Anton, Erhardt
Rainer, Kost
Friedrich, Ruf
Wolf-dieter, Hartmann
Uwe, Ehret
Thomas
Anton, Erhardt
Rainer, Kost
Friedrich, Ruf
Wolf-dieter, Hartmann
Uwe, Ehret
Thomas
| 1. | Verfahren zur Regelung der Fahrzeugstabilität, bei dem der Lenk winkel C , die Giergeschwindigkeit i,^ , die Fahrzeuggeschwindigkeit v„ ermittelt werden und bei dem aus den Größen C und v_ eine F F stationäre Sollgiergeschwindigkeit ι gemäß der Beziehung sollO cT ermittelt wird. L (1 + v. / V ch wobei V eine für das Fahrzeug charakteristische Geschwindigkeit und L der Radstand ist, und bei dem der Sollwert der Giergeschwin¬ digkeit tJ mit der ermittelten Sollgiergeschwindigkeit t verglichen wird und mit Hilfe der Abweichung Δ. (O eine Beeinflus¬ sung des Giermoments ) im Sinne einer Angleichung an das Sollgier¬ moment durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Faktor x ermittelt wird, mit dem die stationäre Giergeschwindigkeit (_ 11n zur Gewinnung der Sollgiergeschwindigkeit U) soll multi pliziert wird, daß der Faktor x durch die Beziehung ges ermittelt wird. ges,W wobei F die verfügbare Gesamtkraft zwischen Reifen und Straße ges ist und F die vom Fahrer gewünschte Gesamtkraft ist, ges,W daß F ., durch die Beziehung ges,W ermittelt wird, wobei die gewünschte Seitenkraft F sich aus F = mV tJ mit m = Fahrzeugmasse und die gewünschte Längskraft F durch die Drosselklappenstellung C oder L,W DK den eingesteuerten Bremsdruck P gegeben ist und daß der vor Faktor x auf 1 begrenzt wird. |
| 2. | Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die resul¬ tierenden Reifenkräfte an den einzelnen Rädern ermittelt werden und daß zur Gewinnung von F die Summe der Reifenkräfte gebildet werden. |
| 3. | Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Gesamtlängskraft F und der Gesamtgierkraft F die Gesamtkraft L Q F durch die Beziehung ges F =1 Fr 2 + FΛ ges r L Q ermittelt wird. |
| 4. | Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß F und F aus der Längs bzw. Querbeschleunigung unter Berücksichtigung der Fahrzeugmasse m gewonnen werden. |
| 5. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Sollgiergeschwindigkeit erniedrigt wird, wenn die verfügbaren Kräfte für die gewünschte Bewegungs nderung nicht ausreicht. |
| 6. | Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Faktor x vergrößert wird, wenn der Seitenkraftwunsch reduziert wird, jedoch die Seitenkraft klein gegenüber der Längskraft ist. |
| 7. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn¬ zzeeiicchhnneett,, daß £ , „„ auf einem Wert CJ „ nach Maßgabe der sollO B Beziehung CJ / v. mit a = Querbeschleunigung begrenzt wird. |
| 8. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Giergeschwindigkeitssollwert L_> , , einer soll Teilpaßfilterung zur Phasenangleichung von L^ und ) unterworfen wird. |
| 9. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß bei zunehmenden Lenkwinkel das Sollgiergeschwindig keitssignal durch ein differenzierendes Filter geleitet wird und daß das verstärkte Ausgangssignal lü des Filters dem Sollgierge schwindigkeitssignal C^ ,, überlagert wird. soll. |
Stand der Technik
Ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist in der älteren Patentanmeldung 42 29 504.1 (R. 25428) beschrieben, deren Anmeldungsgegenstand wiederum von der DE 37 31 756 AI ausgeht.
