Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR THE ONLINE DETERMINATION OF VALUES OF THE DYNAMICS OF VEHICLE MOVEMENT OF A MOTOR VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/081139
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for the online determination of values of the dynamics of vehicle movement of a motor vehicle. The aim of the invention is to improve the quality of control of a motor vehicle and to reduce the demands on the driver. To this end, the inventive method for controlling the dynamics of vehicle movement comprises the following steps: determining estimated output variables &ycirc¿m? in accordance with determined and/or estimated input variables u and predetermined or predicted vehicle state variables x and optionally other variables, comparing the estimated output values &ycirc¿m? with measured output variables y¿m?, and determining the estimated variables of the dynamics of vehicle movement x(t¿k?/t¿k?) in accordance with the result of said comparison and optionally further criteria.

Inventors:
LUEDERS ULRICH (DE)
OEHLER RAINER (DE)
RAITZ VON FRENTZ HUBERTUS (DE)
RASTE THOMAS (DE)
ROLL GEORG (DE)
Application Number:
PCT/EP2001/004143
Publication Date:
November 01, 2001
Filing Date:
April 11, 2001
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
CONTINENTAL TEVES AG & CO OHG (DE)
LUEDERS ULRICH (DE)
OEHLER RAINER (DE)
RAITZ VON FRENTZ HUBERTUS (DE)
RASTE THOMAS (DE)
ROLL GEORG (DE)
International Classes:
B60R16/02; B60T8/172; B60T8/175; B60T8/1755; B62D6/04; (IPC1-7): B60T8/00
Foreign References:
DE19854633A11999-06-17
EP0914997A21999-05-12
DE19935805A12000-02-17
US5455770A1995-10-03
DE19620581A11997-11-27
Attorney, Agent or Firm:
CONTINENTAL TEVES AG & CO. OHG (Guerickestr. 7 Frankfurt, 60488, DE)
Download PDF:
Claims:
Ansprüche
1. Verfahren zur online Ermittlung von Größen der Fahrdynamik für ein Kraftfahrzeug gekennzeichnet durch die Schritte Ermitteln von geschätzten Ausgangsgrößen Ym nach Maßgabe ermittelter und/oder geschätzter Eingangsgrößen uund vorgegebener oder vorhergesagter Fahrzeugzustandsgrößen xund gegebenenfalls weiterer Größen, Vergleichen der geschätzten Ausgangsgrößen #m mit gemessenen Ausgangsgrößen Ym w Ermitteln der geschätzten Größen der Fahrdynamik x (tk/tk) nach Maßgabe des Vergleichsergebnisses und ggf. weiterer Kriterien.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichent durch den Schritt : Modellbasiertes Ermitteln der vorhergesagten Fahrzeugzustandsgrößen Je nach Maßgabe ermittelter und/oder geschätzter Eingangsgrößen u und den Größen der Fahrdynamik i (tk/tk).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Eingangsgrößen u (t) = , i oderpi, bei der Schätzung der vorhergesagten Fahrzeugzustandsgrößen jocund bei der Ermittlung der Größen der Fahrdynamik x (tk/tk) berücksichtigt werden, mit vox= geschätzte Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, J = der gemessene Lenkwinkel, FX = die ermittelten Reifenoder Radlängskräfte, #z = die geschätzten Aufstandskräfte oder Fz ermittelten Aufstandskrfte, #i = die geschätzten ReibungsKoeffizienten für den ReifenFahrbahn Kontakt oder = die ermittelten ReibungsKoeffizienten für den ReifenFahrbahn Kontakt.
4. Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Größen der Fahrdynamik und der <BR> <BR> <BR> <BR> T<BR> <BR> vorhergesagten Fahrzeugzustandsgrößen # = [#y,#]T oder # =<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> [Vy,#,Fd]T die Fahrzeugquergeschwindigkeit Vy, die Gierrate und die Störkräfte 7, die als nicht meßbare Eingangsgrößen geschätzt werden, ermittelt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Grö#en der Fahrdynamik und der vorhergesagten <BR> <BR> <BR> <BR> Fahrzeugzustandsgrö#en # = [#d,µi]T die Störmomente Md und<BR> <BR> _ _ ! die ReibungsKoeffizienten als nichtmessbare Eingangsgrößen ermittelt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vorhergesagten Fahrzeugzustandsgrößen je für den nächsten Abtastzeitpunkt t+} durch Integration nach der nichtlinearen Gleichung mit der Anfangsbedingung #(tk/tk) erfolgt, wobei Je geschätzter Zustandsvektor, f (.) kontinuierliche, nichtlineare Systemgleichungen x (tk) Signal zum diskreten Zeitpunkt tk. (aktueller Zeitpunkt) #(tk#tk1) geschätztes Signal zum Zeitpunkt tk I wobei nur Informationen vom letzten Zeitpunkt tk, verwendet sind x (tk It k) geschatztes Signal zum Zeitpunkt tkl wobei Informationen vom aktuellen Zeitpunkt tk verwendet sind #(tk+1#tk) vorhergesagtes Signal für den nächsten Zeitpunkt tk+,. wobei nur Informationen vom aktuellen Zeitpunkt tk verwendet sind tk diskreter Zeitpunkt ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsgröße ym= [ây] die Querbeschleunigung ay geschätzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Ausgangsgröße die Gierrate geschätzt wird.
9. Verfahren nach einem d, er Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Ausgangsgrö#en #m=[#y]T die Reifenoder Radquerkräfte Fy.geschätzt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgrößen Dm für den Abtastzeitpunkt tk nach der diskreten, nichtlinearen Gleichung hm #m(tk#tk1)=hm(#(tk#tk1),um(tk)) aus den Fahrzeugzustandsgrößen i (tkltk,) und den Eingangsgrößen um (tk) geschätzt werden, mit Ym geschätzter Ausgangsvektor der meßbaren Ausgänge # geschätzter Zustandsvektor, um Eingangsvektor der meßbaren Eingänge diskrete, nichtlineare Meßgleichungen #(tk#tk1) geschätztes Signal zum Zeitpunkt tk, wobei nur Informationen vom letzten Zeitpunkt tk1 verwendet sind y (tk#tk1) geschätztes Signal zum Zeitpunkt tk, wobei nur Informationen vom letzten Zeitpunkt tk1 verwendet sind tk diskreter Zeitpunkt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der geschätzten Ausgangsgrößen im= [Fy, ây,] Tmit mindestens einer der ermittelten (direkt oder indirekt mittels Sensoren <BR> <BR> <BR> <BR> T<BR> <BR> erfaßten) Ausgangsgrößen ym (tk) = [Fy,αy,#]T verglichen wird und die Vergleichsergebnisse e (tk) vorzugsweise über eine Verstärkungsmatrix K an einem Summationspunkt für die Korrektur der Fahrzeugzustandsgröße #(tk#tk1) zur Verfügung gestellt werden, wobei x (tkltkl) = geschätztes Signal zum Zeitpunkt tk, wobei Informationen vom letzten Zeitpunkt tkI verwendet sind.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsmatr. ix K zu jedem Zeitpunkt tk nach der Beziehung K (tk)=f(#,G) bestimmt wird, mit G = Informationsgehalt der ermittelten (gemessenen) Signale und geschatzter Arbeitspunkt des nichtlinearen Fahrzeugmodells.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur der Größen der Fahrdynamik nach der Beziehung #(tk#tk)=#(tk#tk1)+K(tk)e(tk) erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch den Schritt : Ermitteln der geschätzten Regelgrößen y, zum Zeitpunkt tk unter Verwendung von Informationen vom aktuellen Zeitpunkt aus den Größen der Fahrdynamik X (tkitk) und den Eingangsgrößen um (tk) nach der Beziehung, #r(tk#tk)=hr(#(tk#tk),um(tk)), mit um(tk)= Vektor der erfaßten diskreten Eingangsgrößen.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche l bis 13, gekennzeichnet durch den Schritt : Ermitteln der geschätzten Regelgrößen yr zum Zeitpunkt tk unter Verwendung von Informationen vom letzten Zeitpunkt aus den Fahrzeugzustandsgrößen x (tkltkl) und den Eingangsgrößen um (tk) nach der Beziehung, 1 (tk#tk1)=hr(#(tk#tk1),um(tk)), mit um(tk) = Vektor der erfaßten diskreten Eingangsgrößen.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch die Schritte : Ermitteln eines geschätzten Schwimmwinkels ? als Regegelgröße , (tk|tk,) bzw. #r(tk#tk), Vergleichen des geschätzten Schwimmwinkels # mit einer SchwimmwinkelReferenzgrö#e ßref, Bilden eines Zusatzgiermoments T,, q aus der geschätzten Differenz aus der SchwimmwinkelReferenzgrößeßref und dem Schwimmwinkel/ und einer Differenz aus einer Gierraten und einer Gierrate roder ; oder und Ansteuerung mindestens einer Radbremse des Kraftfahrzeugs nach Maßgabe des Zusatzgiermoments Treq.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die SchwimmwinkelReferenzgröße ßref eine nach Maßgabe der Geschwindigkeit Vx, z. B. Bref, des Fahrzeugs variable Aktivierungsschwelle ist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche l. bis. 16, dadurch gekennzeichnet, daß die SchwimmwinkelReferenzgrö#e, in einem dynamischen Modell, insbesondere dem Einspurmodell, ermittelt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Gierrate # als Regelgrö#e #r(tk#tk1) bzw. #r(tk#tk) geschätzt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die geschätzte Gierrate in Abhängigkeit von einer gemessenen Gierrate # geringerer Güte oder einem Ersatzsignal gebildet wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzgiermoment Teq nach Maßgabe der gemessenen Gierrate W gebildet wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Schräglaufwinkel der Reifen für die Vorderachseav und die Hinterachse ah als Regelgröße yr (tkltk,) bzwyr (tk|tk) geschätzt werden.
23. Fahrdynamikregelung, insbesondere ESPoder Fahrwerksregelung, gekennzeichnet durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22.
24. Fahrdynamikregelung, insbesondere nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch eine erste Ermittlungseinheit (402) zur Schätzung der Regelgrößen ? und/oder #v, ah aus den Eingangsgrößen VX, #,F,#,#,αy,#z, und/oder ggf. weiteren Größen Fz,#liear, Deaktivierungslogik (405) zur Abschaltung der Schwimmwinkelregelung nach Maßgabe der Eingangsgrößen #v, âh und/oder Größen, die Fahrsituationen des Kraffahrzeugs wiedergeben, wie z. B. bei Rückwärtsfahrt, Fahrt in einer Steilkurve u. dgl. zweite Ermittlungseinheit (404) zur adaptiven SchwimmwinkelMomentenberechnung aus den Eingangsgrößen #,ßref,#,Vref bzw. Vx,#i, dritte Ermittlungseinheit (406) zur Arbitrierung eines Zusatzgiermoments Trea saus dem Giermoment TI, und .
25. Fahrdynamikregelung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ermittlungseinheit (402) mit einem Aufstandskraftmodell (403) zum Schätzen der Aufstandskräfte Fz des Kraftfahrzeugs aus den Eingangsgrößen ay, axverbunden ist.
26. Fahrdynamikregelung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ermittlungseinheit (404) mit einem Referenzmodell (401) zur Ermittlung der nach Maßgabe der Geschwindigkeit Vx bzw. Vref variablen Aktivierungsschwelle verbunden ist.
27. Verwendung des nach dem Verfahren oder in der Fahrdynamikregelung nach einem der Ansprüche 1 bis 26 ermittelten Schwimmwinkels zum aktiven Lenkeingriff.
Description:
Verfahren zur online Ermittlung von Größen der Fahrdynamik für ein Kraftfahrzeug Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur online Ermittlung von Größen der Fahrdynamik für ein Kraftfahrzeug, eine Fahrdynamikregelung und eine Verwendung des Verfahrens und der Fahrdynamikregelung.

