Fahrdynamikregelung

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln der Fahrdynamik eines Fahrzeugs, mit Mitteln zum Erfassen wenigstens einer einen Fahrzustand repräsentierenden Fahrzustandsgröße und mit einem Fahrdynamikregler zum Ermitteln eines Zusatzlenkwinkels, nach dessen Maßgabe eine Lenkbewegung zusätzlich zu der durch einen Fahrzeugführer kommandierten Lenkbewegung ausführbar ist. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Regeln der Fahrdynamik, zu dessen Durchführung die Vorrichtung geeig- net ist.

Zur Beeinflussung der Horizontaldynamik eines Fahrzeugs werden heute Regelsysteme eingesetzt, die üblicherweise auf der Basis einer Gierratenregelung Eingriffe in das Bremsensystem und das Motormanagement des Fahrzeugs vornehmen. Diese Eingriffe führen jedoch zu einer Fahrzeugverzögerung bzw. zu Längskraft- schwankungen, die für den Fahrzeugführer deutlich spürbar sind, und können daher aus Komfortgründen nur in fahrdynamisch kritischen Situationen zur Stabilisierung des Fahrzeugs einge- setzt werden.

Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, dass eine Fahrdynamikregelung im Bereich unkritischer Fahrzustände vorgenommen wird, um das Fahrzeughandling zu verbessern und die Agilität zu erhöhen. Als geeignet haben sich in diesem Zusammenhang Lenkeingriffe erwiesen, bei denen mittels einer so genannten aktiven Lenkung fahrerunabhängige Lenkbewegungen ausgeführt werden, die von dem Fahrzeugführer nicht als Komfortbeeinträchtigung wahrgenommen werden.

Eine auf Lenkeingriffen basierende Fahrdynamikregelung ist dabei sowohl dazu in der Lage, Fahrzeuginstabilitäten im Bereich kritischer Fahrzustände auszuregeln als auch das Fahrverhalten des Fahrzeugs im Bereich unkritischer Fahrzustände, der im Folgenden als Handlingbereich bezeichnet wird, zu verbessern. Die Anforderungen an das Regelungssystem unterscheiden sich jedoch in den verschiedenen Fahrzustandsbereichen deutlich.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zum Regeln der Fahrdynamik eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 15 zu schaffen, bei denen die Lenkeingriffe möglichst optimal an den vorliegenden Fahrzustandsbereich angepasst werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Vorrichtung zum Regeln der Fahrdynamik eines Fahrzeugs wenigstens zwei Regeleinheiten umfasst, die jeweils einem Fahrzustandsbereich zugeordnet sind, dass die Vorrichtung ein Be- Stimmungsmittel zum Bestimmen eines vorliegenden Fahrzustandes aufweist, in dem der vorliegende Fahrzustand ausgehend von der Fahrzustandsgröße ermittelbar ist, und dass die Vorrichtung

ein mit dem Bestimmungsmittel in Verbindung stehendes Aktivierungsmittel aufweist, mit dem eine Regeleinheit freischaltbar ist, die dem ermittelten Fahrzustandsbereich zugeordnet ist.

Ferner wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Zusatzlenkwinkel bei dem Verfahren in wenigstens zwei Regeleinheiten bestimmt wird, dass ausgehend von der Fahrzustandsgröße ein Fahrzustandsbereich ermittelt wird und dass jeweils die Regeleinheit frei geschaltet wird, die dem ermittelten Fahrzu- Standsbereich zugeordnet ist. Nach der Freischaltung kann die von der entsprechenden Regeleinheit bestimmte Stellgröße an das Aktuatorsystem übermittelt werden.

Die Erfindung ermöglicht es, verschiedene Regeleinheiten zum Ermitteln des Zusatzlenkwinkels vorzusehen, die jeweils an einen bestimmten Fahrzustandsbereich angepasst sind. Die Freischaltung der verschiedenen Regeleinheiten in den ihnen zugeordneten Fahrzustandsbereichen wird durch das Aktivierungsmittel vorgenommen, das dafür auf die Ergebnisse einer Fahrzu- Standsbereichsermittlung zurückgreift.

Mit Vorteil werden damit ein Regelungssystem und ein Regelungsverfahren bereitgestellt, die optimal an die unterschiedlichen Anforderungen angepasst werden können, die in den ver- schiedenen Fahrzustandsbereichen bestehen. Das Regelungssystem weist zudem eine besonders einfache Struktur auf. Es ist damit besonders einfach herzustellen und an das konkrete Einsatzgebiet, insbesondere an den konkreten Fahrzeugtyp, in dem es zum Einsatz gelangen soll, anzupassen.

Unter einem Fahrzustandsbereich wird im Rahmen der Erfindung insbesondere eine vorgebbare Menge von Fahrzuständen verstan-

den. Charakterisiert werden die Fahrzustandsbereiche beispielsweise durch vorgegebene Schwellenwerte einer oder mehrerer Fahrzustandsgrößen .

Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, dass zumindest ein Handlingbereich und ein Bereich kritischer Fahrzustände als Fahrzustandsbereiche unterschieden werden, in denen jeweils unterschiedliche Regelungsziele vorgegeben werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher eine erste Regeleinheit des Fahrdynamikreglers dem Handlingbereich zugeordnet und eine zweite Regeleinheit dem Bereich kritischer Fahrzustände .

