of the usual mathematical processes for curve fitting, with which the measured Doppler frequency is represented by the sum of two theoretical curves. The first is the one that arises arithmetically using a physical model from a road impact of certain strength and the characteristic chassis properties. The second is the one that was not caused by chassis vibrations, but by real changes in speed, i.e. drift 54 b . The parameters to be matched are essentially the type and strength of the lane impact as well as the real speed change sought. These too can be represented by a physical model, it will averages the vehicle-specific characteristic parameter in vehicle tests and are stored as the characteristic vibration properties of the running gear in the memory of the computing unit 22 d.

Einen weiteren Störeinfluß bewirkt eine z.B. vom Wind bewegte Wasser­ schicht auf den von den Dopplersensoren 30, 30 a angemessenen Stellen des Bodens 1. Hier stellt der Spektrumanalysator der Untereinheit 22 a im allgemeinen gleichzeitig zwei verschiedene Dopplerfrequenzen fest, nämlich die gesuchte reguläre Dopplerfrequenz des Bodens 1 und die unerwünschte Dopplerfrequenz der bewegten Wasseroberfläche. Die windgekräuselte Wasser­ oberfläche reflektiert eine im Zeitmittel geringe, durch Spiegelung jedoch sehr schnell variierende Laserintensität mit hohen Spitzenwerten, während der Boden 1 durch Lambert-Streuung eine gering modulierte Laserintensität zurückstreut, deren zeitliches Verhalten genähert demjenigen unmittelbar vor der windbewegten Wasserpfütze entspricht, wobei ihre Intensität redu­ ziert sowie durch die variierende Extinktion im trüben Wasser moduliert ist. Auch das Zeitverhalten der beiden Dopplerfrequenzen ist verschieden. Während die dem Boden 1 entsprechende Dopplerfrequenz sich nur relativ langsam und in ähnlicher Weise wie vor der Wasserpfütze ändert, variiert die der wellenförmig bewegten Wasseroberfläche deutlich stärker.A further disturbing effect is caused by a layer of water moved by the wind, for example, on the points of the floor 1 that are appropriate for the Doppler sensors 30 , 30 a . Here, the spectrum analyzer of subunit 22 a generally detects two different Doppler frequencies at the same time, namely the desired regular Doppler frequency of the bottom 1 and the undesired Doppler frequency of the moving water surface. The wind-ruffled water surface reflects a laser intensity that is low on average, but changes very quickly due to reflection, with high peak values, while the bottom 1 uses Lambert scattering to scatter a slightly modulated laser intensity whose behavior over time approximates that immediately before the wind-moving puddle of water, whereby its intensity reduced and modulated by the varying extinction in cloudy water. The timing of the two Doppler frequencies is also different. While the Doppler frequency corresponding to the bottom 1 changes only relatively slowly and in a manner similar to that in front of the puddle of water, that of the wave-shaped moving water surface varies significantly more.

Die Untereinheit 22 a nutzt diese Eigenschaften zur Unterscheidung von regulärer, d.h. gesuchter und unerwünschter Dopplerfrequenz. Hierzu ordnet der Spektrumanalysator der Untereinheit 22 a den beiden gefundenen Doppler­ frequenzen die entsprechenden Laserintensitäten zu. Ihr zeitlicher Verlauf wird im Speicher der Recheneinheit 22 d gespeichert, von der Recheneinheit 22 d analysiert und mittels der oben beschriebenen Kriterien den beiden physikalischen Effekten zugeordnet. Durch Anordnen eines Beschleunigungs­ sensors 29 a am Fahrzeug 10 und Vergleich seiner Signale mit der zeitlichen Ableitung der beiden Dopplerfrequenzen durch die Steuerungseinheit 22 erkennt diese mit noch größerer Wahrscheinlichkeit die dem Boden 1 zugeordnete Dopplerfrequenz, da sich diese in gleicher Weise wie die Meßwerte des Beschleunigungssensors 29 a verhält. The subunit 22 a uses these properties to differentiate between regular, ie searched and unwanted Doppler frequency. For this purpose, the spectrum analyzer of subunit 22 a assigns the corresponding laser intensities to the two Doppler frequencies found. Their variation in time is stored in the memory d of the arithmetic unit 22, analyzed by the computing unit 22 d and associated with the two physical effects by means of the above-described criteria. By arranging an acceleration sensor 29 a on the vehicle 10 and comparing its signals with the time derivative of the two Doppler frequencies by the control unit 22 , the latter recognizes with even greater probability the Doppler frequency assigned to the ground 1 , since these differ in the same way as the measured values of the acceleration sensor 29 a behaves