Stand der Technik ist ein ESP-System mit einer Gierratenregelung basierend auf einem genauen und im Verhältnis zum Gesamtsystem teuren Gierratensensor. Bekannte ABS, ASR und Fahrdynamikregelsysteme (z. B. ESP = Elektronisches Stabilitätsprogramm) werten die Signale von Raddrehzahlsensoren (ABS, ASR) und zusätzlichen Fahrervorgaben-und Fahrdynamiksensoren (ESP) aus, um instabile Fahrzeugbewegungen zu erkennen und sicher zu beherrschen. Die Vorgaben des Fahrers werden durch einen Lenkwinkelsensor, Drucksensoren im Hauptbremszylinder und das Motormanagement erfasst. Typische Fahrdynamiksensoren sind ein Querbeschleunigungssensor und bei Vierradantrieb evtl. ein Längsbeschleunigungssensor. Der für ESP wichtigste Sensor ist der Gierratensensor, der die Drehgeschwindigkeit des Fahrzeuges um die Hochachse mißt.

Die Fahrdynamikregelung ist als Folgeregelung für die Gierrate realisiert. Der Sollwert der Gierrate wird mittels eines Einspur-Fahrzeugmodells online generiert. Derart aufgebaute ESP-Syteme lassen in bestimmten Fahrsituationen bei einer kleinen Regelabweichung (Differenz zwischen Soll-und Istgierrate) einen großen''Schwimmwinkel (Winkel/ ? zwischen Fahrzeuglängsachse und Geschwindigkeitsvektor V) zu, wie die Figur 8, linke Bildhälfte zeigt. Der Schwimmwinkel kann begrenzt werden, wenn der Fahrer durch Lenkkorrekturen die Regelabweichung vergrößert und damit in Folge einen stärkeren Regeleingriff der Gierratenregelung bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die Güte der Regelung zu verbessern und die Anforderungen an den Fahrer zu verringern.

Vorteilhaft wird dies erreicht, wenn man von der Eingrößenregelung auf eine Mehrgrößenregelung übergeht. Hierbei wird ausgenutzt, dass der querdynamische Zustand des Fahrzeugs in erster Näherung durch die beiden Größen Gierrate y und Schwimmwinkel ? charakterisiert ist. In Figur 1 sind diese Größen dargestellt. Eine direkte Messung des Schwimmwinkels für künftige ESP-Systeme ist aus heutiger Sicht wirtschaftlich nicht vertretbar. Statt dessen wird versucht, den Schwimmwinkel aus den Signalen der vorhandenen Sensorik zu schätzen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäßbei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die folgenden Schritte gelöst, Ermitteln von geschätzten Ausgangsgrößen ym nach Maßgabe ermittelter und/oder geschätzter Eingangsgrößen uund vorgegebener oder vorhergesagter Fahrzeugzustandsgrößen xund gegebenenfalls weiterer Größen, Vergleichen der geschätzten Ausgangsgrößen mit gemessenen Ausgangsgrößen Ym t und _ Ermitteln der geschätzten Größen der Fahrdynamik Jc (tk/tk) nach Maßgabe des Vergleichsergebnisses und ggf. weiterer Kriterien.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Verfahren gekennzeichnet durch den Schritt : Modellbasiertes Ermitteln der vorhergesagten Fahrzeugzustandsgrößen Je ach Maßgabe ermittelter und/oder geschätzter Eingangsgrößen u und den Größen der Fahrdynamik X (tk/tk).

Dabei werden vorzugsweise die folgenden Eingangsgrößen u (t) = #x,#,Fx;#zoderFz,#i oderµi oderµi bei der Schätzung der vorhergesagten Fahrzeugzustandsgrößen Je und bei der Ermittlung der Größen der Fahrdynamik Je (tk/tk) berücksichtigt, mit #x= geschätzte Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, 8 = der gemessene Lenkwinkel, Fx = die ermittelten Reifen- oder Radlängskräfte, #z = die geschätzten Aufstandskräfte oder Fz = die ermittelten Aufstandskräfte, zi = die geschätzten Reibungs-Koeffizienten für den Reifen-Fahrbahn Kontakt oder//, = die ermittelten Reibungs-Koeffizienten für den Reifen-Fahrbahn Kontakt.