Im Handlingbereich besteht das Regelungsziel darin, den Pha- senverzug, der sich infolge der Elastizität von Fahrwerksele- menten und der Fahrzeugträgheit zwischen den Lenkvorgaben des Fahrzeugführers und der Fahrzeugreaktion ergibt, zu minimieren.

Zur Erreichung dieses Ziels hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass die erste Regeleinheit einen Vorsteuerbestandteil enthält, in dem ein Steueranteil des Zusatzlenkwinkels in Abhängigkeit von einem in einem ersten Fahrzeugmodell ermittelten Gierratenreferenzwert bestimmbar ist.

Als vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, dass es sich bei dem ersten Fahrzeugmodell um ein statisches Fahrzeugmodell handelt, worunter hier ein Fahrzeugmodell verstanden wird, in dem die Fahrzeugträgheit nicht berücksichtigt wird.

In einem derartigen Modell besteht kein Phasenverzug zwischen der Lenkvorgabe des Fahrers und dem Referenzgierratensignal,

so dass es im Hinblick auf den genannte Regelungszweck besonders gut im Handlingbereich eingesetzt werden kann.

Um zusätzlich auch die Fahrzeugreaktion bei den Regeleingrif- fen im Handlingbereich berücksichtigen zu können, ist es ferner besonders zweckmäßig, dass die erste Regeleinheit einen Regelungsbestandteil enthält, in dem ein Regelanteil des Zusatzlenkwinkels in Abhängigkeit von einer Abweichung zwischen einem Gierratenistwert und dem in dem ersten Fahrzeugmodell ermittelten Gierratenreferenzwert bestimmbar ist.

Vorzugsweise ist dabei der in der ersten Regeleinheit bestimmbare Zusatzlenkwinkel eine Summe aus dem Steueranteil und dem Regelanteil, wobei der Steueranteil einen größeren Anteil an der Summe hat als der Regelanteil.

Mit Vorteil wird der Zusatzlenkwinkel somit im Wesentlichen durch den Steueranteil bestimmt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält die zweite Regeleinheit einen Regelungsbestandteil, in dem einen Regelanteil des Zusatzlenkwinkel in Abhängigkeit von einer Abweichung zwischen dem Gierratenistwert und einem Gierratenreferenzwert bestimmbar ist, wobei der Gierratenreferenzwert in dem ersten oder in einem zweiten Fahrzeugmodell ermittelt wird.

Mit Vorteil ist zudem eine dritte Regeleinheit umfasst, die eine Bremskraft an wenigstens einer Radbremse des Fahrzeugs und/oder ein Motormoment eines Antriebsmotors des Fahrzeugs in Abhängigkeit von einer Abweichung zwischen dem Gierratenist-

wert und dem in dem zweiten Fahrzeugmodell ermittelten Gierra- tenreferenzwert bestimmt.

Diese dritte Regeleinheit entspricht im Wesentlichen einem herkömmlichen Standard-ESP-System, das zur weiteren Verbesserung der Fahrstabilität im Bereich kritischer Fahrzustände in die Erfindung integrierbar ist.

Bei dem zweiten Fahrzeugmodell handelt es sich vorzugsweise um ein dynamisches Fahrzeugmodell, worunter hier insbesondere ein Modell verstanden wird, das die Fahrzeugträgheit berücksichtigt. Gegenüber einem statischen Fahrzeugmodell erlaubt ein dynamisches Fahrzeugmodell, das tatsächliche Fahrzeugverhalten genau zu ermitteln, und ist daher für einen Einsatz im Bereich kritischer Fahrzustände besonders gut geeignet.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Bestimmungsmittel den vorliegenden Fahrzustand bestimmt anhand eines Vergleichs zwischen einer Abwei- chung wenigstens eines Istwerts der Fahrzustandsgröße von einem Referenzwert der Fahrzustandsgröße und wenigstens einem vorgegebenen ersten Schwellenwert und/oder anhand eines Vergleichs zwischen wenigstens einem Istwert der Fahrzustandsgröße und wenigsten einem vorgegebenen zweiten Schwellenwert.

Besonders zweckmäßig ist es dabei, dass das Bestimmungsmittel einen Fahrzustand im Handlingbereich ermittelt, wenn der Betrag der Abweichung zwischen dem Istwert der Fahrzustandsgröße und dem Referenzwert kleiner ist als der vorgegebene erste Schwellenwert und/oder wenn der Betrag der Fahrzustandsgröße kleiner ist als der vorgegebene zweite Schwellenwert.

Es ist ferner besonders zweckmäßig, dass das Bestimmungsmittel einen Fahrzustand im Bereich kritischer Fahrzustände ermittelt, wenn der Betrag der Abweichung zwischen dem Istwert der Fahrzustandsgröße und dem Referenzwert größer ist als der vor- gegebene erste Schwellenwert und/oder, wenn der Betrag der Fahrzustandsgröße größer ist als der vorgegebene zweite Schwellenwert .