Derselbe Dopplersensor 30 kann nun auch zur genäherten Bestimmung eines Schlupfes 54 a oder Durchdrehens der Räder 11 verwendet werden. Fig. 8 zeigt den zeitlichen Verlauf der Dopplerfrequenz und der entsprechenden Geschwindigkeit - wieder der Einfachheit halber für Geradeausfahrt ohne seitliche Abdrift - bei plötzlichem Gasgeben auf z.B. sandigem Boden zum Zeitpunkt t 1 und dadurch eingeleitetem Schlupf 54 a. Die Steuerungseinheit 22 erkennt, daß die aus den Drehzahlen von Antrieben und Rädern berechnete Geschwindigkeit 52 a größer ist als die mit dem Dopplersensor 30 gemessene wahre Vorwärtsgeschwindigkeit 53 a. Sie interpretiert die Differenz als Schlupf 54 a und gibt diesem Schlupf entgegenwirkende Korrektursignale an das Servosystem 20 ab, d.h. sie verringert die Antriebsleistung, die Antriebsdrehmomente der einzelnen Räder 11 etc.The same Doppler sensor 30 can now also be used for the approximate determination of a slip 54 a or spinning of the wheels 11 . Fig. 8 shows the time course of the Doppler frequency and the corresponding speed - again for the sake of simplicity for driving straight ahead without lateral drift - when suddenly accelerating on, for example, sandy soil at time t 1 and slip 54 a initiated thereby. The control unit 22 recognizes that the speed 52 a calculated from the speeds of drives and wheels is greater than the true forward speed 53 a measured with the Doppler sensor 30 . It interprets the difference as slip 54 a and transmits correction signals counteracting this slip to the servo system 20 , ie it reduces the drive power, the drive torques of the individual wheels 11, etc.

Ein derartiges Anti-Gleit-System ersetzt überdies die bisher üblichen Anti-Blockiersysteme in vorteilhafter Weise. Die Steuerungseinheit 22 vergleicht hierzu ebenso wie bei der Schlupfregelung die tatsächliche Vorwärtsgeschwindigkeit 52 a mit der aus den Drehzahlen der Räder abgeleiteten Geschwindigkeit und gibt gegebenenfalls an die Servoelemente des Bremssystems 26 a-d entsprechende Korrektursignale ab. Ein sich abzeichnendes Blockieren der Räder wird also in völlig analoger Weise zur oben beschriebenen Schlupfregelung als Schlupf mit entgegengesetztem Vorzeichen behandelt und damit bereits vor dem eigentlichen Blockieren bereits korrigiert. Im Gegensatz zu den bisherigen ABS-Systemen wird wiederum keine "ja-nein"-Regelung, d.h. intermittierende Vollbremsung, also intermittierendes Blockieren angewendet. Vielmehr wird erfindungs­ gemäß in einer der beschriebenen Schlupfregelung analogen Weise ein kontinuierliches, z.B. durch einen Integral-Proportional-Regelkreis optimiertes Regelsignal abgegeben. Hierdurch wird der erforderliche Bremsweg gegenüber einem mit ABS ausgerüsteten Fahrzeug verringert.Such an anti-slip system also advantageously replaces the anti-blocking systems that have been used up to now. For this purpose, the control unit 22 , just as in the case of the slip control, compares the actual forward speed 52 a with the speed derived from the rotational speeds of the wheels and, if appropriate, emits corresponding correction signals to the servo elements of the braking system 26 a - d . An emerging blockage of the wheels is thus treated in a completely analogous manner to the slip control described above as slip with the opposite sign and is thus corrected even before the actual blockage. In contrast to the previous ABS systems, no "yes-no" regulation, ie intermittent full braking, that is intermittent blocking, is used again. Rather, according to the invention, a continuous control signal, which is optimized, for example, by an integral-proportional control loop, is emitted analogously in one of the slip control systems described. This reduces the braking distance required compared to a vehicle equipped with ABS.

Bei der Korrektur von Schlupf 54 a und beginnendem Blockieren berück­ sichtigt die Steuerungseinheit 22, daß bei normalem Fahrverhalten die Drehzahlen der einzelnen Räder 11 nahezu gleich groß sind und nur gering­ fügig durch den Lenkeinschlag 50 modifiziert werden. Die Solldrehzahlen der einzelnen Räder 11 sind also durch die wahre Vorwärtsgeschwindigkeit 53 a und den Lenkeinschlag 50 bestimmt. Die durch Schlupf 54 a oder beginnendes Blockieren der Räder 11 entstandenen Abweichungen der einzel­ nen Raddrehzahlen werden daher vorteilhaft nicht pauschal, sondern durch individuelle Korrektursignale an die Servoelemente für Antriebe (27 a-d) bzw. Bremsen 26 a-d der einzelnen Räder 11 korrigiert.When correcting slip 54 a and the beginning of blocking, the control unit 22 takes into account that, under normal driving behavior, the speeds of the individual wheels 11 are almost the same size and are only slightly modified by the steering lock 50 . The target speeds of the individual wheels 11 are thus determined by the true forward speed 53 a and the steering angle 50 . The deviations of the individual wheel speeds caused by slip 54 a or the beginning of blocking of the wheels 11 are therefore advantageously not blanket, but corrected by individual correction signals to the servo elements for drives ( 27 a - d ) or brakes 26 a - d of the individual wheels 11 .