Als Größen der Fahrdynamik und der vorhergesagten <BR> <BR> <BR> <BR> T<BR> <BR> <BR> Fahrzeugzustandsgrößen x = [VyWFd] werden bevorzugt die Fahrzeugquergeschwindigkeit Vy, die Gierrate und die Störkräfte Fd, die als nicht meßbare Eingangsgrößen geschätzt werden, ermittelt.

Als weitere Grö#en der Fahrdynamik und der vorhergesagten Fahrzeugzustandsgrö#en # = [#d,µi]T werden die Störmomente Md und die Reibungs-Koeffizienten u, als nichtmessbare Eingangsgrößen ermittelt.

Vorteilhaft erfolgt die vorhergesagten Fahrzeugzustandsgrößen Je für den nächsten Abtastzeitpunkt tk+1 durch Integration nach der nichtlinearen Gleichung mit der Anfangsbedingung #(tk/tk), wobei x geschätzter Zustandsvektor, kontinuierliche, nichtlineare Systemgleichungen x (tk) Signal zum diskreten Zeitpunkt tk. (aktueller Zeitpunkt) x (tj,) geschätztes Signal zum Zeitpunkt tk I wobei nur Informationen vom letzten Zeitpunkt tk-1 verwendet sind x (tkltk) geschätztes Signal zum Zeitpunkt tk I wobei Informationen vom aktuellen Zeitpunkt tk verwendet sind X(tk+lltk) vorhergesagtes Signal für den nächsten Zeitpunkt <BR> <BR> tek+,, wobei nur Informationen vom aktuellen Zeitpunkt tk verwendet sind tk diskreter Zeitpunkt ist.

Es ist zweckmäßig, daß als Ausgangsgröße = [ay] die Querbeschleunigung ay geschätzt wird.

Es ist auch zweckmäßig, daß als weitere Ausgangsgröße #m=[#] die Gierrate geschätzt wird.

Ferner ist es zweckmäßig, daß als weitere Ausgangsgrößen #m=[#y]T die Reifen- oder Radquerkräfte Fy.geschätzt werden.

Vorteilhaft ist, daß die Ausgangsgrößen Ym für den Abtastzeitpunkt tk nach der diskreten, nichtlinearen Gleichung ho hm aus den Fahrzeugzustandsgrößen i (tkltk-1) und den Eingangsgrößen Um (tk) ) geschätzt werden, mit Ym geschätzter Ausgangsvektor der meßbaren Ausgänge x geschätzter Zustandsvektor, um Eingangsvektor der meßbaren Eingänge h,. (.) diskrete, nichtlineare Meßgleichungen 'Ok (tk|tk,) geschätztes Signal zum Zeitpunkt tk, wobei nur Informationen vom letzten Zeitpunkt tkl verwendet sind # (tk#tk-1) geschätztes Signal zum Zeitpunkt tk, wobei nur Informationen vom letzten Zeitpunkt tkl verwendet sind tk diskreter Zeitpunkt.

Es ist besonders zweckmäßig, daß mindestens eine der geschätzten Ausgangsgrößen #m=[#y,#y,#]T mit mindestens einer der ermittelten (direkt oder indirekt mittels Sensoren erfa#ten) Ausgangsgrö#en ym(tk)=[Fy,αy,#]T verglichen wird und die Vergleichsergebnisse e (tk) vorzugsweise über eine Verstärkungsmatrix K an einem Summationspunkt für die Korrektur der Fahrzeugzustandsgröße i (tkltk,) zur Verfügung gestellt werden, wobei i (tk#tk-1) = geschätztes Signal zum Zeitpunkt tk, wobei Informationen vom letzten Zeitpunkt tkl verwendet sind.

Es ist vorteilhaft, daß die Verstärkungsmatrix K zu jedem Zeitpunkt tk nach der Beziehung K (tk) = f (A, G) bestimmt wird, mit G = Informationsgehalt der ermittelten (gemessenen) Signale und A geschätzter Arbeitspunkt des nichtlinearen Fahrzeugmodells.

Vorteilhaft ist, daß die Korrektur der Größen der Fahrdynamik nach der Beziehung #(tk#tk)=#(tk#tk-1)+K(tk)e(tk) erfolgt.

Besonders vorteilhaft ist das Verfahren durch den Schritt : Ermitteln der geschätzten Regelgrößen Yr zum Zeitpunkt tk unter Verwendung von Informationen vom aktuellen Zeitpunkt aus den Größen der Fahrdynamik £ (tkltk) und den Eingangsgrößen um n(tk) nach der Beziehung, #r(tk#tk)=hr(#(tk#tk),um(Tk)), mit um(tk) = Vektor der erfaßten diskreten Eingangsgrößen.

Weiterhin ist das Verfahren vorteilhaft durch den Schritt : Ermitteln der geschätzten Regelgrößen yr zum Zeitpunkt tk unter Verwendung von Informationen vom letzten Zeitpunkt aus den Fahrzeugzustandsgrö#en #(tk#tk-1) und den Eingangsgrößen um (tk) nach der Beziehung, #r(tk#tk-1)=hr(#(tk#tk-1), um(tk)), mit um(tk) = Vektor der erfaßten diskreten Eingangsgrößen.

Eine besonders vorteilhafte Mehrgrößenregelung wird erreicht durch die Schritte : Ermitteln eines geschätzten Schwimmwinkels ? als Regegelgröße #r(tk#tk-1) Bzw. #r(tk#tk), Vergleichen des geschätzten Schwimmwinkels ? mit einer Schwimmwinkel-Referenzgrö#e ßref, Bilden eines Zusatzgiermoments Treq aus der geschätzten Differenz aus der Schwimmwinkel-Referenzgrößeßref und dem Schwimmwinkel und einer Differenz aus einer Gierraten- Referenzgröße fref und einer Gierrate roder roder und Ansteuerung mindestens einer Radbremse des Kraftfahrzeugs nach Maßgabe des Zusatzgiermoments Tex.

Vorteilhaft wird das Verfahren in einer Fahrdynamikregelung, insbesondere ESP-oder Fahrwerksregelung, verwendet.

Eine gattungsgemäße Fahrdynamikregelung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine erste Ermittlungseinheit (402) zur Schätzung der Regelgrößen/ ? und/oder âv, ah aus den Eingangsgrößen Vx,#,Fx,3,#,αy,#z, und/oder ggf. weiteren Grö#en Fz,#linear, Deaktivierungslogik (405) zur Abschaltung der Schwimmwinkelregelung nach Maßgabe der Eingangsgrößen âv, Ah und/oder Größen, die Fahrsituationen des Kraffahrzeugs wiedergeben, wie z. B. bei Rückwärtsfahrt, Fahrt in einer Steilkurve u. dgl. zweite Ermittlungseinheit (404) zur adaptiven Schwimmwinkel-Momentenberechnung aus den Eingangsgrößen ß ßref Vref bzw. Vx, pi, dritte Ermittlungseinheit (406) zur Arbitrierung eines Zusatzgiermoments Tre. aus dem Giermoment Tl,, ESP und Treg beta- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Gegenstand der Erfindung ist es, mit einem Schätzverfahren basierend auf einem nichtlinearen Fahrzeugmodell und Verwendung von Reifen-oder Radkräften, für eine Fahrdynamikregelung geeignete und hinreichend genaue Regelgrößen (die den Fahrzustandsgrößen entsprechen oder sich direkt daraus ableiten lassen) wie Gierrate, Schwimmwinkel, Wankwinkel, Nickwinkel zu schätzen. Die Reifen-oder Radkraft können vorzugsweise während der Fahrt unter Benutzung des Reifens mit einem Seitenwandtorsions-Sensor gemessen. Der"Seitenwandtorsions- oder SWT-Sensor"basiert auf der Idee, die Verformung des Reifens mittels Sensoren am Fahrwerk zu messen und diese Verformung aufgrund der elastischen Eigenschaften auf die wirkenden Kräfte zu schließen.