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass der bei der Ermittlung des Fahrzustands verwendete Referenzwert der Fahrzustandsgröße in dem zweiten Fahrzeugmodell berechnet wird. Es handelt sich damit um das Referenzmodell, das auch der Erkennung des vorliegenden Fahrzustands bzw. dessen Zuordnung zu einem Fahrzustandsbereich zugrunde liegt.

Insbesondere bei der Verwendung des zweiten Fahrzeugmodells zur Berechung des Referenzwerts der Fahrzustandsgröße, der bei der Ermittlung des Fahrzustands zugrunde gelegt wird, könnte es jedoch auf Grund der Regeleingriffe im Handlingbereich zu ungewollten Regeleingriffen der im Bereich kritischer Fahrzustände aktiven Regler kommen.

Daher ist es in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der bei der Bestimmung des vorliegenden Fahrzustands verwendete Referenzwert der Fahrzustandsgröße beim Vorliegen eines Fahrzustands im Handlingbereich in Abhängigkeit von einer Summe aus der Lenkwinkelvorgabe des Fahrzeugführers und dem Zusatzlenkwinkel berechnet wird.

Hierdurch werden die Regeleingriffe bei der Fahrzustandsanaly- se berücksichtigt und ungewollte stabilisierende Regeleingriffe im Handlingbereich vermieden.

Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele an- hand der Figuren.

Von den Figuren zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Regelsystems zur Fahrdynamik- regelung mit einem Standard-ESP-System und einem Regelungssystem zum Bestimmen und Einstellen eines Zusatzlenkwinkels,

Fig. 2a ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf der Istgier- rate und einer Referenzgierrate darstellt,

Fig. 2b ein weiteres Diagramm, das den zeitlichen Verlauf der Istgierrate und einer Referenzgierrate darstellt,

Fig. 3 ein weiteres Blockdiagramm eines Regelsystems zur

Fahrdynamikregelung mit einem Standard-ESP-System und einem Regelsystem zum Bestimmen und Einstellen eines Zusatzlenkwinkels,

Fig. 4 ein Blockdiagramm zur Darstellung der Berechnung der Referenzgierrate in dem statischen Fahrzeugmodell innerhalb des Regelsystems zum Bestimmen des Zusatzlenkwinkels,

Fig. 5 ein Blockdiagramm eines Reglers zum Bestimmen einer Stellgröße, die im Handlingbereich der Zusatzlenkwinkelanforderung entspricht und

Fig. 6 ein Blockdiagramm eines Reglers zum Bestimmen einer

Stellgröße, die im Bereich kritischer Fahrzustände der Zusatzlenkwinkelanforderung entspricht .

In der Figur 1 ist insbesondere ein Blockdiagramm eines Fahrdynamikreglers gezeigt, der neben einem Standard-ESP-System 100 ein Regelsystem 110 (in der Figur gestrichelt eingefasst) zum Ermitteln des Zusatzlenkwinkels Δδ _ZjiS umfasst. Dargestellt ist auch welche Eingangsgrößen des Fahrdynamikreglers von dem Fahrzeugführer (in der Figur 1 durch den Block "DRV" veranschaulicht) vorgegeben und welche der Eingangsgrößen durch Sensoren des Fahrzeugs (in der Figur 1 durch den Block "VEH" veranschaulicht) erfasst werden.

Der Fahrdynamikregler kann dabei als Hardware oder als Softwareprogramm realisiert sein, das in einem Steuergerät des Fahrzeugs abgelegt und ausgeführt wird.

Das Standard-ESP-System 100 ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Es enthält insbesondere einen Block 120, in dem eine Referenzgierrate Ψ _re ^^,„ berechnet wird. Der Berechnung wird ein dynamisches Fahrzeugmodell, wie es beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 15 059 Al beschrieben ist, zugrunde gelegt, wobei später noch darauf eingegangen wird, welche Eingangsparameter für das Modell verwendet werden.

Aus den Regelabweichungen Δψ^„ zwischen der Referenzgierrate ^ _re f. _dyn ^un d der beispielsweise mittels eines Gierratensensors ge- messenen Istgierrate ψ des Fahrzeugs bestimmt ein Gierratenregler in dem Block 130 einen Satz radindividueller Bremsdrücke E_w _h i _re f ^sow i ^e einen Satz Motorparameter u _Mot für stabilisie-

rende Bremsen- und/oder Motoreingriffe, die in dem Block 135 in entsprechende Stellanforderungen umgewandelt werden.

Bei der Bestimmung der Stellgrößen werden vorzugsweise auch weitere Fahrzustandsgrößen wie die auf das Fahrzeug wirkende Querbeschleunigung a _y und der Satz von Raddrehzahlen ω^ , aus dem sich die Fahrzeuggeschwindigkeit v ermitteln lässt, sowie Betriebsparameter des Fahrzeugs, wie der von dem Fahrzeugführer eingestellte Bremsdruck P _Drv berücksichtigt. Dies kann bei- spielsweise durch eine Adaption der Reglerparameter erfolgen.