Es ist selbstverständlich, daß die exakte Erfassung aller den Fahrzustand beschreibenden Meßgrößen, d.h. des wahren Geschwindigkeitsvektors 53 mit den ihn bildenden Komponenten wahrer Vorwärtsgeschwindigkeit 53 a, wahrer Quergeschwindigkeit 53 b aus Kurvenfahrt und seitlicher Abdrift 54 b, eventueller Vertikalgeschwindigkeit sowie der Roll-, Gier- und Nicklage des Fahrwerks und der zugehörigen Drehimpulse im Prinzip ein Inertial- System mit einem entsprechend großen Aufwand erfordert.It goes without saying that the exact recording of all the variables describing the driving state, ie the true speed vector 53 with the components that form it, true forward speed 53 a , true transverse speed 53 b from cornering and lateral drift 54 b , any vertical speed and the roll, yaw, and pitch position of the chassis and the associated angular momentum in principle requires an inertial system with a correspondingly large effort.

Ein derart vollständiges Meßsystem wird jedoch für den hier angestrebten Zweck der Korrektur von irregulären Fahrzuständen als nicht erforderlich angesehen. Ein auf die wesentlichen Anforderungen für die Korrektur von Abdrift 54 b und Schlupf 54 a oder Blockieren reduziertes Meßsystem benötigt außer den Servo- und Sensorsystemen 20, 21 und der Steuerungseinheit 22 zusätzlich nur noch zwei Dopplersensoren (30, 30 a) zur Bestimmung des genäherten aktuellen Geschwindigkeitsvektors des Fahrzeuges 10 bzw. dessen Projektion 53 auf die Fahrbahn 1 sowie drei Sensoren für die Lage der Unterseite des Kraftfahrzeuges 10 zum Boden 1, d.h. einer Sensorik 29 für die Fahrwerksschwingungen. Geeignet sind hierfür z.B. mechanische oder elektrische, direkt oder indirekt längenmessende Sensoren oder auch Dopplersensoren der vorbeschriebenen Art. Damit können alle denkbaren Notfallsituationen hinreichend gut erfaßt und somit optimal wirksame Korrektursignale erzeugt werden.However, such a complete measuring system is not considered necessary for the purpose of correcting irregular driving conditions. A measurement system reduced to the essential requirements for the correction of drift 54 b and slip 54 a or blocking requires, in addition to the servo and sensor systems 20 , 21 and the control unit 22 , only two Doppler sensors ( 30 , 30 a ) to determine the approximated current one Speed vector of the vehicle 10 or its projection 53 onto the road 1 and three sensors for the position of the underside of the motor vehicle 10 relative to the floor 1 , ie a sensor system 29 for the chassis vibrations. Suitable for this purpose are, for example, mechanical or electrical, directly or indirectly length-measuring sensors or Doppler sensors of the type described above. All conceivable emergency situations can thus be adequately detected and thus optimally effective correction signals can be generated.

Um den erforderlichen Aufwand jedoch noch weiter zu reduzieren, macht sich die Erfindung noch folgende Erkenntnisse zunutze:However, to reduce the effort required even further, the invention also uses the following findings:

  • - Zur Erzeugung voll ausreichender Korrektursignale ist eine exakte Erfassung der Störgröße nicht erforderlich. Fällt nämlich Abdrift 54 b oder Schlupf 54 a bzw. die Bremskraft beim Blockieren unter einen bestimmten Wert, so tritt wegen des dann erfolgenden Übergangs von Gleit- zu Haftreibung plötzlich wieder reguläres Fahrverhalten auf.- An exact recording of the disturbance variable is not necessary to generate fully sufficient correction signals. If drift 54 b or slip 54 a or the braking force when blocking falls below a certain value, then, due to the transition from sliding friction to static friction, regular driving behavior suddenly occurs again.
  • - In vielen Notfallsituationen tritt nur eines der beiden irregulären Fahrverhalten auf. Oft sind dabei auch die Fahrwerkschwingungen klein. - In many emergency situations, only one of the two irregular ones occurs Driving behavior. The chassis vibrations are often also small.  
  • - Auch wenn Abdrift 54 b, Schlupf 54 a bzw. Blockieren und Fahrwerkschwingungen gleichzeitig auftreten und nur qualitativ gemessen werden, reagiert der Schlupf 54 a bzw. das Blockieren der Räder 11 sehr schnell auf entsprechende Korrektursignale, z.B. Schubreduzierung oder -abschaltung bzw. Bremskraftverringerung, so daß sehr bald nur mehr noch die Abdrift 54 b als Störgröße übrig bleibt.- Even if drift 54 b , slip 54 a or blocking and chassis vibrations occur at the same time and are only measured qualitatively, the slip 54 a or blocking of the wheels 11 reacts very quickly to corresponding correction signals, for example reducing or switching off thrust or reducing braking force, so that very soon only the drift 54 b will remain as a disturbance variable.

In allen diesen Fällen genügt jedoch die vorbeschriebene Anordnung eines einzigen Dopplersensors 30, um praktisch alle notwendigen Meßsignale an die Steuerungseinheit 22 zur Erzeugung von wirksamen Korrektursignalen an das Servosystem 20 des Kraftfahrzeuges 10 zu liefern.In all of these cases, however, the arrangement of a single Doppler sensor 30 described above is sufficient to supply practically all the necessary measurement signals to the control unit 22 for generating effective correction signals to the servo system 20 of the motor vehicle 10 .

Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht unter Verzicht auf Schlupfmessung die Anordnung des Dopplersensors 30 an der Hinterachse 12 des Kraft­ fahrzeuges 10 nur mit Blickrichtung 51 b quer zur Fahrtrichtung vor. Dadurch wird der bei manchen Fahrzeugtypen besonders wichtige Fall des Einsetzens der Abdrift 54 b oder Schleuderbewegung an der Hinterachse 12 optimal erfaßt. Die Richtung der gemessenen Abdrift 54 b leitet die Steuerungseinheit 22 aus dem sie verursachenden Lenkeinschlag 50 bzw. bei bereits andauernder Abdrift 54 b aus ihrer bisherigen Richtung, Änderungs­ geschwindigkeit etc. ab.Another embodiment provides for the absence of slip measurement, the arrangement of the Doppler sensor 30 on the rear axle 12 of the motor vehicle 10 only with viewing direction 51 b transverse to the direction of travel. As a result, the case of the onset of the drift 54 b or skid movement on the rear axle 12 , which is particularly important in some vehicle types, is optimally recorded. The direction of the measured drift 54 b is derived by the control unit 22 from the steering angle 50 causing it or, in the case of ongoing drift 54 b, from its previous direction, rate of change etc.

Es ist sicherlich vorteilhaft, einen gewissen Toleranzspielraum vorzu­ sehen, innerhalb dessen die Korrektursignale entweder ganz unterdrückt oder nur dem Fahrer angezeigt werden. Auch ein vom Fahrer gewünschtes vollständiges oder teilweises Übersteuern der Korrekturautomatik ist ohne weiteres durchführbar.It is certainly advantageous to have a certain margin of tolerance see within which the correction signals are either completely suppressed or only be shown to the driver. Also one requested by the driver complete or partial override of the automatic correction is without further feasible.