Je nach geforderten Regelgrößen (Regelaufgabe) ; und erforderlicher Güte der Schätzung können weitere Sensorsignale aus Längs-, Quer-und Wankbewegung des Fahrzeuges (z. B.

Querbeschleunigung, Raddrehzahlen, Gierrate und/oder Wankrate) in die Schätzung einbezogen werden.

Mit diesen geschätzten Regelgrößen werden neue Fahrdynamikregelsysteme entworfen.

Für die neue reifen-oder radkraftgestützte Fahrdynamikregelung wurde das konventionelle ESP-System nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel mit der SWT-Reifensensorik gekoppelt und um eine, jedoch von der SWT-Reifensensorik nicht abhängige Schwimmwinkelregelung erweitert. Dabei sind die Reifen-oder Radlängskräfte Px und Reifen-oder Radquerkräfte Fy bekannt, die ein Modell zur Schätzung des Schwimmwinkels stützen und eine Güte der Schwimmwinkelschätzung erreichen, die für eine Regelung ausreichend ist.

Mit dieser kombinierten Gierraten-und Schwimmwinkelregelung ist eine feinfühligere und im Hinblick auf den Durchschnittsfahrer noch leistungsfähigere Stabilitätsregelung darstellbar. Vom Fahrer als unangenehm empfundene bzw. ab einer bestimmten Größe nicht mehr beherrschbare Schwimmwinkel werden vermieden. Der Lenkaufwand wird bei fahrdynamisch kritischen Situationen erheblich reduziert.

Dies wird deutlich bei einem Vergleich eines Fahrmanövers mit Standard-ESP und ESP mit Schwimmwinkelregelung. Bei einer Kreisfahrt im Grenzbereich auf Schnee baut sich bei Reduktion der Antriebskraft beim Standard-ESP ein Schwimmwinkel auf, der nur durch eine heftige Lenkreaktion abgefangen werden kann (Figur 8, linke Seite). Die Gierrateninformation allein reicht zur Stabilisierung nicht aus.

Beim ESP mit Schwimmwinkelregelung wird der Schwimmwinkel dagegen auf einen für einen Durchschnittsfahrer beherrschbare Größe begrenzt. Aufgrund der reifen-oder radkraftgestützten Schätzung stimmen gemessener und geschätzter Schwimmwinkel hinreichend genau überein. Vom Fahrer sind keine zusätzlichen Lenkaktivitäten notwendig (vgl. Fig. 8). l 4 2. Vorteile der Erfindung Durch die modellgestützte Verknüpfung von Signalen kostengünstiger Sensoren können bisher nicht kostengünstig meßbare Signale (z. B. Schwimmwinkel), die für eine Fahrdynamikregelung benötigt werden, geschätzt werden.

Basierend auf diesen geschätzten Regelgrößen sind unter anderem folgende neue Fahrdynamik-Regelstrukturen möglich : * Ersatz des Gierratensensors (Kostenreduzierung). Das Signal wird durch eine geschätzte Größe ermittelt. Das bekannte ESP- System wird in seiner Struktur beibehalten.

Neue Fahrstabilisierungs-Regelstrukturen verbunden mit einer Verbesserung der Regelgüte durch eine Schwimmwinkelregelung oder Mehrgrößenregelung (kombinierte Gierraten-/ Schwimmwinkelregelung mit einer Vorgabe von Referenzwerten für Schwimmwinkel und Gierrate).

Neue aktive Lenksysteme auf der Basis der Schwimmwinkelermittlung.

3. Beschreibung des Verfahrens Im folgenden werden das Verfahren zur Schätzung der Zustände und der daraus abgeleiteten Regelgrößen des Fahrzeuges und die Struktur der Fahrdynamikregelung erläutert, die auf den geschätzten Regelgrößen basiert.

3. 1. Schätzung der Regelgrößen Für das Verfahren werden die durch den Reifen-Fahrbahn Kontakt auftretenden, auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte verwendet.

Diese Kräfte können Radumfangskräfte, Querkräfte und/oder Radaufstandskräfte sein. In Fig. 1 sind beispielhaft Radumfangskräfte (Längskräfte) Fx und Querkräfte Fy in den radfesten Koordinatensystemen bezogen auf die Radnabenmittelpunkte dargestellt. Zur Bestimmung der Kräfte wird ein SWT-Sensor eingesetzt, der zur Messung der Verformung des Reifens bzw. des Rades ein magnetisches Prinzip verwendet.

Für SWT-Encoder wurde eine spezielle hartmagnetische Gummimischung entwickelt, die in die Reifenseitenwand eingebracht wird. Die Gummimischung wird nach der Vulkanisation des Reifens magnetisiert. Bei dem entstehenden Polmuster wechseln sich Nord-und Südpole ab (DE 196 20 581)). Zwei aktive Magnetfeldsensoren, die am Fahrwerk angebracht sind, messen, wie sich das Magnetfeld bei der Rotation des Reifens ändert. Durch die Wahl von aktiven Sensoren erhält man bis zu sehr kleinen Geschwindigkeiten auswertbare Signale. Im Gegensatz zu induktiven Sensoren ist die Signalamplitude unabhängig'von der Drehzahl des Reifens. Aus der Phasendifferenz zwischen den beiden Sensorsignalen kann die longitudinale Verformung berechnet werden. Die Amplitude ändert sich umgekehrt zum Abstand zwischen Sensoren und Seitenwand, so daß durch sie die laterale Verformung der Corner (Reifen, Felge, Aufhängung) ermittelt werden kann. Aus den beiden Verformungskomponenten werden Längs-und Querkraft berechnet.

Zusätzlich kann man mit nur einem Sensor die Radgeschwindigkeit bestimmt werden, in der gleichen Weise wie bei einem ABS- Sensor. Die von dem SWT-Sensor erfaßten rohen Sensorsignale werden gefiltert und verstärkt, bevor sie an eine zentrale Auswerte-Elektronikeinheit weitergeleitet werden. In der Auswerteeinheit werden die Phasendifferenz und die Signalamplitude ermittelt und mit Hilfe eines digitalen Signalprozessors daraus die Kraftkomponenten berechnet.

Die Kraftinformation wird dann an das Regelsystem weitergeleitet, wo mit Hilfe eines Fahrzeugmodells weitere zur Beschreibung der Fahrsituation wichtige Größen geschätzt werden (siehe unten).

Diese Reifen-oder auch Radkraft können auch durch weitere bzw. andere geeignete Sensorik direkt oder indirekt über eine geeignete mathematische Umrechnung ermittelt werden, wie z. B.

Kraftmeßfelgen, Reifen-Seitenwandtorsionssensoren, Oberflächensensoren, Zuspannkraft-/druck Bestimmung aus Ansteuersignalen des Bremsenaktuators über ein mathematisches Modell oder Zuspannkraft-/druck-Messung des Bremsenaktuators (Umfangskräfte), Federwegsensoren bzw. Drucksensoren bei Luftfedern oder Radlastmodell (vgl. Gleichung F4. 9) aus Quer-und Längsbeschleunigungsinformation (Aufstandskräfte).

Allgemeine Beschreibung des Schätzverfahrens In Fig. 2 ist das allgemeine Blockschaltbild des Verfahrens zur Schätzung der Zustände des Fahrzeuges und der daraus abgeleiteten Regelgrößen dargestellt.

Auf das reale Fahrzeug wirken meßbare Eingänge u (z. B.

Lenkwinkel), die sich durch gängige Sensoren ermitteln lassen, und nichtmeßbare bzw. nur mit hohem Aufwand meßbare Eingänge z (z. B. Seitenwind). Die Ausgänge des Fahrzeuges, die die Reaktion des Fahrzeuges auf die Eingänge beschreiben, sind unterteilt in die messbaren Ausgänge y (z. B. Reifenquerkräfte) und die Regelgrößen y, (z. B. Gierrate, Schwimmwinkel, Schräglaufwinkel, Wankwinkel), die für die Regelung der Fahrdynamik benötigt werden.