Vorteile der Erfindung
Das neue des im folgenden vorgestellten Verfahrens ist, daß der Wunsch des Fahrers nach Richtungsänderung ebenso wie der nach Fahr¬ verzögerung bzw. -beschleunigung berücksichtigt und gewichtet wird. Der Sollwert wird so berechnet, daß das Fahrzeug schnell auf Lenk¬ winkeländerungen reagiert und dann einen vom Haftreibbeiwert der Straße abhängigen stabilen Zustand aufrechterhält, bei dem sich der Schwimmwinkel nicht weiter erhöht.
Bei der Erfindung gemäß Anspruch 1 und den Weiterbildungen gemäß den Unteransprüchen werden folgende Vorteile erzielt:
- Berücksichtigung des Fahrerwunsches bei der Aufteilung der vor¬ handenen Gesamtreifenkraft auf Längs- und Querkraft unter
Verwendung von v„, ._• P F
F vor ges
Berechnung einer Begrenzung für die Sollgiergeschwindigkeit mit a_ und v„ zur Sicherstellung der Fahrzeugstabilität; Q F
- Filterung des Giergeschwindigkeitssollwerts zur Anpassung an die Fahrzeugeigendynamik bzw. zur Änderung der Fahrzeugdynamik;
- Unterstützung der Anstellbewegung des Fahrzeugs bei Lenkwinkel¬ erhöhung zum schnelleren Seitenkraftaufbau.
Bei Fahrdynamikregelsystemen zur Verbesserung der Fahrzeugbeherrsch- barkeit müssen die zu regelnden Größen festgelegt und für diese dann geeignete Sollwerte bestimmt werden.
Wird die Fahrzeugbewegung nicht räumlich, sondern in einer Ebene betrachtet (Fahrbahn), dann hat das Fahrzeug drei Freiheitsgrade, nämlich Längs- und Quergeschwindigkeit und die Drehgeschwindigkeit um die Hochachse (Giergeschwindigkeit). Die Giergeschwindigkeit hat sich als besonders geeignete Regelgröße erwiesen, da sie mit Senso¬ ren direkt gemessen werden kann und durch Änderung der Radschlupf¬ werte oder der Schräglaufwinkel und damit durch das Aufbringen von Giermomenten gut steuerbar ist. Die Quergeschwindigkeit des Fahr¬ zeugs ist nur schlecht meßbar. Durch einen Rechenalgorithmus (Beobachter) kann sie jedoch bei bekannter Giergeschwindigkeit geschätzt werden.
Zur Sollwertberechnung von C werden folgende Rechenoperatio¬ nen durchgeführt:
Zunächst eine stationäre Sollgiergeschwindigkeit berechnet, die vom y
Lenkwinkel i und von der Fahrzeuglangsgeschwindigkeit v abhängt.
F
, , _, = k C' sollO
( 1 + v τ / v ch
v , ist dabei die charakteristische Geschwindigkeit des Fahrzeugs, ch mit der das Maß der Untersteuerungstendenz festgelegt werden kann, ggf. auch abhängig vom Fahrzustand (angetrieben, freirollend, gebremst) .
Für stationäre Kreisfahrt läßt sich nun aus der Sollgiergeschwindig¬ keit eine gewünschte Seitenkraft berechnen:
F = m * v * J S,W F sollO
mit der Fahrzeugmasse m
Die gewünschte Längskraft läßt sich je nach Gas- bzw. Bremspedal¬ stellung aus den Meßgrößen Vordruck P oder Drosselklappenwinkel vor
C^ berechnen. Dabei wird angenommen, daß der Brems- bzw. An¬ triebswunsch demjenigen bei ungestörter Geradeausfahrt auf hohem Reibbeiwert entspricht.
F = f (P , ) L,W vor' DK'
Damit kann nun die vom Fahrer gewünschte Gesamtkraft als Vektorsumme berechnet werden.
2
F = V F " + F ges!,,WW ~ i r" S S,WW ' " L,W
Diese Wunsch-Kraft wird nun zur maximal vorhandenen Kraft in eine Beziehung gesetzt.