Die Sensoren, insbesondere der einzige Dopplersensor 30 des speziellen Ausführungsbeispiels, sind in einfacher Weise, d.h. mit einfachen mecha­ nischen und elektrischen Schnittstellen einbaubar. Manuelle Justierung und Kalibration der Sensoren sind nicht erforderlich. Die Steuerungseinheit 22 enthält stattdessen eine Untereinheit 22 c für Selbstkalibration und Funk­ tionstest, welche automatisch in größeren Abständen, z.B. bei Beginn jeder neuen Fahrt durch die Recheneinheit 22 d aktiviert wird. Sie überprüft zunächst, ob reguläres Fahrverhalten vorliegt, was bei Fahrtbeginn in der Regel der Fall ist, und kalibriert danach die Sensorsignale. Da die Messung der Dopplerfrequenz wie jede Frequenzmessung sehr präzise z.B. mittels eines in der Untereinheit 22 a enthaltenen Frequenz- oder Spektrum­ analysators erfolgt, ergibt sich der Einfluß der Sensorblickrichtung auf den gesuchten Meßwert direkt durch Vergleich mit den Meßwerten des Sensor­ systems 21, also den Sensoren für die Drehzahlen von Rädern und Antrieben sowie für den Lenkeinschlag. Ebenso werden das Schwingungsverhalten des Fahrwerkes geprüft und die für seine Analyse benötigten Systemkonstanten neu kalibriert. Bleiben die kalibrierten Werte innerhalb eines vorge­ gebenen Bereichs, wird dies als teilweiser Funktionstest gewertet. Dieser wird vervollständigt durch übliche elektronische Selbsttests sowie eine Bewertung der empfangenen Laserleistung, um Hinweise auf eine eventuelle Verschmutzung der Sensoroptik 44 trotz geeigneter Schutzmaßnahmen zu erhalten.The sensors, in particular the only Doppler sensor 30 of the special embodiment, can be installed in a simple manner, ie with simple mechanical and electrical interfaces. Manual adjustment and calibration of the sensors are not necessary. The control unit 22 instead contains a sub-unit 22 c for self-calibration and function test, which is automatically activated at larger intervals, for example at the start of each new journey by the computing unit 22 d . It first checks whether there is regular driving behavior, which is usually the case at the start of the journey, and then calibrates the sensor signals. Since the measurement of the Doppler frequency occurs as each frequency measurement very precisely, for example by means of a in the sub unit 22 a frequency contained or spectrum analyzer, the influence of the sensor line of sight direction of the desired measured value is obtained directly by comparison with the measured values of the sensor system 21, that the sensors for the speeds of wheels and drives as well as for the steering angle. The vibration behavior of the chassis is also checked and the system constants required for its analysis recalibrated. If the calibrated values remain within a specified range, this is evaluated as a partial function test. This is completed by customary electronic self-tests and an evaluation of the laser power received in order to obtain information about possible contamination of the sensor optics 44 despite suitable protective measures.

Aufgrund der Forderung nach einer für Wasser durchlässigen Laserwellen­ länge ist der hier verwendete Laser 40 zunächst nicht prinzipiell augen­ sicher. Dies ist jedoch bei der hier vorgesehenen Anwendung wegen der bei Überlagerungsempfang und geringer Meßreichweite nur geringen Sendeleistung in der Praxis der Fall. Aus übergeordneten Sicherheitsgründen empfiehlt sich trotzdem eine geeignete Sicherheitsschaltung. Es ist daher vorgesehen, daß die Steuerungseinheit 22 bzw. ihre Recheneinheit 22 d den Laser 40 erst dann einschaltet, wenn die Zündung des Kraftfahrzeuges 10 eingeschaltet und der 1. Gang eingelegt ist.Due to the requirement for a water-permeable laser wave length, the laser 40 used here is initially not eye-safe in principle. However, this is the case in the application provided here because of the low transmission power in practice with overlay reception and a short measuring range. A suitable safety circuit is nevertheless recommended for overriding safety reasons. It is therefore provided that the control unit 22 or its computing unit 22 d only switches the laser 40 on when the ignition of the motor vehicle 10 is switched on and 1st gear is engaged.

Durch diese vorstehend offenbarten Maßnahmen ist ein Anti-Gleit-System für Kraftfahrzeuge (AGS) geschaffen, das ohne großen Aufwand auf glattester, beliebiger Fahrbahn die Absichten des Fahrers erkennt, bei seitlicher Abdrift oder durchdrehenden Rädern mit optimierter Regelcharakteristik korrigierend eingreift und damit zu einer generellen Richtungsstabili­ sierung des Fahrzeuges und einer Beherrschung von Notfallsituationen bei­ trägt. Die dabei präzise gemessene tatsächliche Über-Grund-Geschwindigkeit sowie die mit dem Beschleunigungssensor 29 a gemessene Beschleunigung des Fahrzeugs können überdies vorteilhaft in einem bordeigenen Navigations­ system verwendet werden und damit dessen Genauigkeit erheblich verbessern.Through the measures disclosed above, an anti-slip system for motor vehicles (AGS) is created that recognizes the driver's intentions with little effort on the smoothest, arbitrary road, intervenes correctively in the event of lateral drift or spinning wheels with optimized control characteristics and thus a general one Directional stabilization of the vehicle and control of emergency situations. The precisely measured actual ground speed as well as the acceleration of the vehicle measured with the acceleration sensor 29 a can moreover advantageously be used in an on-board navigation system and thus significantly improve its accuracy.

