Hi!
Ich hoffe mal, ich bin hier im richtigen Unterforum gelandet. Hat auf
jedenfall mit Mikrocontrollern und Elektronik zu tun.
Ich stelle mir schon länger die Frage, wie das ABS/ESP/etc. Steuergerät
z.B. blockierende Reifen erkennt und wie das ESP ein ausbrechendes
Fahrzeug erkennt.
Zuerst zum ABS:
Bei Wikipedia steht, dass das Blockieren über das unverhältnismäßige
Abfallen der Drehzahl eines Rades erkannt wird.
Funktioniert, wenn ein Rad auf einem Untergrund mit einem niedrigeren
Haftreibungskoeffizienten steht.
Üblicherweise blockieren aber eher mehrere Räder gleichzeitig, oder etwa
nicht?
Man könnte natürlich das Blockieren feststellen, indem man feststellt ob
eine Verzögerung in Längsrichtung vorhanden ist, obwohl die Reifen
stehen. Das würde heissen, dass die Reifen gleiten. Funktioniert aber
nur bei 100%ig ebener Fahrbahn. Am Berg gehts nicht.
Nun zum ESP:
Wie kann ein nicht erwünschtes Drehen des Fahrzeugs festgestellt werden?
Meine Idee wäre, dass man mit Hilfe von Lenkwinkelsensor, exakter
aktueller Geschwindigkeit und der aktuellen Winkelgeschwindigkeit um die
Hochachse des Fahrzeugs die SOLL Winkelgeschwindigkeit mit der IST
Winkelgeschwindigkeit vergleichen könnte. IST Winkelgeschwindigkeit aus
Winkel der Vorderräder und Geschwindigkeit. Auch eher unpraktikabel, da
man ja die exakte aktuelle Geschwindigkeit braucht. Auch fährt das Auto
ja nicht wie auch Schienen, sonder hat auch im normalen Zustand bisschen
Schlupf.
Wie wird sowas gemacht? Gibts hier eventuell Leute, die sich da näher
auskennen und mir erklären könnten wie das in der Realität funktioniert?
Grüße!
Hi!
Danke für die Antwort, Jaxoc!
Dass dies über die Drehrate geht, hatte ich ja im Eingangspost schon
vermutet. Dass man die Drehrate aus einem Gyroskop kriegt ist eigentlich
klar.
Was aber meine eigentliche Fragestellung war:
Wie bekomme ich aus meiner aktuellen Drehrate und den sonstigen
Parametern wie z.B. Geschwindigkeit, Lenkwinkel, etc. die Info, ob das
Fahrzeug ausgebrochen ist, oder nicht?
Grüße!
Danke auch für deine Antwort, Floh!
Steht ja auch so im Eingangspost vermutet. Aber ist es nicht so, dass
oft alle Räder gleichzeitig blockieren?
Grüße!
Wenn das Fahrzeug schon richtig ausgebrochen ist, ist es schon für alles
zu spät, da kann das ESP nichts mehr machen.
Im Endeffekt läuft ein Einspurmodell (-->Wiki) im Steuergerät mit und
macht einen Soll-Ist-Vergleich.
> Aber ist es nicht so, dass> oft alle Räder gleichzeitig blockieren?
Dann fliegt man sofort ab wenn man leicht lenkt oder der Untergrund
nicht homogen ist (Hinerrad blockiert, Spurstabilität ist weg). Zuerst
blockiert ein Vorderrad (per Bremskraftverteilung ist vorne die größere
Bremskraft), und auch da normal nur eines. Ist aber im prinzip egal ob
eines oder beide. Wenn Raddrehzahl gegen 0 geht aber noch
Längsbeschleunigung da ist greift das ABS ein und vermindert den
Bremsdruck bei dem Rad das ins Blockieren übergeht.
Das mit der Ableitung der Drehzahl klingt sehr gut. Hätte ich auch
irgendwie selber draufkommen können.