Zusätzlich zu den Reifen-oder Radkräften können weitere Meßgrößen zur Verbesserung der Schätzung in das Verfahren integriert werden. Diese Meßgrößen können z. B. Quer-, Längsbeschleunigung, Raddrehzahlen, Gierrate, Wankrate und/oder Nickrate sein. Die meßbaren Ausgänge y und die Regelgrößen y, können je nach Sensorausstattung in einzelnen Größen übereinstimmen, z. B. bei der Verwendung eines Gierratensensors und einer kombinierten Gierrraten-/Schwimmwinkelregelung. Die Gierrate ist in diesem Fall sowohl ein meßbarer Ausgang als auch eine Regelgröße.

Mit dem Verfahren zur Schätzung der Größen der Fahrdynamik ist es nun unter Kenntniss der -entsprechend der Sensorausstattung-meßbaren Ein-und Ausgänge des realen Fahrzeuges möglich, Regelgrößen mit einer für eine Regelung der Fahrdynamik ausreichenden Genauigkeit zu schätzen. Das Schätzverfahren soll möglichst unempfindlich gegen die nichtmeßbaren Eingänge und Modellierungsfehler sein.

Dies kann mit dem im folgenden vorgestellten Verfahren erreicht werden.

Ein nichtlineares Modell des Fahrzeuges (Fig. 2 und 2a, grau hinterlegt) ist die Grundlage des Schätzverfahrens. Mittels der kontinuierlichen, nichtlinearen Systemgleichungen f (x (t), u (t)) des Fahrzeuges (Differentialgleichungssystem l. Ordnung) können die geschätzten Fahrzustandsgrößen bzw. Größen der Fahrdynamik x bestimmt werden. Aus diesen Fahrzustandsgrößen bzw. Größen der Fahrdynamik werden über die diskreten, nichtlinearen Ausgangsgleichungen h, (x (tkltk), um (tk)) oder hr(#(Tk#tk-1),um(tk)) die geschätzten Regelgrößen y, (tkltk) oder yr (tk|tk,) berechnet. In den Gleichungen für das Fahrzeugmodell ist auch ein nichtlineares Reifenmodell zur Bestimmung der Reifenkräfte aus den Fahrzeugzuständen enthalten.

Durch einen Vergleich der gemessenen Ausgangsgrößen ym (tk) (z. B.

Querkräfte der Reifen) mit den geschätzten Meßgrößen ym (tkltk,), die mittels den diskreten, nichtl'inearen Meßgleichungen hm(#(tk#tk-1),um(tk)) aus den geschätzten Fahrzustandsgrößen x berechnet werden, wird ein Fehlersignals e (tk) gebildet. Mit der Rückführung dieses Fehlersignals e (tk) über eine Verstärkungsmatrix K werden die Zustandsgrößen x des nichtlinearen Fahrzeugmodells korrigiert. Durch diese Rückführung der Meßgrößen wird das Modell nachgeführt und die Schätzung verbessert.

Die zur Verfügung stehenden Meßgrößen (Sensorausstattung) und die Güte der Sensorsignale beeinflussen damit die Güte der Schatzung. Werden z. B. zusätzlich zu den Reifenkräften weitere Meßgrößen in die Schätzung einbezogen, so führt dies durch die Verknüpfung über das Fahrzeugmodell zu einer Verbesserung der Schätzung der Regelgrößen. Damit ist es z. B. möglich eine Gierrate höherer Genauigkeit zu schätzen, obwohl der eingesetzte Gierratensensor gegenüber dem heutigen System in der Güte reduziert sein kann. Alternativ ist es denkbar bei Einsatz von weiteren Meßgrößen hoher Güte (z. B. heutiger Gierratensensor und Querbeschleunigungssensor), Reifen-oder Radkraftsignale geringerer Güte zu verwenden oder bei Tolerieren einer geringeren Schätzgenauigkeit auf die Rückkopplung der Reifen-oder Radquerkräfte zu verzichten.

Weiterhin kann durch die Rückführung des Fehlersignals auch bei einem, bedingt durch den Arbeitspunkt, instabilen Fahrzeugmodell die Schätzung stabilisiert werden. Ein Weglaufen der Schätzung aufgrund eines Sensoroffsets, wie dies z. B. bei einer freien Integration möglich ist, tritt somit nicht auf.

Das Verfahren bietet weiterhin die Möglichkeit auf das Fahrzeug einwirkende Kräfte und Momente (nichtme$bare Eingänge) zu schätzen. Transformiert auf den Schwerpunkt sind beispielhaft für die Querdynamik die Störkraft Fd und das Störmoment Td in Fig. 1 eingezeichnet. In dem Ausführungsbeispiel wird auf die Schätzung einer Störgröße näher eingegangen.

Beschreibung der Schätzgleichungen (vgl. Fig 2 und 2a) Die meßbaren Eingänge u und die meßbaren Ausgänge y des realen Fahrzeuges werden durch die Meßwerterfassung des digitalen _ Regelungsrechners (z. B. des Fahrdynamikreglers) zu diskreten Zeitpunkten tk mit der Abtastzeit TA erfasst. Additiv sind die Eingangsstörungen w (tk) und Ausgangsstörungen v (tk) wie z. B.

Sensorrauschen oder Quantisierungseffekte des A/D-Wandlers überlagert. Die erfaßten, diskreten Meßgrößen u () und ym (tk) 'Nomenklatur der zeitlichen Zusammenhänge : x (tk) Signal zum diskreten Zeitpunkt tk. (aktueller Zeitpunkt) #(tk#tk-1) geschätztes Signal zum Zeitpunkt tk, wobei nur Informationen vom letzten Zeitpunkt tk-1 verwendet sind. x (tk |tk) geschätztes Signal zum Zeitpunkt tk, wobei Informationen vom aktuellen Zeitpunkt tk verwendet sind.

#(tk+1#tk) vorhergesagtes Signal für den nächsten Zeitpunkt tk+"wobei nur Informationen vom aktuellen Zeitpunkt tk verwendet sind. werden für das Verfahren zur Schätzung der Regelgrößen verwendet.

Zu jedem Abtastschritt werden die geschätzten Meßgrößen #m(tk#tk-1) aus den vorhergesagten Zuständen #(tk#tk-1) und den Eingängen u", (tk) mittels der diskreten, nichtlinearen Meßgleichung hm (.) berechnet (F3. 1). Das Fehlersignal e (tk) zwischen gemessenen und geschätzten Messgrössen (F3. 2) führt mit der Verstärkungsmatrix K zu einer Korrektur der vorhergesagten Zustände (F3. 3). Mit den korrigierten Zuständen x (tkltk) oder den Zuständen vom letzten Zeitpunkt x (tk/kk,) erfolgt die Bestimmung der geschätzten Regelgrößen y, (tk|tk) oder yr (tk|tk,) mittels der diskreten, nichtlinearen Ausgangsgleichung h, (.) (F3. 4. 1 oder F3. 4. 2). Die Vorhersage der Zustände #(tk+1#tk) für den nächsten Abtastzeitpunkt tk+, erfolgt nach Gleichung F3. 5 durch Integration der nichtlinearen, kontinuierlichen Systemgleichungen f (.) mit der Anfangsbedingung #(tk#tk). <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <P>F3. 2 #m(tk#tk-1)=hm(#(tk#tk-1),um(tk))<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> F3.2 e(tk)=ym(tk)-#m(tk#tk-1) F3. 3 #(tk#tk)=#(tk#tk-1)+K(tk)e(tk) F3. 4. 1 #r(tk#tk) = hr(#(tk#tk),um(tk)) F3. 4. 2 #r(tk#tk) = hr(#(tk#tk),um(tk)) mit tk diskreter Zeitpunkt um Eingangsvektor der messbaren Eingänge Ym Ausgangsvektor der messbaren Ausgänge Ym geschätzter Ausgangsvektor der messbaren Ausgänge Yr geschätzter Ausgangsvektor der Regelgrössen x Zustandsvektor, geschätzt hm diskrete, nichtlineare Messgleichungen diskrete, nichtlineare Ausgangsgleichungen f (.) kontinuierliche, nichtlineare Systemgleichungen (z. B. Querdynamik incl. Reifenmodell, Wankdynamik) e Residuen, Differenz zwischen gemessenen und geschätzten Ausgängen K (zeit-, arbeitspunktabhängige) Verstärkungsmatrix Die diskretisierte. Form der Integration nach Gleichung F3. 5 kann z. B. durch einen einfachen Euler-Ansatz realisiert werden.