Ferner umfasst das Standard-ESP-System eine in der Figur 1 nicht dargestellte Aktivierungslogik, die anhand einer Auswertung der bereits beschriebenen Eingangsgrößen des Standard- ESP-Systems 100 überprüft, ob ein kritischer Fahrzustand vorliegt, der eine Regelung durch das System erforderlich macht. In diesem Fall überträgt die Aktivierungslogik die ermittelten Stellanforderungen an das zur Durchführung der Stelleingriffe vorgesehene Aktuatorsystem des Fahrzeugs; andernfalls ist die Übertragung unterbrochen.

Erkannt wird ein kritischer Fahrzustand beispielsweise dann, wenn der Betrag der Gierratenabweichung Δψ^„ und/oder der Betrag der Schwimmwinkelgeschwindigkeit ß des Fahrzeugs und/oder der Betrag der Querbeschleunigung a _y jeweils einen vorgegebenen Schwellenwert überschreiten. Die Schwimmwinkelgeschwindigkeit ß kann dabei so aus den Eingangsgrößen berechnet bzw. geschätzt werden, wie es in der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 15 059 Al beschrieben ist.

Das Standard-ESP-System wird ergänzt durch das Regelsystem 110 zum Bestimmen eines Zusatzlenkwinkels Δδ _ZjiS . Dieses System ver-

fügt über ein eigenes Fahrzeugmodell, in dem innerhalb des Blocks eine Referenzgierrate ^ _re f _yStat berechnet wird. Bei dem Fahrzeugmodell, auf das später näher eingegangen wird, handelt es sich insbesondere um ein statisches Fahrzeugmodell.

Der Gierratenregler 150 bestimmt direkt aus der Referenzgierrate VJ _r φ _tat sowie aus der Regelabweichung Δψ^ zwischen der Referenzgierrate VJ _r φ _tat ^un d der Istgierrate ψ des Fahrzeugs die Stellgrößen U _11Y0 und u _ESPII , die in der Figur 1 zu der Größe ?_ _δ ⁼ ( ^u _HYC f ^U _ESPII ) zusammengefasst sind. Es handelt sich dabei um Lenkwinkelstellanforderungen, die zusätzlich zu dem durch den Fahrzeugführer kommandierten Lenkwinkel an den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs eingestellt werden. Wie noch genauer zu erläutern ist, enthält der Gierratenregler 150 dabei zwei sepa- rate Regler, von denen der eine die Stellgröße U _11YQ und der andere die Stellgröße u _ESPII berechnet.

Eine Aktivierungslogik in dem Block 160 schaltet entweder den einen oder den anderen Regler frei, wobei die von dem frei ge- schalteten Regler bestimmte Stellgröße an den Lenkungsaktuator 170 bzw. dessen Steuergerät übertragen, die in dem anderen Regler bestimmte Stellgröße jedoch blockiert wird. Welche der beiden Stellgrößen U _1nQ und u _ESPII dabei weitergeleitet wird, bestimmt die Aktivierungslogik aus dem Ergebnis der Fahrsituati- onserkennung in dem Standard-ESP-System 100, das in Form eines so genannten Flags S von diesem bereitgestellt wird.

Das Flag S nimmt den Wert 1 an, wenn die Aktivierungslogik des Standard-ESP-Systems 100 das Vorliegen eines kritischen Fahr- zustands ermittelt, der einen Eingriff des Standard-ESP- Systems erforderlich macht. Ansonsten hat das Flag den Wert 0.

Bei dem Lenkungsaktuator 170 handelt es sich beispielsweise um eine Überlagerungslenkung, die über ein Getriebe in den Lenkstrang des Fahrzeugs eingreift, und die Überlagerung des von dem Fahrer kommandierten Lenkwinkels mit einem zusätzlichen Lenkwinkel, bzw. die Ausführung einer zusätzlichen Lenkbewegung nach Maßgabe des zusätzlichen Lenkwinkels ermöglicht.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann es sich bei dem Lenkungsaktuator auch um eine Steer-by-Wire-Lenkung handeln, bei der auch die Lenkvorgaben des Fahrzeugführers als elektronische Signale an eine Stelleinrichtung übermittelt werden, welche den gewünschten Lenkwinkel dann an den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs einstellt. Hier kann das elektronische Signal, welches die von dem Regelsystem 110 bestimmte Stellgröße repräsentiert, in einfacher Weise mit der Lenkvorgabe des Fahrzeugführers kombiniert werden.

Neben dem Einstellen des Zusatzlenkwinkels Δδ _ZjiS kann durch den Lenkungsaktuator auch die Funktion einer variablen geschwin- digkeitsabhängigen Lenkübersetzung realisiert werden, bei der beispielsweise im unteren Geschwindigkeitsbereich eine sehr direkte Lenkübersetzung eingestellt wird, um dem Fahrzeugführer das Manövrieren zu erleichtern, und im oberen Geschwindigkeitsbereich eine sehr direkte Lenkübersetzung gewählt wird, um einen störungsfreien Geradeauslauf des Fahrzeugs sicherzustellen.