Das heisst man kann grob sagen, dass wenn die Drehzahländerung einen
gewissen Wert übersteigt liegt ein Blockieren vor?
rcc schrieb:> Wenn Raddrehzahl gegen 0 geht aber noch> Längsbeschleunigung da ist greift das ABS ein und vermindert den> Bremsdruck bei dem Rad das ins Blockieren übergeht.
Die Vermutung hatte ich ja geäussert. Funktioniert halt nur bei ebenem
Fahrzeug, wenn du am Berg stehst hast du ja immer eine Beschleunigung in
Längsrichtung ("Hangabtriebskraft").
Das Steuergerät würde ja beim Stehen am Berg denken, dass alle Reifen
blockiert sind (Reifen stehen, Beschleunigung vorhanden)?
Einspurmodell hatte ich schonmal angesehen, werde da wohl nochmal tiefer
einsteigen müssen?
Gibt es evtl. da irgendwelche Bücher zu dem Thema? Sonstige
Publikationen?
Ich sollte mal einen Sensor an jedes Rad von meinem Auto packen,
zusammen mit einem Gyro- und Beschleunigungssensor und im Schnee ein
paar Daten sammeln. Hab nur keine Zeit :-/
Grüße!
Es gibt sehr umfangreiche technische Dokumentationen von Bosch zu dem
Thema, ob es die irgendwo im Internet gibt oder ob man die kaufen kann,
habe ich keine Ahnung.
Nicht ganz so umfangreich aber ein guter Einstieg in das Thema ist
m.M.n. "Fahrstabilisierungssysteme und Fahrerassistenzsysteme" von
Konrad Reif.
Einfach auch mal bei
http://www.bosch-kraftfahrzeugtechnik.de/de/de/homepage/homepage_1.html
umschauen.
Student schrieb:> Die Vermutung hatte ich ja geäussert. Funktioniert halt nur bei ebenem> Fahrzeug, wenn du am Berg stehst hast du ja immer eine Beschleunigung in> Längsrichtung ("Hangabtriebskraft").
Ist egal: Fahrzeug bewegt sich noch (Hinterrad dreht sich)+Auswertung
der Momentenvorgabe vom Fahrer --> ABS wenns ans blockieren geht.
Neigung vom Fahrzeug in die Raumrichtungen wird heute auch gemessen und
geht inzwischen auch mit ein.
Johannes M. schrieb:> Nicht ganz so umfangreich aber ein guter Einstieg in das Thema ist> m.M.n. "Fahrstabilisierungssysteme und Fahrerassistenzsysteme" von> Konrad Reif.
Werde ich mir morgen mal besorgen!
rcc schrieb:> ach ja, wenn ich im Fahrzeug die Beschleunigung messe und das Fahrzeug> steht ist die Beschleunigung immer 0, egla wie schief das Fahrzeug> steht.M. H. schrieb:> Es gibt auch noch die Erdbeschleunigung...
Genau das war ja mein Einwand für die Situation am Berg.
rcc schrieb:> Neigung vom Fahrzeug in die Raumrichtungen wird heute auch gemessen und> geht inzwischen auch mit ein.
Wie soll das gehen? Wie kann man bei bewegtem Fahrzeug die Position im
Raum bestimmen? Einmal auf flachem Boden die IMU "nullen" und dann
aufintegrieren? Sicher nicht.
Bei Beschleunigungssensoren gibts das Problem mit der Erdbeschleunigung,
die ja immer mitgemessen wird. oder gibts einen Weg, die
Erdbeschleunigung zu ignorieren?
Grüße!
M. H. schrieb:> Es gibt auch noch die Erdbeschleunigung... Und die wirkt sich auch auf> die in X Richtung aus wenn das Fahrzeug schief steht.
Die ist aber konstant und wird rausgerechnet.
rcc schrieb:> M. H. schrieb:>> Es gibt auch noch die Erdbeschleunigung... Und die wirkt sich auch auf>> die in X Richtung aus wenn das Fahrzeug schief steht.>> Die ist aber konstant und wird rausgerechnet.
Nur müsste man dazu die neigung des Autos kennen.