F3. 6 #r(tk#tk) = #(tk#tk)+TAf(#(tk#tk),u(tk)) Bestimmung der Rückführverstärkungsmatrix K Die Rückführverstärkungsmatrix K kann zu jedem Zeitpunkt tk nach Gleichung F3. 7 in Abhängigkeit von zwei Kriterien G : Informationsgehalt der gemessenen Signale und # # : geschätzter Arbeitspunkt des nichtlinearen Fahrzeugmodells bestimmt werden.

F3. 7 K (tk) =f (Â, G) Der Informationsgehalt eines Sensorsignales ist z. B. bestimmt durch die. Güte des Sensors (Genauigkeit, Rauschen, Drift), den Einbauort (überlagerte Schwingungen, Koordinatendrehungen) und den Modellierungsfehler des Fahrzeugmodells, d. h. wie gut paßt'die gemessene Größe zum mathematischen Ansatz. Die Elemente der Rückführverstärkungsmatrix K werden so gewählt, dass jeder gemessene Ausgang entsprechend seines Informationsgehaltes optimal für die Korrektur der geschätzten Fahrzeugzustände genutzt wird. So hat z. B. ein Sensorsignal geringer Güte auch einen geringen Einfluß auf die Schätzung der Regelgrößen. Wenn der Informationsgehalt sich zeitlich nicht ändert, dann ergibt sich daraus auch keine zeitliche Änderung von K. Es ist aber auch denkbar, eine festgestellte Anderung eines Sensorsignales (z. B Ausfall, erhöhtes Rauschen) entsprechend in der Rückführverstärkungsmatrix anzupassen.

Das dynamische Verhalten des Fahrzeuges ist stark vom Fahrzustand abhängig. In der regelungstechnischen Beschreibung bedeutet dies, dass die Eigenwerte der das Fahrzeug beschreibenden Differentialgleichung in weiten Bereichen in Abhängigkeit von z. B. der Fahrzeuggeschwindigkeit und den arbeitspunktabhängigen Schräglaufsteifigkeiten der Reifen variieren (Steigung der Reifenquerkraftkennlinie, Fig. 5). Um eine optimale Schätzung zu erreichen, ist es sinnvoll, die Rückführverstärkungsmatrix K an den Arbeitspunkt, d. h. geschätzte Zustände, gemessene/geschätzte Ausgänge und/oder Regelgrößen anzupassen. Dies kann zu jedem Abtastschritt oder in definierten Arbeitsbereichen geschehen (z. B. Sättigung/ keine Sättigung der Reifenkennlinie, hohe/niedrige Geschwindigkeit).

3. 2 Reglerstruktur der Fahrdynamikregelung Für eine Regelung der Querdynamik des Fahrzeuges werden die Regelgrößen Schwimmwinkel und Gierrate benötigt. In Fig 3 ist die allgemeine Struktur der vorgeschlagenen Querdynamikregelung (Giermomentenregelung) basierend auf den geschätzten Regelgrößen Schwimmwinkel # und Gierrate dargestellt. Falls ein Gierratensensor hoher Güte verwendet wird kann auch anstelle der geschätzten Gierrate die gemessene Gierrate W für die Regelung verwendet werden.

Die Schätzung der Regelgrössen Schwimmwinkel # und Gierrate W erfolgt nach dem Verfahren beschrieben in Abschnitt 3. 1 und 4. 1. Größen, die für die Schätzung verwendet werden (vgl. Fig.

3), sind die Eingängeum : Fahrzeuggeschwindigkeit Vx, Lenkwinkel 5, Reifen-oder Radlängskräfte FXi und die Messgrössen y : Querbeschleunigung ay, die Reifen-oder Radquerkräfte Fyi und Gierrate #. Alternativ zur Gierrate kann auch das Ersatzsignal #linear in Verbindung Verbindung dem dem Linearitäts-Flag verwendet werden. Weitere außerhalb des Schätzverfahrens bestimmte Eingangsgrößen, die durch geeignete Sensorik gemessen oder aus anderen Informationen berechnet oder geschätzt sind, sind die Aufstandskräfte #zi jedes Rades und die Reibungs- Koeffizienten pi für den Reifen-Fahrbahn Kontakt.

Basierend auf der Sensorkonfiguration sind in Fig. 3 (Tabelle A, B) die sinnvollen Schätz-/Reglerstrukturen dargestellt : Regelung mit der geschätzten Gierrate W Für die Bildung der Regeldifferenz Au wired die geschätzte Gierrate W verwendet. Der Gierratensensor kann aus Kostengründen eingespart oder in seiner Güte reduziert werden.

-Eingang in die Regelgrößenschätzung ist ein Signal von einem Gieratensensor geringerer Güte (geringere Genauigkeit, Offsetdrift). Die geschätzte Gierrate hat aufgrund der Nutzung der Informationen anderer Eingangs-und Meßgrößen eine höhere Güte als die gemessene Gierrate.

-Wird kein Gierratensensor eingesetzt oder der Sensor ist ausgefallen, kann zur Verbesserung der Regelgrößenschätzung das berechnete Ersatzsignal in Verbindung mit dem Linearitäts-Flag verwendet werden. Dieses Ersatzsignal, bekannt aus dem heutigen ESP-System zur Überwachung des Gierratensensors, wird gebildet aus den Differenzraddrehzahlen einer Achse oder dem stationären Lenkmodell oder aus der Querbeschleunigung. Dieses Ersatzsignal ist allerdings nur im linearen Arbeitsbereich der Fahrzeugdynamik gültig. In Abhängigkeit des Linearitäts- Flags, das diesen Gültigkeitsbereich anzeigt, entfällt die Rückführung für das Fehlersignal zwischen gemessener und geschätzter Gierrate e# = #linear - # auf die geschätzten Zustände x (tk) (s. Fig. 2). Die entsprechenden Elemente der Rückführmatrix K können dann z. B. auf Null gesetzt werden.

Regelung mit der gemessenen Gierrate W ! Diese Konfiguration ist sinnvoll, wenn-en ; Sensor heutiger Güte aus dem Standart-ESP System eingesetzt wird. Die gemessene Gierrate wird zwar in die Regelgrößenschätzung zur Verbesserung des geschätzten Schwimmwinkels einbezogen, für die Bildung der Regeldifferenz DW kann die gemessene Größe anstelle der geschätzten verwendet werden. Wird der geschätzte Schwimmwinkel nicht zur Regelung verwendet, erhält man die aus der Serie bekannte Reglerstruktur.

Bei dieser Konfiguration ist es denkbar, bei einer tolerierbaren Reduzierung der Güte des geschätzten Schwimmwinkels auf die Reifen-oder Radquerkräfte Fyi als Meßgröße zu verzichten. Dies ist besonders geeignet für Brake-by-Wire Systeme, die es ermöglichen ohne zusätzliche Sensorik die Reifenlängskräfte bei Betätigung des Bremsenaktuators zu ermitteln.

Die kombinierte Gierraten-/Schwimmwinkelregelung (Schalter B) läßt sich mit allen Gierraten-konfigurationen (Tabelle A, Fig 3) realisieren und ist gegenüber der reinen Gierraten-Regelung vorzuziehen.