1. Möglichkeit
Die resultierenden Reifenkräfte Fr. an den einzelnen Rädern
1 sind bekannt (s. z. B. gemäß DE 40 30 704-A1). Dann kann aus der Summe aller Reifenkräfte die maximal verfügbare Gesamtkraft abge¬ schätzt werden. Sie wird dann erreicht, wenn alle Kraftrichtungen parallel sind.
2. Möglichkeit
Die Gesamt-Längskraft F und die Gesamt-Querkraft F , die
L Q über die Reifen auf das Fahrzeug wirken, sind bekannt, z. B. durch die Kenntnis von Längs- und Querbeschleunigung und Fahr¬ zeugmasse. Dann kann die Gesamtkraft wie folgt berechnet werden:
ges " \ F ι + F.
Damit ist das Verhältnis von vorhandener zu gewünschter Gesamtkraft:
ges
ges,W
Das Verhältnis x wird nun auf Eins begrenzt.
x < 1
Der Sollwert für die Giergeschwindigkeit C ergibt sich dann aus der ursprünglichen Sollgiergeschwindigkeit multipliziert mit dem Faktor x.
soll sollO
Das heißt, wenn durch die vom Fahrer gewünschte Gierbewegung die vorhandene Gesamtkraft nicht überschritten wird, dann wird diese Soll-Giergeschwindigkeit als Sollwert für die Fahrdynamikregelung übernommen.
Reicht die verfügbare Kraft jedoch nicht aus, um gleichzeitig die gewünschte Bewegungsänderung in Längs- und Querrichtung zu reali¬ sieren, dann wird die Soll-Giergeschwindigkeit entsprechend redu¬ ziert. Würde das nicht geschehen, dann könnte es infolge ständig zunehmenden Schwimmwinkels zum Schleudern des Fahrzeugs kommen.
Wenn der Seitenkraftwunsch zwar reduziert werden muß, jedoch im Vergleich zum Längskraftwunsch relativ klein ist, dann kann eine lineare Reduzierung mit dem Faktor x zu einer schlechten Fahrzeug- beherrschbarkeit führen. Es ist dann besser, den Seitenkra twunsch stärker zu berücksichtigen, also den Faktor x anzuheben.
Die bisher beschriebene Methode zur Sollwertberechnung ist vor allem dann geeignet, wenn sich die Reifen in Sättigung befinden, also z. B. bei Vollbremsungen (ABS-Bremsungen) .
Eine weitere Möglichkeit den Giergeschwindigkeitssollwert festzu¬ legen, vor allem, wenn kein Verzögerungswunsch vorliegt, ist eine
Begrenzung des Rohwerts 3 auf einen Wert, der von der - sollO
augenblicklichen Fahrzeugguerbeschleunigung abhängt. Dazu wird eine
Sollwertbegrenzung t _ berechnet.
B
B Q F
mit der Querbeschleunigung a
1J ist der Wert für die Giergeschwindigkeit, bei der bei Kurven- B fahrt bei konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit der Wert des Schwimm¬ winkels konstant und damit das Fahrzeug stabil bleibt.
Bei Lenkwinkelrücknahme folgt die Giergeschwindigkeit durch die Eigendynamik des Fahrzeugs nicht phasengleich dem Lenkwinkel, sondern mit einer gewissen Verzögerung. Um in solchen und ähnlichen Situationen (Slalom) ein unnötiges Eingreifen des Fahrdynamikregel- systems zu vermeiden, kann durch eine geeignete Tiefpaßfilterung des Giergeschwindigkeitssollwerts eine Phasenangleichung von Ist- und Sollwert erreicht werden. Die Filterparameter können, evtl. modell¬ gestützt, vom Fahrzustand abhängig sein.