Neigung, Beschleunigung längs und quer, Geschwindigkeit über die
Raddrehzahlen, Erdbeschleunigung und noch a paar Sachen kennt man. Der
Rest ist geschickte Signalverarbeitung.
rcc schrieb:> Neigung, Beschleunigung längs und quer, Geschwindigkeit über die> Raddrehzahlen, Erdbeschleunigung und noch a paar Sachen kennt man. Der> Rest ist geschickte Signalverarbeitung.
Neigung woher?
Geschwindigkeit über die Raddrehzahlen ist leider auch nicht wirklich
eindeutig. Bisschen Schlupf ist ja immer vorhanden. Oder lässt sich das
gut genug rausfiltern? Also bspw. den schnellsten und langsamsten Wert
rausschmeissen und dann das Arithmetisches Mittel bilden?
Student schrieb:>> Neigung, Beschleunigung längs und quer, Geschwindigkeit über die>> Raddrehzahlen, Erdbeschleunigung und noch a paar Sachen kennt man. Der>> Rest ist geschickte Signalverarbeitung.> Neigung woher?
Wenn ich auf der Z-Achse weniger beschleunigung als 9,81m/s² messe und
sich der Rest auf die X oder Y-Achse verteilt, kann ich doch daraus den
Winkel berechnen.
ESP wird vermutlich mit nem Beobachter gelöst, funktioniert dann auch
wenn man weniger Messgrößen hat als eigentlich für die Regeleung
notwendig.
Nur wenn du lenkst erkennt ESP das die Richtung nicht stimmt. Wenn das
Auto ausbricht, und du lenkst nicht, dann setzt das ESP auch nicht ein.
Kann man bei den Eis & Schnee Fahrtechnikkursen leicht feststellen.
Zum ABS.
An jedem Rad befindet sich ein Sensor der die Radbewegung erfasst.
Typischerweise mit einer Auflösung von ca. 100 Impulsen pro
Radumdrehung.
Diese einzelnen Radgeschwindigkeiten sind die wichtigsten Signale fürs
ABS.
Wird hier ein signifikanter Abfall gemessen wird das ABS den Bremsdruck
an diesem Rad reduzieren.
Dazu kommt dann noch ein Fahrzeugmodel.
Hier wird aus den diversen Signalen die im Fahrzeug verfügbar sind die
wahrscheinliche Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet.
Der Vergleich dieser Fahrzeuggeschwindigkeit mit den gemessenen
Radgeschwindigekeiten sind die 2. Eingangsgröße für das ABS.
Im Endeffekt ist es wie bei jedem Regelkreis der Vergleich zwischen IST
und SOLL Wert .
Die SOLL Wert Ermittlung ist dann allerdings das Betriebsgeheimis der
einzelnen Hersteller.
Die Bremskraftverteilung Vorne - Hinten geht mittlerweile fast
vollständig über das ABS. Also das ist kein Reduzierventil mehr drin wie
es sie Fahrzeuge vor ABS noch hatten.
Der einzige Unterschied in der Bremsauslegung Vorne - Hinten ist die
Größe der Bremsscheibe / Beläge.
Steigung und Gefälle der Straße haben hier keine Bedeutung. Das gleicht
der Regelkreis aus.
Das blockieren aller 4 Räder gleichzeitig wird es niemals geben, ein
wenn auch sehr kleiner Zeitversatz ist immer da.
Ein ABS regelt mit einer Frequenz von ca. 100 - 200 HZ.
Zum ESP.
Auch hier ein Regelgkreis mit Soll - Ist Wertvergleich.
Istwert :
Die gemessenen Werte der Beschleunigungs- und Gierraten Sensoren.
Dies entspricht der wahren Fahrzeugbewegung.
Sollwert:
Aus Lenkwinkel, Gas und Bremspedal Position, Motordrehzahl,
Getriebeposition ,........ wird in einem Model berechnet was der Fahrer
mit dem Auto jetzt gerade machen will.
Dieses Model hat auch gewissen Ähnlichkeiten mit einer
Kristallkugel......