In dem Block 180 wird dafür aus der Fahrzeuggeschwindigkeit v und der Lenkwinkelvorgabe δ _Drv des Fahrzeugführers einen Lenk- winkel δ _VARI = ü _VARI (v)δ _Drv bzw. einen Zusatzlenkwinkel

Δδy _AR i ⁼ (l ~ ü _VARI {v)f> _Drv berechnet. Der Zusatzlenkwinkel wird dann zusätzlich zu dem von dem Fahrzeugführer kommandierten Lenk-

winkel δ _Drv an den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs eingestellt. Dies ist im Einzelnen nicht in der schematischen Darstellung in der Figur 1 gezeigt, sondern hier wird vereinfachend davon ausgegangen, dass der Lenkungsaktuator den Lenkwinkel δ _VARI ein- stellt, dem der Zusatzlenkwinkel Δδ _ZjiS an der Additionsstelle 190 überlagert wird, so dass sich an den lenkbaren Rädern des Fahrzeugs ein Lenkwinkel b _whl = δ _VARI + Δδ _Zus ergibt.

Ferner dient der Lenkwinkel δ _VARI auch als Eingangsgröße des Standard-ESP-System 100 sowie des Regelsystems 110. Auf der

Grundlage dieses Lenkwinkels erfolgt dabei insbesondere die

Berechnung der Referenzgierraten ψ _re / _;( fy„ und Vf _re f _, . _s stat

Die Erfindung kann natürlich auch ohne die Funktion der vari- ablen Lenkübersetzung ausgeführt werden. In diesem Fall entfällt der Block 180 und die Lenkwinkelvorgabe des Fahrzeugführers wird der Additionsstelle 190 sowie dem Standard-ESP- System 100 und dem Regelsystem 110 unmittelbar zugeführt.

Ferner kann die Erfindung sowohl bei Fahrzeugen mit einer Hinterachslenkung als bei Fahrzeugen mit einer Vorderradlenkung eingesetzt werden. Eine Kombination von Hinter- und Vorderachslenkung kommt ebenfalls in für die Anwendung der Erfindung in Frage .

Die Lenkeingriffe des Regelsystems 110 dienen im Handlingbereich dazu, das Fahrzeugfolgeverhalten zu verbessern und dadurch die Agilität des Fahrzeugs zu erhöhen. Mittels des Zusatzlenkwinkels soll dabei der Phasenverzug zwischen den Lenk- bewegungen des Fahrzeugführers und der Reaktion des Fahrzeugs, der infolge der Fahrzeugträgheit und der Elastizität verschiedener Fahrwerkselemente entsteht, ausgeglichen bzw. minimiert

werden. Von dem Fahrzeugführer wird dies als ein direktes Fahrverhalten wahrgenommen, das den empfundenen Fahrspaß erhöht.

Sichtbar wird dieser Phasenverzug beispielsweise in dem Gierratenverlauf, der in der Figur 2a dargestellt ist. Hier ist die gemessene Istgierrate ψ des Fahrzeugs zusammen mit der Referenzgierrate VJ _re f _,stat ^ ^{n e} ^ ⁿ Zeitdiagramm eingetragen. Die Re ^¬ ferenzgierrate ^~ y _re f _rStat wird aus der Lenkwinkelvorgabe des Fahr- zeugführers in einem statischen Fahrzeugmodell berechnet, und berücksichtigt somit weder die Fahrzeugträgheit noch die Elastizität von Fahrwerkselementen - sie repräsentiert damit den Gierratenverlauf bei einem ideal, d.h. verzögerungsfrei reagierenden Fahrzeug. Im Vergleich mit der Istgierrate ψ ergibt sich hier ein Phasenverzug At, der die Abweichung des tatsächlichen Fahrzeugverhaltens von dem idealen Verhalten widerspiegelt.

Darüber hinaus erhöhen die Lenkeingriffe im Handlingbereich auch die Fahrsicherheit. Muss der Fahrzeugführer beispielsweise schnell einem Hindernis ausweichen, tendiert er aufgrund der verzögerten Fahrzeugreaktion in der Regel zum "Überlenken", d.h. er stellt so große Lenkwinkel ein, dass eine Desta- bilisierung des Fahrzeugs droht.

Dies ist in der Figur 2b veranschaulicht: Sie zeigt die zeitlichen Verläufe der Istgierrate ψ und der Referenzgierrate ¹ ^ _re f _,statt die sich in einer Ausweichsituation ergeben. Um zum Zeitpunkt t ₀ die Gierrate ψ ₀ aufzubauen, muss wegen der verzö- gerten Fahrzeugreaktion ein Lenkwinkel eingestellt werden, aus dem sich zum Zeitpunkt J ₀ + ^t die Gierrate ψ ₀ + Δψ ergibt, wenn der Fahrzeugführer nicht schnell genug Gegenmaßnahmen einlei-

tet . Die Gierratenüberhöhung Δψ wird jedoch häufig von dem Fahrzeugführer nicht erwartet, so dass ein Verlust der Kontrolle über das Fahrzeug droht.

Durch die agilitätssteigernden Lenkeingriffe im Handlingbereich wird das Fahrzeug bei Ausweichmanövern einfacher beherrschbar und insbesondere wird das beschriebene Überlenken vermieden .