Claims (16)

1. Anti-Gleit-System (AGS) für Kraftfahrzeuge mit einem Servosystem für Antriebe, Lenkung und Bremsen, einem Sensorsystem zur Messung der Dreh­ zahlen von Rädern und Antrieben und einer mit beiden Systemen verbundenen Steuerungseinheit, dadurch gekennzeichnet, daß am Kraftfahrzeug (10) mindestens ein mit Laser (40) und Überlagerungsempfang arbeitender, mit eng gebündeltem Laserstrahl (45) schräg nach unten zum Boden (1) blicken­ der Dopplersensor (30, 30 a) angeordnet ist, daß der Lenkeinschlag (50) ebenfalls vom Sensorsystem (21) erfaßt, von der Steuerungseinheit (22) überwacht und über diese durch das Servosystem (20) beeinflußbar ist, daß die Steuerungseinheit (22) in ihrer Recheneinheit (22 d) die vom Lenkein­ schlag (50) und von der regulären Fahrzeuggeschwindigkeit (52) vorbe­ stimmte Krümmung der regulären Fahrspur (55) und damit die reguläre Quer­ geschwindigkeitskomponente (52 b) bei Kurvenfahrt berechnet, daß die Steuerungseinheit (22) mittels ihrer Untereinheit (22 a) zur Doppleranalyse und Geschwindigkeitsauswertung aus den Signalen des nahezu quer zur Fahrt­ richtung blickenden Dopplersensors (30) die wahre Quergeschwindigkeit (53 b) bestimmt, diesen Wert (53 b) von der regulären Quergeschwindigkeit (52 b) abzieht und die Differenz als seitliche Abdrift (54 b) aus der regulären Fahrspur (55) interpretiert, und daß die Steuerungseinheit (22) an das Servosystem (20) des Fahrzeuges (10) dieser Abdrift (54 b) entgegen­ wirkende Korrektursignale abgibt.1. Anti-slip system (AGS) for motor vehicles with a servo system for drives, steering and brakes, a sensor system for measuring the speed of wheels and drives and a control unit connected to both systems, characterized in that on the motor vehicle ( 10 ) the Doppler sensor ( 30 , 30 a ) is arranged so that the steering lock ( 50 ) is also provided by the sensor system ( 21 ) and at least one working with laser ( 40 ) and overlay reception, with narrowly focused laser beam ( 45 ) looks obliquely downwards towards the floor ( 1 ). detected, monitored by the control unit ( 22 ) and can be influenced by this by the servo system ( 20 ), that the control unit ( 22 ) in their computing unit ( 22 d ) from the steering lock ( 50 ) and from the regular vehicle speed ( 52 ) correct curvature of the regular lane ( 55 ) and thus the regular transverse speed component ( 52 b ) calculated when cornering that the control unit ( 22 ) by means of its subunit ( 22 a ) for Doppler analysis and speed evaluation from the signals of the Doppler sensor ( 30 ) which looks almost transversely to the direction of travel, determines the true transverse speed ( 53 b ), this value ( 53 b ) from the regular transverse speed ( 52 b ) subtracts and interprets the difference as a lateral drift ( 54 b ) from the regular lane ( 55 ), and that the control unit ( 22 ) transmits to the servo system ( 20 ) of the vehicle ( 10 ) this drift ( 54 b ) counteracting correction signals. 2. AGS nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinheit (22) aus den Signalen eines mit einer Richtungskomponente (51 a) in Fahrtrichtung blickenden Dopplersensors (30, 30 a) die wahre Vorwärts­ geschwindigkeit (53 a) und die daraus und aus dem Lenkeinschlag (50) resultierenden regulären Einzelradumdrehungen ermittelt, von diesen die mit den Sensoren (23 a-d) für Einzelradumdrehungen ermittelten Werte abzieht, die Differenzen als Schlupf (54 a) oder Blockieren der Räder (11) interpretiert und für die einzelnen Räder (11) individuell an das Servosystem (20) des Fahrzeuges (10) diesem Schlupf (54 a) bzw. Blockieren entgegenwirkende Korrektursignale abgibt. 2. AGS according to claim 1, characterized in that the control unit ( 22 ) from the signals of a with a directional component ( 51 a ) looking in the direction of travel Doppler sensor ( 30 , 30 a ) the true forward speed ( 53 a ) and from it and out regular steering wheel turns resulting from the steering lock ( 50 ), from which the values determined with the sensors ( 23 a - d ) for single wheel turns are deducted, the differences are interpreted as slip ( 54 a ) or locking of the wheels ( 11 ) and for the individual wheels ( 11 ) emits correction signals counteracting this slip ( 54 a ) or blocking individually to the servo system ( 20 ) of the vehicle ( 10 ). 3. AGS nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur genäherten Bestimmung von seitlicher Abdrift (54 b) und Schlupf (54 a) bzw. Blockieren ein einziger Dopplersensor (30) verwendet wird, dessen Blickrichtung (51) schräg nach unten Komponenten in Fahrtrichtung (51 a) und quer zu ihr (51 b) aufweist.3. AGS according to claims 1 and 2, characterized in that a single Doppler sensor ( 30 ) is used for the approximate determination of lateral drift ( 54 b ) and slip ( 54 a ) or blocking, the direction of view ( 51 ) obliquely downwards Components in the direction of travel ( 51 a ) and transverse to it ( 51 b ). 