Der Giermomenten-Regler besteht aus einem nichtlinearen, dynamischen Regler Gb, der als Eingang die Regeldifferenz Db zwischen geschätztem Schwimmwinkel ß und Referenz- Schwimmwinkel bref erhält und einem nichtlinearen, dynamischen Regler G., der als Eingang die Regeldifferenz A/zwischen gemessener/geschätzter Gierrate und Referenz-Gierrate Wref erhält. Statt oder in Verbindung mit dem Fahrzeug-Schwimmwinkel können auch die geschätztem Reifen-Schräglaufwinkel aVH von Vorder-und Hinterachse als Regelgröße verwendet werden.

Die beiden Ausgangsgrößen der Regler werden zu einem Zusatz- Giermoment Treq addiert, das anschließend (in Fig. 3 nicht dargestellt) als Bremskraftanforderung auf die Räder verteilt wird.

Der Referenzwert Wref für die Gierrate wird wie beim Standard- ESP aus einem dynamischen Einspurmodell erzeugt. Der Referenzwert ßref für den Schwimmwinkel kann ebenso durch ein dynamisches Modell erzeugt werden. Im normalen Betriebsbereich des Fahrzeuges ist jedoch der Schwimmwinkel klein (<2°), so dass eine Aktivierungsschwelle als ßref ausreicht. Eine Vorgabe aus einem dynamischen Modell ist nicht notwendig.

Die Parameter bzw. Aktivierungsschwellen des nichtlinearen, dynamischen Reglers werden u. a. in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit Vx, der Gierrate W bzw., der geschätzten Schwimm-und Schräglaufwinkel ß, av, und des Reibwertes an den jeweiligen Fahrzustand angepasst. Im Ausführungsbeispiel (Abschnitt 4. 2) wird die Generierung des Schwimmwinkel- Referenzwertes und die Anpassung des Schwimmwinkelreglers Gb beschrieben.

Bevorzugte Ausführungsform aufgrund einer im Vergleich zu dem bekannten ESP-System deutlich verbesserter Performance, ist die kombinierte Gierraten-/Schwimmwinkelregelung unter Verwendung eines Gierratensensors gleicher oder gegenüber heutiger Sensoren reduzierten Güte (rechte Spalte, Tabelle A, Fig 3).

Die kombinierte Gierraten-/Schwimmwinkelregelung führt zu einer Verbesserung des Standard-ESP insbesondere durch : 'Stabilisierung des Fahrzeugs in Situationen in denen das Standard-ESP nicht eingreift, wie z. B. Kreisfahrt mit Lastwechsel * Entlastung des Fahrers durch reduzierten Lenkaufwand zur Fahrzeugstabilisierung, z. B. beim Spurwechsel 4. Ausführungsbeispiel Das folgende Ausführungsbeispiel beschreibt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bestehend aus der Schätzung der Querdynamikzustände Gierrate und Schwimmwinkel und der darauf aufbauenden kombinierten Gierraten-/Schwimmwinkel Regelung. Ein Gierratensensorsignal steht für die Schätzung und Regelung zur Verfügung.

4. 1 Schätzung der Regelgrößen Gierrate und Schwimmwinkel Die Grundlage für die Schätzung von Gierrate und Schwimmwinkel ist ein ebenes Zweispurmodell für die Querdynamikbewegung unter Vernachlässigung von Wank-und Nickdynamik. Der Einfluß von Wanken und Nicken wird durch den Einfluß der Radaufstandskraft im Reifenmodell berücksichtigt.

Die Schätzung der Regelgrößen erfolgt nach den Gleichungen 3. 1 bis 3. 4 und 3. 6. Die Eingangs-, Ausgangs-, und Zustandsgrößen des zugrundegelegten Fahrzeugmodells sind : u= [Vx,#,Fx,#z,#i]T me#bare Eingänge <BR> <BR> ay #v,#v,#]T geschätzte me#bare Ausgänge<BR> #=[Fy,#y F4. 1 ^ ^ T geschätzte Zustände des Fahrzeuges <BR> <BR> <BR> yr =[#,#v,#h,#]T geschätzte Regelgrö#en<BR> <BR> <BR> <BR> ym=[Fy,ay,#]T me#bare Ausgänge Die messbaren Eingänge u sind die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Ex, die eine im Standard-ESP aus den Raddrehzahlen geschätzte Grosse ist, der Lenkwinkel #, die vier Reifen-oder Radlängskräfte Fx, die vier Aufstandskräfte Fz, berechnet nach Gleichung F4. 9 und die vier Reibungs-Koeffiziente #i für den Reifen-Fahrbahn Kontakt. Die Reibungskoeffizienten können z. B. entweder vom geschätzten Reibwert des Standard ESP übernommen, oder durch einen speziellen Schätzalgorithmus z. B. aus den Reifenkräften oder daraus abgeleiteter Grosse, paarweise oder radweise bestimmet werden.

Die Ausgänge Ym bzw. y sind die vier Reifen-oder Radquerkräfte Fy, die Querbeschleunigung ay vorzugsweise im Schwerpunkt oder in der Sensorposition und die Gierrate #. Die geschätzten Regelgrößen or sind der Schwimmwinkel ß, die Schräglaufwinkel der Reifen für Vorder und Hinterachse AV « h und die Gierrate.

Die geschätzten Zustände x sind die Fahrzeugquergeschwindigkeit Vy, die Gierrate, und die Störkraft #d (vgl. Fig. 1), die als nicht meßbarer Eingang (z. B.

Windkraft, Stoß) geschätzt werden soll. Um die Störgröße zu schätzen wird sie als Zustand X3 interpretiert, und in den Zustandsvektor x aufgenommen. Diese Vorgehensweise ist äquivalent für weitere Störgrößen wie das Störmoment Td und/oder auch unbekannte oder sich verändernde Parameter (Masse des Fahrzeuges, Reibungskoeffizienten Reifen/Fahrbahn) denkbar.

Nach Gleichung F3. 1 werden die geschätzten, meßbaren Ausgänge #m(tk#tk-1)=hm(#(tk#tk-1),um(tk)) aus der nichtlinearen Meßgleichung bestimmt : <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Yml Fyvl (tkltk-l)<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> #m2=#y_vr(tk#tk-1)<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> #m3=#y_vr(tk#tk-1) F4. 2 #m4=#y_hl(tk#tk-1) <BR> <BR> <BR> <BR> #m5=#y(tk#tk-1)=-1/m((Fx_yr+Fx_vl)*sin#+(#y_vl+#y+vr)*cos#&l t;BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> +(#y_hl+#y_hr)+#d)<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> #m6=#(tk#tk-1) mit den Reifenquerkräften aus dem nichtlinearen Reifenmodell <BR> <BR> #y_vl(tk#tk-1)=f(#v(tk#tk-1),Fx_vl(tk),#z_vl(tk),#vl(tk))< ;BR> <BR> <BR> <BR> #y_vr(tk#tk-1)=f(#v(tk#tk-1),Fx_vr(tk),#z_vr(tk),#vr(tk))< ;BR> F4.3<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> #y_hr(tk#tk-1)=f(#h(tk#tk-1),Fx_hr(tk),#z_hr(tk),#hr(tk))< ;BR> <BR> <BR> <BR> <BR> #y_hl(tk#tk-1)=f(#h(tk#tk-1),Fx_hl(tk),#z_hl(tk),#hl(tk)) und den Schräglaufwinkeln <BR> <BR> <BR> avltkl tk-1)=-#(tk)+###########+############<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Vx(tk) Vx(tk)<BR> F4. 4<BR> <BR> <BR> Vy(tk|tk-1) lh#(tk|tk-1)<BR> αh(tk|tk-1) =<BR> <BR> <BR> Vx(tk) Vx(tk) Das Reifenmodell nach gleichung F4.3 bildet die nichtlineare Charakteristik der Reifenquerkraftkennlinie ab, wie sie in Fig 5 prinzipiell in Abhängigkeit der wesentlichen Einflußgrößen dargestellt ist. Diese Kennlinie kann tabellarisch abgelegt, oder vorzugsweise analytisch in Form z. B. eines approximierten Polynoms dargestellt werden.