Ein Beispiel in zeitdiskreter Ausführung wird nachfolgend darge¬ stellt:
C ° sol„l k = F ' sol„l k + (1 " ) ' <- soll - ~
mit Filterkoeffizient 0 < F < 1
Durch eine solche Filterung kann jedoch auch eine evtl. unbefriedi¬ gende Fahrzeugeigendynamik an ein gewünschtes Verhalten angepaßt werden, indem das Fahrdynamikregelsystem durch geeignete Eingriffe an den Rädern die Giergeschwindigkeit entsprechend ändert.
In manchen Situationen, vor allem bei Lenkwinkelanhebung, kann es erwünscht sein, die Fahrzeugreaktion möglichst schnell zu machen und außerdem die Giergeschwindigkeit über den stationären Sollwert hinaus anzuheben, um eine gewisse Anstellung des Fahrzeugs zu er¬ reichen. Diese Schwimmwinkelerhöhung ist notwendig, um die für die gewünschte Seitenkraft notwendigen Schräglaufwinkel an den Reifen einzustellen. Dies kann erreicht werden, indem bei Lenkwinkelzunahme die Sollgiergeschwindigkeit durch ein differenzierendes Filter (DT-Filter) geleitet wird und der Ausgang dieses Filters mit geeig¬ neter Verstärkung zum ursprünglichen Sollwert zuaddiert wird.
Beispiel (zeitdiskret):
k _ C k + LZ- k soll soll Anstell
mit
<U k k-1
V * ( Anstell Anstell + k-1. soll soll
mit' Vergeßfaktor V < 1
Figurenbeschreibung
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Blockschaltbildes dargestellt. Natürlich ist auch eine Realisierung mit einem entsprechend programmierten Lt -Prozessor möglich.
Die Signale eines Lenkwinkelsensors 1 und eines Fahrzeuggeschwindig¬ keitsbildners 3 werden einem Block 8 zur Bildung von , -, Λ zu-
- sollO geführt. Diesem Block 8 werden noch die Konstanten L, V . und K
- ch zugeführt. Das ιJ -Signale wird dann einem Begrenzer 12 zuge¬ führt, der das U ,,„-Signal auf den in einem Block 9 gebildeten sollO
Begrenzungswert c = a / v (aus den Blöcken 2 und 3) be¬ grenzen. Das Ausgangssignal des Blocks 12 gelangt dann zu einem Tiefpaß 14 zwecks Phasenangleichung. Normalerweise gelangt dessen AusgangsSignal zu einem Block 18, in dem LJ gebildet wird. Nimmt jedoch der Betrag des Lenkwinkels zu, was ein Block 22 fest¬ stellt, so wird ein differenzierendes Filter 16 wirksam, das ein Anstellsignal (J bildet, das in einer Addierstufe 17 dem
Cθ „ , -Wert überlagert wird. Zur Bildung von (. ^ , , wird der sollO - soll
Faktor x benötigt. Zu dessen Bildung wird in einem Block 10 abhängig von C oder P die gewünschte Längskraft F , in einem
DR vor L,W
Block 11 aus CJ ,,„ die gewünschte Seitenkraft F„ ., und in sollO - S,W einem Block 13 aus den Kräften F und F die gewünschte
S,W ,W
Gesamtkraft F „ gewonnen. In einem Block 6 werden in bekannter ges,W -
Weise die tatsächliche Gesamtkraft F ermittelt. In einem Block ges
15 wird dann aus den Kräften F und F „ deren Verhältnis x ges ges,W gebildet, mit dem im Multiplizierer 18 C_ , ,„ multipliziert sollO wird. Der erhaltene Giergeschwindigkeitssollwert t- , „ und der soll in einem Sensor 7 gemessene Giergeschwindigkeitsistwert v. werden einem Regler 19 zugeführt, der Bremsdrucksteuerventile 20 und 21 im Sinne der Erzeugung eines zusätzlichen Giermoments ansteuert, um den Istwert dem Sollwert anzugleichen.
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