Aber auch hier, wie dieses Model aufgebaut ist ist das Betriebsgeheimnis
der Hersteller.
Aber wie weiter oben schon erwähnt hat BOSCH da einiges recht gutes
Infomaterial zu bieten.
zb hier:
http://www.bosch-kraftfahrzeugtechnik.de/de/de/specials/specials_for_more_driving_safety/bosch_abs_1/abs_startpage.html
Student schrieb:> Johannes M. schrieb:>> Nicht ganz so umfangreich aber ein guter Einstieg in das Thema ist>> m.M.n. "Fahrstabilisierungssysteme und Fahrerassistenzsysteme" von>> Konrad Reif.>> Werde ich mir morgen mal besorgen!
War soweit ich das gesehen habe leider vergriffen. Werde aber weiter
danach Ausschau halten. Habe aber das Kraftfahrtechnische Handbuch von
Bosch ausgeliehen, da steht auch schon einiges drinnen.
X2 schrieb:> ESP wird vermutlich mit nem Beobachter gelöst, funktioniert dann auch> wenn man weniger Messgrößen hat als eigentlich für die Regeleung> notwendig.
Was ist so ein "Beobachter"? Tut mir leid, aber nach etwas googlen bin
ich noch nicht dahinter gekommen.
peter schrieb:> Nur wenn du lenkst erkennt ESP das die Richtung nicht stimmt. Wenn das> Auto ausbricht, und du lenkst nicht, dann setzt das ESP auch nicht ein.> Kann man bei den Eis & Schnee Fahrtechnikkursen leicht feststellen.
Interessant! Dabei wäre es doch ein leichtes, im Geradeauslauf jegliches
Gieren zu unterdrücken? Würde beim starken Anfahren/Bremsen auf leicht
unterschiedlichen Untergründen links und rechts sicher helfen...
pko pprasch schrieb:> Zum Thema ESP:>> Youtube-Video "ESP von Bosch"
Danke! Soweit klar wie das funktioniert.
Springender Punkt: "Das Steuergerät errechnet aus den Sensorsignalen
wann und wie es eingreifen muss"
Das ist mir immernoch nicht so ganz klar.
Ralph schrieb:> Istwert :> Die gemessenen Werte der Beschleunigungs- und Gierraten Sensoren.> Dies entspricht der wahren Fahrzeugbewegung.
Danke Ralph, für die ausführliche Antwort!
Mir ist noch nicht ganz klar, wofür der Querbeschleunigungssensor dient.
Könnte mir lediglich vorstellen, dass man mit Geschwindigkeit und
Querbeschleunigung die Drehrate bestimmen könnte und damit die Drehrate
aus dem Gyroskop verbessern könnte?
Das ESP bekommt seine Meßwerte aus dem sog. Gierratensensor.
(Der hat nichts mit Manager-Gehältern zu tun) SCNR
Dieser Sensor ist am Boden des Fahrgastraumes meist unter dem
Beifahrersitz
zu finden. Im gleichen Gehäuse befindet sich bei meinem Fahrzeug auch
der
Beschleunigungssensor.
Diese beiden Biester funktionieren nach dem Prinzip einer Stimmgabel,
deren
Frequenz sich mit der Beschleunigung respektive Gierrate ändert.
MfG Paul
Nicht nur Bosch baut Bremsssteme (und schreibt Bücher darüber), Conti
kann das auch ;-)
(http://www.amazon.de/Bremsenhandbuch-Grundlagen-Komponenten-Fahrdynamik-MTZ-Fachbuch-ebook/dp/B00DEHFA1K/ref=dp_kinw_strp_1).
>Springender Punkt: "Das Steuergerät errechnet aus den Sensorsignalen>wann und wie es eingreifen muss">Das ist mir immernoch nicht so ganz klar.
Das ist, wie schon oben mehrmals beschrieben, das Betriebsgeheimnis der
Hersteller.
Neben den physikalischen Größen (Raddrehzahlen, XYZ-Beschleunigungen,
Lenkwinkel,...) läuft ein Fahrzeugmodell (Beobachter). Dieses wird auf
das jeweilige Fahrzeug abgestimmt und berücksichtigt z.B.