Ferner können anhand der Lenkeingriffe im Handlingbereich beispielsweise auch veränderte Beladungszustände des Fahrzeugs, der verwendete Reifentyp sowie der Verschleißzustand von Fahr- werkselementen berücksichtigt und deren Einfluss auf das Fahrverhalten ausgeglichen werden. Durch die Lenkeingriffe kann dem Fahrzeug auch ein bestimmtes Verhalten aufgeprägt werden, das beispielsweise durch den Fahrzeughersteller vorgegeben wird. Dies kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, dass die Reglerparameter des Regelsystems 110 an das gewünschte Verhalten angepasst werden.

Im Bereich kritischer Fahrzustände dienen die Lenkeingriffe dazu, das Fahrzeug zu stabilisieren. Hier lassen sich die Lenkeingriffe mit den Eingriffen des Standard-ESP-Systems 100 kombinieren. Die Lenkeingriffe können dabei auch einen für den Fahrzeugführer deutlich spürbaren ESP-Eingriff unnötig machen oder zumindest erst später notwendig werden lassen.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Fahrdynamikreglers, der zur Durchführung der Lenkeingriffe eingesetzt wird, wird im Folgenden detailliert beschrieben.

In der Figur 3 ist das Regelsystem 110 zusammen mit dem Stan- dard-ESP-System 100 noch einmal in einem Blockdiagramm dargestellt.

Auf eine vollständige Darstellung des an sich bekannten Stan- dard-ESP-Systems 100 wird dabei jedoch wiederum verzichtet. Gezeigt sind lediglich ein nicht näher spezifizierter Regler 310, der in einer dem Fachmann bekannten Weise ausgestaltet ist und die Ausgangsgröße des Standard-ESP-Systems 100 berech- net . Gezeigt wird zudem der Block 320 zur Berechnung der Referenzgierrate y _refιdyn .

Das Regelsystem 110 enthält einen Block 330 zur Berechnung der Referenzgierrate ^ _re f _ιStat . Diese stellt die Führungsgröße für die Regler in den Blöcken 340 und 350 dar, von denen der Regler in Block 340 die Stellgröße U _nYQ bestimmt, die im Handlingbereich als Zusatzlenkwinkelanforderung Δδ _Zus an den Lenkungsaktuator übermittelt wird. In dem Block 350 wird die Stellgröße u _ESPII ermittelt, die im Bereich kritischer Fahrzustände als Zusatz- lenkwinkelanforderung Δδ _ZjiS an den Lenkungsaktuator übermittelt wird.

Der Block 360 enthält die Aktivierungslogik, welche entsprechend dem vorliegenden Fahrzustand den Regler in Block 340 o- der den Regler in Block 350 frei schaltet.

Die Erkennung des vorliegenden Fahrzustandes bzw. die Zuordnung des vorliegenden Fahrzustandes zu einem Fahrzustandsbe- reich geschieht vorzugsweise innerhalb des Standard-ESP- Systems 110, welches der Aktivierungslogik das Flag S bereitstellt, das angibt, ob der vorliegende Fahrzustand im Handlingbereich oder im Bereich kritischer Fahrzustände liegt.

Wie oben bereits erläutert, wird das Flag S vorzugsweise durch einen Vergleich des Betrages der Gierratenabweichung Δψ^„ mit einem vorgegebenen Schwellenwert bestimmt. Zusätzlich kann auch ein Vergleich des Betrags der Schwimmwinkelgeschwindigkeit ß und/oder des Betrags der Querbeschleunigung a _y mit jeweils einem vorgegebenen Schwellenwert vorgenommen werden.

Bei der Gierratenabweichung Δψ^„ handelt es sich um die Diffe- renz zwischen der Istgierrate ψ des Fahrzeugs und der Refe- renzgierrateψ _re y ₍ ^„ , die in einem dynamischen Fahrzeugmodell in dem Block 320 berechnet wird.

Vorzugsweise handelt es sich dabei um ein lineares Einspurmo- dell mit den bekannten Systemgleichungen ß = _{Cl l} ü - ψ + _Cl2 JL + _Cl3 _ v ² v _{( 1 )} ψ = C ₂₁ ß + C ₂₂ — + C ₂₃ O V wo ψ die Gierbeschleunigung bezeichnet. Der Schwimmwinkel ß und die Gierrate ψ stellen dabei die Zustandsgrößen des Systems. Die Eingangsgröße ist ein Lenkwinkel, der hier in gene- rischer Form als δ bezeichnet und auf den im Folgenden noch näher eingegangen wird. Aufgrund des Einflusses der Eingangsgröße ergibt sich als Ausgangsgröße die Gierrate ψ _re / ₍₍ fy„ als Lösung der Gleichung 1.

Die Koeffizienten in Gleichung 1 sind gegeben durch

C _{1 1} = ^C h + ^c v C ₁₂ = ^c h ^l h ^{~ c} y ^l v C ₁₃ = — ^c v m m m ^c hh ^{~ c} vh „ _ ^c hh ^{~ c} vh „ _ ^c vh

C ₂ I = ^C 22 = - ^C 23 =

Θ Θ Θ

wobei c _h und c _v die aus Reifen-, Radaufhängungs- und Lenkungselastizität resultierenden Steifigkeiten an der Hinter- und Vorderachse, l _h und / _v die Abstände der Hinter- und Vorderachse vom Fahrzeugschwerpunkt, m die Fahrzeugmasse und Θ das Träg- heitsmoment des Fahrzeugs bezüglich seiner Hochachse bezeichnen.