4. AGS nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (22 d) mit Speicher für die Steuerungseinheit (22) und ihre übrigen Untereinheiten (22 a, b, c) die benötigten Berechnungen durchführt, die benötigten Algorithmen, physikalischen Modelle, Systemparameter, Meßergebnisse etc. sowie die Ablaufsteuerung speichert und die Schnittstellen zwischen der Steuerungseinheit (22), dem Sensorsystem (21) und dem Servosystem (20) ansteuert.4. AGS according to claims 1 to 3, characterized in that the computing unit ( 22 d ) with memory for the control unit ( 22 ) and its other subunits ( 22 a , b , c ) performs the required calculations, the required algorithms, physical Models, system parameters, measurement results etc. as well as the sequence control are saved and the interfaces between the control unit ( 22 ), the sensor system ( 21 ) and the servo system ( 20 ) are controlled. 5. AGS nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinheit (22) mit ihrer Untereinheit (22 b) zur Schwingungsanalyse den zeitlichen Verlauf der gemessenen Dopplerfrequenz im Speicher der Rechnereinheit (22 d) abspeichert, analysiert und als Summe zweier Kurvenläufe berechnet, nämlich dem von Fahrwerkschwingungen und dem von Abdrift (54 b) oder Schlupf (54 a) bzw. Blockieren herrührenden Doppler­ frequenzverlauf, wobei die charakteristischen Parameter der physikalischen Modelle von Fahrwerkschwingungen, Abdrift (54 b), Schlupf (54 a) und Blockieren im Speicher der Recheneinheit (22 d) gespeichert sind.5. AGS according to claims 1 to 4, characterized in that the control unit ( 22 ) with its subunit ( 22 b ) for vibration analysis saves the time profile of the measured Doppler frequency in the memory of the computer unit ( 22 d ), analyzes and as the sum of two curves calculated, namely the Doppler frequency curve resulting from chassis vibrations and the Doppler resulting from drift ( 54 b ) or slip ( 54 a ) or blocking, the characteristic parameters of the physical models of chassis vibrations, drift ( 54 b ), slip ( 54 a ) and blocking are stored in the memory of the computing unit ( 22 d ). 6. AGS nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Kraftfahrzeug (10) eine zusätzliche Fahrwerksensorik (29) zur Messung der Fahrwerkschwingungen angeordnet ist, und daß der Steuerungseinheit (22) deren Signale zur Korrektur der gemessenen Dopplerfrequenzen zugeführt werden.6. AGS according to claims 1 to 5, characterized in that an additional chassis sensor system ( 29 ) for measuring the chassis vibrations is arranged on the motor vehicle ( 10 ), and that the control unit ( 22 ) whose signals are fed to correct the measured Doppler frequencies. 7. AGS nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dopplersensor (30) im Homodynempfang betrieben wird. 7. AGS according to claims 1 to 6, characterized in that the Doppler sensor ( 30 ) is operated in homodyne reception. 8. AGS nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der nahezu quer zur Fahrtrichtung blickende Dopplersensor (30) eine hiergegen kleine Richtungskomponente (51 a) in Fahrtrichtung aufweist, die jedoch derart groß gewählt wird, daß bei nahezu allen realistischen Fahrbedingungen die von der Fahrgeschwindigkeit (52) herrührende Dopplerfrequenz größer ist als die von Fahrwerkschwingungen und seitlicher Abdrift (54 b) herrührende Dopplerfrequenz.8. AGS according to claims 1 to 7, characterized in that the Doppler sensor ( 30 ) which looks almost transversely to the direction of travel has an opposite small directional component ( 51 a ) in the direction of travel, which, however, is chosen to be so large that the in almost all realistic driving conditions the Doppler frequency originating from the driving speed ( 52 ) is greater than the Doppler frequency originating from chassis vibrations and lateral drift ( 54 b ). 9. AGS nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dopplersensor (30) an der Hinterachse (12) des Kraftfahrzeuges (10) angeordnet ist, daß er nur eine Blickkomponente (51 b) genau quer zur Fahrtrichtung hat, und daß die Steuerungseinheit (22) die Richtung der gemessenen Abdrift (54 b) aus der Richtung des Lenkeinschlages (50) sowie aus dem bisherigen, im Speicher der Recheneinheit (22 d) gespeicherten Verlauf der gemessenen Abdrift (54 b) ableitet.9. AGS according to claims 1 to 7, characterized in that the Doppler sensor ( 30 ) is arranged on the rear axle ( 12 ) of the motor vehicle ( 10 ), that it has only one viewing component ( 51 b ) exactly transverse to the direction of travel, and that the control unit (22) the direction of the measured drift is derived (54 b) from the direction of the steering lock (50) and from the previously stored in the memory of the computing unit (22 d) course of the measured drift (54 b). 