Fahrzeuggewicht, Abstand zwischen den Achsen, Motorleistung, Position
der Beschleunigungssensorik (die ist typischerweise nicht im
Fahrzeugschwerpunkt montiert), usw.) Insgesammt gibt es mehrere tausend
Parameter über die man (=der Herrsteller, nicht du!) das Modell an ein
bestimmtes Fahrzeug anpassen kann.
Student schrieb:> Danke! Soweit klar wie das funktioniert.> Springender Punkt: "Das Steuergerät errechnet aus den Sensorsignalen> wann und wie es eingreifen muss"> Das ist mir immernoch nicht so ganz klar.
Das ist ja auch das Magische dran. Die paar Sensoren zusammenkloppen und
auslesen kann ja jeder. Dann wirds ja erst spannend. Meinst du das kann
dir jetzt jemand in 2 Sätzen erklären?
Student schrieb:> Mir ist noch nicht ganz klar, wofür der Querbeschleunigungssensor dient.> Könnte mir lediglich vorstellen, dass man mit Geschwindigkeit und> Querbeschleunigung die Drehrate bestimmen könnte und damit die Drehrate> aus dem Gyroskop verbessern könnte?
Ach das ist nur etwas einfache Physik. Die ist für alle Hersteller
gleich.
Fährt ein Körper eine Kreisbewegung ergeben sich daraus einige
charakteristische Meßgrößen.
* Umfang des Kreises
* Radius
* Geschwindigkeit der Kreisbewegung ==> Grad pro Sekunde ; Gierrate
* aus Radius und Geschwindigkeit ergibt sich die Querbeschleunigung.
* Die Veränderung der Geschwindigkeit ergibt die Längsbeschleunigung
Jetzt lässt sich aus den Radgeschwindigkeiten, Lenkwinkel,
Fahrzeugeometrie ... ebenfalls Gierrate und Beschleunigungen berechnen.
Das ist die gleiche Physik wie oben beschrieben nur von der anderen
Seite kommend.
a) Die gemessenen Werte aus dem Sensoren, Beschleunigung und Gierate ,
beschreiben das Verhalten des Fahrzeugs.
b) Die berechneten Werte aus Radgeschwindigkeiten, Lenkwinkel,.....
beschreiben das Fahrzeugverhalten das der Fahrers haben will.
Das Ziel des ESP ist es, die Differenz zwischen a) und b) so klein wie
möglich zu halten.
Aber wie das miteinander verarbeitet/vergleichen wird ist das Geheimnis
/Unterschied der einzelnen Hersteller.
Das wird dir niemand erklären, zumindest wenn er noch länger bei einem
solchen Unternehmen arbeiten will.
Student schrieb:> peter schrieb:>> Nur wenn du lenkst erkennt ESP das die Richtung nicht stimmt. Wenn das>> Auto ausbricht, und du lenkst nicht, dann setzt das ESP auch nicht ein.>> Kann man bei den Eis & Schnee Fahrtechnikkursen leicht feststellen.>> Interessant! Dabei wäre es doch ein leichtes, im Geradeauslauf jegliches> Gieren zu unterdrücken? Würde beim starken Anfahren/Bremsen auf leicht> unterschiedlichen Untergründen links und rechts sicher helfen...
Ein ESP wird immer eingreifen wenn die Fahrzeugbewegung und die Eingaben
des Fahrers um ein bestimmtes Maß von einander abweichen.
Wo diese Eingriffsschwelle liegt ist bei jedem Fahrzeug unterschiedlich.
Bei einem Sportwagen liegt die Schwelle eher hoch ==> "Fahrspass",
Driften
Bei einer braven Familienkutsche liegt diese Schwelle eher niedrig. ==>
Stabilität
Dann kommt es noch darauf an wie der Fahrzeughersteller das ESP
eingestellt haben will.
Eher die Sportliche Variante, oder eher die komfortable, oder ........