Für das Flag S wird ein Wert von S = I berechnet, wenn der Betrag der Gierratenabweichung Δψ _dyn größer als der vorgegebene Schwellenwert ist. Ferner können als weitere Bedingungen, dafür, dass ein Wert von S = I berechnet wird, die Forderungen vorgesehen sein, dass der Betrag der Schwimmwinkelgeschwindigkeit ß und/oder der Betrag der Querbeschleunigung a _y jeweils größer sind als ein vorgegebener Schwellenwert. Die Bedingun- gen müssen dabei nicht unbedingt kumulativ erfüllt sein, sondern können auch durch eine ODER-Bedingung verknüpft sein. Falls die vorgesehenen Bedingungen nicht erfüllt sind, nimmt das Flag den Wert S = O an.

Bei einem Wert von S = O liegt ein Fahrzustand im Handlingbereich vor und die Aktivierungslogik in dem Block 360 schaltet den Regler in dem Block 340 frei. Dabei wird die von diesem Regler ermittelte Stellgröße U _nYQ als Zusatzlenkwinkelanforderung Δδ _Zus an den Lenkungsaktuator übermittelt.

Bei einem Wert von S = I liegt ein Fahrzustand im Bereich kritischer Fahrzustände vor und das Standard-ESP-System 110 ist aktiviert. In diesem Fall wird der Regler in dem Block 350 von der Aktivierungslogik frei geschaltet, so dass die in diesem Regler ermittelte Stellgröße u _ESPII als Zusatzlenkwinkelanforderung Δδ _Zus an den Lenkungsaktuator weitergeleitet wird.

Um den Agilitätsgewinn im Handlingbereich nicht durch unerwünschte Bremsen- und Motoreingriffe des aktivierten Standard- ESP-Systems 110 zu gefährden, ist es ferner vorgesehen, dass die Referenzgierrate ψ _re / ₍₍ fy„ im Handlingbereich aus einer Summe des Lenkwinkels δ _VARI und des Zusatzlenkwinkels Δδ _ZjiS berechnet wird. Eingangsgröße des Blocks 320 zur Berechnung dieser Referenzgierrate ist im Handlingbereich daher der Lenkwinkel δ = & _VARI + Δδ _ZjiS . Im Bereich kritischer Fahrzustände wird jedoch ausschließlich der Lenkwinkel δ _VARI als Eingangsgröße δ dieses Blocks verwendet, insbesondere um Regelkreisschwingungen zu vermeiden, die eine Stabilisierung des Fahrzeugs beeinträchtigen könnten.

Das Zusatzlenkwinkelsignal Δδ _ZjiS wird daher wie in der Figur 3 dargestellt bei einem Wert von S = I über die Aktivierungslogik in dem Block 360 in das Standard-ESP-System 110 zurückgeführt. Bei einem Wert von S = O, d.h. im Bereich kritischer Fahrzustände, wird die Rückführung unterbrochen.

Die Bestimmung der Referenzgierrate vρ _re f _,stat r die als Führungsgröße der Regler zur Zusatzlenkwinkelberechnung in den Blöcken 350 und 360 dient, wird nun anhand von Figur 4 erläutert, die eine bevorzugte Ausführungsform des Blocks 330 zeigt.

Die Berechnung erfolgt auf der Grundlage eines statischen

Fahrzeugmodells, vorzugsweise eines stationären linearen Einspurmodells, und zudem wird eine Begrenzung der Referenzgierrate VJ _re f _,stat ^ ⁿ Abhängigkeit von einem geschätzten Kraftschluss- beiwert μ zwischen den Reifen und der Fahrbahn vorgenommen.

Entsprechend weist der Block 330 einen linearen Block 410 zur Berechnung einer Gierrate ψ _Lin , sowie einen nichtlinearen Block

420 zur Limitierung der Gierrate ψ _i; „ auf, wobei die limitierte Gierrate ψ _i; „ der Referenzgierrate ^ _re f _ιStat entspricht.

Die Berechnung der Gierrate ψ _£ ,„ in dem linearen Block 410 er- folgt dabei anhand der folgenden bekannten Beziehung aus dem stationären linearen Einspurmodell aus dem Lenkwinkel δ _VARI und der Fahrzeuggeschwindigkeit v , welche die Eingangsgrößen des Blocks 410 darstellen:

Der Radstand / des Fahrzeugs sowie die charakteristische Geschwindigkeit v _ch sind unveränderliche Parameter des Fahrzeugs, deren Werte in dem Block 410 hinterlegt sind. Die charakteristische Geschwindigkeit v _ch ergibt sich dabei aus

;

Im Gegensatz zu dem dynamischen Fahrzeugmodell nach Gleichung 1 wird in dem statischen Fahrzeugmodell das Übergangsverhalten aus der Geradeaus- in eine Kreisfahrt nicht berücksichtigt, das insbesondere durch das Trägheitsmoment Θ und die Seiten- Steifigkeiten c _h und c _v bestimmt wird. Das Modell repräsentiert somit ein idealisiertes Fahrzeug, das verzögerungsfrei auf Lenkbewegungen reagiert.