10. AGS nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinheit (22) eine Untereinheit (22 c) für Selbstkalibration und Funktionstest enthält, die automatisch in größeren Abständen und bei regulärem Fahrverhalten von der Recheneinheit (22 d) aktiviert wird.10. AGS according to claims 1 to 9, characterized in that the control unit ( 22 ) contains a subunit ( 22 c ) for self-calibration and function test, which is automatically activated at greater intervals and with regular driving behavior by the computing unit ( 22 d ). 11. AGS nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Untereinheit (22 a) zur Doppleranalyse und Geschwindigkeitsauswertung ein Frequenzmeßgerät wie Spektrumanalysator, Filterbank etc. aufweist.11. AGS according to claims 1 to 10, characterized in that the subunit ( 22 a ) for Doppler analysis and speed evaluation has a frequency measuring device such as a spectrum analyzer, filter bank, etc. 12. AGS nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Laser (40) ein hinreichend frequenzstabiler Laser mit einer für Wasser durchlässigen Wellenlänge, insbesondere ein kontinuierlich emittierender GaAlAs-Halbleiterlaser verwendet wird.12. AGS according to claims 1 to 11, characterized in that a sufficiently frequency-stable laser with a wavelength permeable to water, in particular a continuously emitting GaAlAs semiconductor laser, is used as the laser ( 40 ). 13. AGS nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichzeitigem Auftreten zweier Dopplerfrequenzen bei einem Dopplersensor (30) die Untereinheit (22 a) die zeitlichen Verläufe der den beiden Dopp­ lerfrequenzen zugehörenden Empfangsintensitäten im Speicher der Rechen­ einheit (22 d) abspeichert, und daß die Recheneinheit (22 d) anhand eines physikalischen Modells eine der den beiden Dopplerfrequenzen als diejenige identifiziert, die der wahren Fahrzeuggeschwindigkeit (53) relativ zum Boden (1) entspricht. 13. AGS according to claims 1 to 12, characterized in that when two Doppler frequencies occur at the same time in a Doppler sensor ( 30 ), the subunit ( 22 a ) shows the temporal profiles of the reception intensities associated with the two Doppler frequencies in the memory of the computing unit ( 22 d ) stores, and that the computing unit ( 22 d ) uses a physical model to identify one of the two Doppler frequencies as that which corresponds to the true vehicle speed ( 53 ) relative to the ground ( 1 ). 14. AGS nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß am Fahrzeug (10) ein Beschleunigungssensor (29 a) angeordnet ist, und daß bei gleichzeitigem Auftreten zweier Dopplerfrequenzen bei einem Dopplersensor (30) die Steuereinheit (22) diejenige als die der wahren Fahrzeug­ geschwindigkeit (53) entsprechende Dopplerfrequenz identifiziert, deren zeitliche Ableitung sich in gleicher Weise wie die Meßwerte des Beschleunigungssensors (29 a) verhalten.14. AGS according to claims 1 to 13, characterized in that an acceleration sensor ( 29 a ) is arranged on the vehicle ( 10 ), and that when two Doppler frequencies occur at the same time in a Doppler sensor ( 30 ), the control unit ( 22 ) than that of true vehicle speed ( 53 ) corresponding Doppler frequency identified, the time derivative of which behave in the same way as the measured values of the acceleration sensor ( 29 a ). 15. AGS nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinheit (22) durch ihre Recheneinheit (22 d) den Laser (40) erst dann einschaltet, wenn die Zündung des Kraftfahrzeuges (10) eingeschaltet und der 1. Gang eingelegt ist.15. AGS according to claims 1 to 14, characterized in that the control unit ( 22 ) by its computing unit ( 22 d ) turns on the laser ( 40 ) only when the ignition of the motor vehicle ( 10 ) is switched on and the 1st gear is engaged is. 16. AGS nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessene wahre Fahrzeuggeschwindigkeit (53) sowie gegebenenfalls die vom Beschleunigungssensor (29 a) gemessenen Signale einem bordeigenen Navigationssystem zugeführt werden.16. AGS according to claims 1 to 15, characterized in that the measured true vehicle speed ( 53 ) and optionally the signals measured by the acceleration sensor ( 29 a ) are fed to an on-board navigation system.
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