In dem Block 420 wird die Gierrate ψ _Lin auf Werte begrenzt, die physikalisch sinnvoll sind, d.h. auf dem vorliegenden Untergrund tatsächlich realisiert werden können. Der Untergrund wird dabei anhand des Kraftschlussbeiwerts μ charakterisiert, der beispielsweise so berechnet bzw. geschätzt werden kann, wie es in der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 15 059 Al

beschrieben ist, auf die in diesem Zusammenhang Bezug genommen wird.

Der maximale Betrag der Gierrate ψ _Lin ist dabei vorzugsweise durch den Wert

k-l-^jr ⁽⁴⁾ gegeben, wobei mit g die Erdbeschleunigung bezeichnet ist. Falls der Betrag des Gierratensignals ψ _i; „ kleiner als dieser Wert ist, wird das Signal somit in dem Block 420 nicht verän- dert. Ist der Betrag jedoch größer als dieser Wert, erfolgt eine Begrenzung auf diesen Wert, wobei das Vorzeichen der Gierrate ψ _i; „ beibehalten wird.

Als Ausgangssignal des Blocks 420 bzw. des Blocks 330 ergibt sich die Referenzgierrate vρ _re f _,stat r die als Führungsgröße bei der Fahrdynamikregelung verwendet wird. Dabei werden erfindungsgemäß zwei Regler in den Blöcken 340 und 350 eingesetzt, welche die Stellgrößen U _1nQ und u _ESPII bestimmen.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Reglers in dem Block 340, der die Stellgröße U _11Y0 ermittelt, ist in der Figur 5 dargestellt. Der Regler umfasst in dieser Ausführungsform ein Steuerglied 510 und ein Regelglied 520.

In dem Steuerglied 510 wird dabei der Steueranteil u _FF der

Stellgröße U _1n Q direkt von der Führungsgröße vρ _re f _,stat abgeleitet, Durch diese Vorsteuerung kann dabei die im Handlingbereich geforderte hohe Dynamik erreicht werden, um das Fahrzeugfolgeverhalten wirksam zu verbessern.

Vorzugsweise ist das Steuerglied 510 als differenzierendes Glied mit Verzögerungscharakter (D-T _n -Glied) ausgeführt. Insbesondere kann es sich dabei um ein Vorhalteglied (D-Ti-Glied) handeln, bei dem das Regelungsgesetz d u _FF d ψ _refιStat ^{F '} — dt — ^{~ F ' '} dt gilt, wobei mit K _FF und T _FF Reglerparameter bezeichnet sind.

In dem Block 520 wird der Regelanteil u _FB der Stellgröße U _1nQ aus der Regelabweichung Δψ^ ^{= λ} ¥ _re f _,stat ~Ψ r also der Differenz zwischen der stationären Referenzgierrate ^ _re f _ιStat und der gemessenen Istgierrate ψ des Fahrzeugs ermittelt. Vorzugsweise ist das Regelungsglied 520 dabei als Proportionalregler mit Diffe- renzialanteil (P-D-Regler bzw. P-D-T _n -Regler) ausgeführt, bei dem ein Regelgesetz der Form

u _m = K Ay _stat +T _d ^■ ^f ^L - (6)

gilt. Die Reglerparameter K und T _d sind dabei vorzugsweise nicht fest vorgegeben, sondern lassen sich durch einen Adaptionsmechanismus in dem Block 530 dem aktuellen Fahrzustand und bestimmten Betriebsparametern des Fahrzeugs anpassen. Die Reg- lerparameter können beispielsweise in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit v und/oder dem durch den Fahrzeugführer eingestellten Bremsdruck P _Drv unterschiedlich berechnet werden. Wie bereits beschrieben, kann dabei ebenfalls eine Anpassung an den Beladungszustand des Fahrzeugs und/oder an den Ver- schleißgrad von Fahrwerkselementen vorgenommen werden.

Die Stellgröße U _nYQ ergibt sich als Summe aus dem Steueranteil u _FF und dem Regelanteil u _FB , wobei die Regler so ausgelegt sind, dass der Steueranteil u _FF einen größeren Anteil an der

Summe hat als der Regelanteil u _FB und den Wert der Stellgröße U _11YQ maßgeblich bestimmt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des Blocks 350 zum Bestimmen der Stellgröße u _ESPII , die in kritischen Fahrsituationen als Zusatzlenkwinkelanforderung Δδ _Zus an den Lenkungsaktuator übertragen wird, ist in der Figur 6 in einem Blockdiagramm dargestellt. In dieser Ausführungsform umfasst der Block 360 einen Regler 610, der vorzugsweise als P-D-Regler bzw. als P-D-T _n -Regler ausgeführt ist, bei dem ein zur Gleichung 6 analoges Regelgesetz der Form

U _ESPΠ = *' ^• **«* +r; .^ ^S L (6)

gilt. Auch hier können die Reglerparameter K' und T _d ' durch einen Adaptionsmechanismus in dem Block 620, wie bereits be- schrieben, an den Fahrzustand und an verschiedene Betriebsparameter des Fahrzeugs angepasst werden.