Nach Vergleich der geschätzten mit den gemessenen Ausgängen (F3. 2) und der Korrektur der Zustände (F3. 3) können mit den aktualisierten Zuständen nach Gleichung F3. 4. die geschätzten Regelgrössen #r9tk#tk)=hr(#(tk#tk),um(tk)) mittels der nichtlinearen Ausgangsgleichung bestimmt werden.

F4. 5 Vy(tk#tk) #r1=ß(tk (tk § tk) <BR> <BR> <BR> #r2=#v(tk#tk)<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> #r3=#h(tk#tk)<BR> <BR> <BR> Y, #r4=#(tk#tk)<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> mit den geschätzten Reifen-Schräglaufwinkeln :<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Vy(tk#tk) lv#(tk#tk)<BR> <BR> <BR> #v(tk#tk) = -#(tk)+#+#<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Vx(tk) Vx(tk)<BR> F4.6<BR> <BR> <BR> <BR> Vy(tk#tk) lv#(tk#tk)<BR> <BR> #v(tk#tk) = -#(tk)+#+# Vx(tk) Vx(tk) Die geschätzte Regelgrösse Wwird im anschließenden Ausführungsbeispiel für den Regler nicht benutzt, da ein Gierratensensor heutiger Güte zugrunde gelegt wird. <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <P>Die Schätzung der Zustände für den nächsten Abtastzeitpunkt<BR> <BR> erfolgt nach Gleichung F3. 6 mittels der nichtlinearen Systemgleichungen : X (tkltk) =f ( (tkltk), U (tk)) <BR> <BR> xl =#y=-Vx#+1/m((Fx_vr+Fx_vl)*sin#+(#y_vl+#Y_vr)*cos#<BR> <BR> <BR> <BR> + (#y_hl+#y_hr)+#d)<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> #2=#=1/#((#y_vl+#y_vr)*lv*cos#+(Fx_vr*bvr-Fx_vl*bvl)*cos#+ F4. 7 +(Fx_vl+Fx_vr)*lv*sin#+(#y_vl*bvl-#yy_vfr*bvr)*sin#- -(#y_hl+#y_hr)*lh-Fx_hl*bhl+Fx_hr*hr) 3 Fd = 0 mit den geschätzten Reifenkräften aus dem Reifenmodell, wobei die Schräglaufwinkel aus Gleichung F4. 6 verwendet werden.

#y_vl(tk#tk-1)=f(#v(tk#tk-1),Fx_vl(tk),#z_vl(tk),#vl(tk))< ;BR> <BR> <BR> <BR> <BR> #y_vr(tk#tk-1)=f(#v(tk#tk-1),Fx_vr(tk),#z_vr(tk),#vr(tk))< ;BR> <BR> <BR> F4. 8<BR> <BR> <BR> #y_hr(tk#tk-1)=f(#h(tk#tk-1),Fx_hr(tk),#z_hr(tk),#hr(tk))< ;BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> #y_hl(tk#tk-1)=f(#h(tk#tk-1),Fx_hl(tk),#z_hl(tk),#hl(tk)) 4. 2 Kombinierte Gierraten-/Schwimmwinkelregelung Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Querdynamikreglers für die bevorzugte Ausführungsform Regelung mit gemessener Gierrate und geschätztem Schwimmwinkel beschrieben (vgl. Abschnitt 3. 2 und Fig 3). Der Übertragungspfad mit dem Regler G,, für den Gierratenanteil ist aus dem Standard-ESP übernommen und wird hier nicht weiter dargestellt.

In Fig. 4 sind die wesentlichen Erweiterungen zum Standard-ESP durch den Schwimmwinkelregelungsanteil beschrieben.

Referenzmodell Im Block 401 wird eine Schwimmwinkel-Referenzgröße abhängig von der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vx nach Gleichung (F4. 8) bestimmt F4. 8 In Fig. 6 ist die Kennlinie nach Gleichung F4. 8 dargestellt. Das schraffierte Band markiert den Bereich kleiner Schwimmwinkel des Fahrzeuges, die ein Fahrer noch problemlos beherrschen kann. Innerhalb dieses Bereiches | b |<| bref | ist kein Regeleingriff aufgrund zu großer Schwimmwinkel notwendig. In Abhängigkeit steigender Geschwindigkeit wird die Regeleintrittschwelle bis auf einen Grenzwert bkrenz, ref reduziert, da bei höherer Geschwindigkeit grössere Schwimmwinkel für einen Fahrer schlechter beherrschbar sind.

Typische Werte für die Kennlinie der Regeleintrittsschwelle bref sind : bo, ref = 7°, bGrenz, ref = 4°, Vgrenz = 80 km/h Aufstandskraftmodell Zur Schätzung der Aufstandskräfte wird im Block 403 ein stationäres Modell nach Gleichung (F4. 9) verwendet. Die Aufstandskräfte Fz werden mit den im Schwerpunkt angreifenden Längs-und Querbeschleunigungen ax und ay geschätzt. Die Längsbeschleunigung kann sowohl eine durch einen Sensor gemessene Größe sein, als auch eine, z. B. im Standard-ESP aus den Raddrehzahlen, geschätzte Größe sein.

F4. 9 1 = lv + lh b, = bvi + bvr bh = bHl + bhr Adaptive Momentenberechnung Im Block 404 wird aus der Schwimmwinkeldifferenz F4. 10 #ß=ßref adaptiv, d. h. abhängig von weiteren Größen wie Gierrate Gierratenregeldifferenz AW Fahrzeuggeschwindigkeit Vx, und Reifen/Fahrbahn Reibungskoeffizient m ein das Fahrzeug stabilisierendes Zusatzgiermoment nach G1. (F4. 11) berechnet.

F4. 11 Ein Zusatzmoment Treqbeta wird berechnet, wenn der geschätzte Schwimmwinkel ? außerhalb des Bandes begrenzt durch bref liegt, wie in Fig. 6 dargestellt. Eine weitere Bedingung ist die Richtung der Gierrate. Dreht das Auto schon in die richtige' Richtung z. B. #>ßref und #>0 so ist kein Zusatzmoment mehr nötig. Unterhalb einer Geschwindigkeit Vmin ist keine Regelung nötig.

Sind die Bedingungen für ein Zusatzmoment erfüllt, so wird das Zusatzmoment vorzugsweise proportional zur Regelabweichung Db berechnet. In Fig. 7 ist ein typischer Verlauf für das angeforderte Zusatzmoment Treqbeta in. Abhängigkeit von der Regelabweichung Db dargestellt. Das Nullmoment To, beta ist notwendig um bei Regeleintritt ein signifikantes Zusatzgiermoment zur Fahrstabilisierung zu erreichen. Um den Regelein-und austritt jedoch weicher zu gestalten, ist es günstig für kleine Regelabweichungen Db < Dbo eine endliche Steigung vorzusehen. Ein typischer Wert ist Dbo = 0. 5°bis 1, 5°.

Es ist weiterhin sinnvoll das angeforderte Zusatzmoment Trek becta wie in Fig. 7 dargestellt in Abhängigkeit des Reibwertes m zu erhöhen.

Momentenarbitrierung Im Block 406 erfolgt eine Überlagerung des nach Gl. (F4. 11) bestimmten Giermoments mit dem Giermoment aus dem Standard-ESP in folgender Form : F4. 12 Deaktivierungslogik Eine Deaktivierung der Schwimmwinkelregelung erfolgt bei.

Rückwärtsfahrt oder Fahrt in einer Steilkurve und wenn die Differenz der Schräglaufwinkel an der Vorder-und Hinterachse groß ist, d. h.

F4.. 13 <BR> <BR> <BR> <BR> Aa =##v-#v#>#αmax<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Momentenverteilung Die Bestimmung der Radbremsdruck-Sollwerte aus dem angeforderten Zusatz-Giermoment erfolgt ähnlich wie beim Standard-ESP. Der Unterschied zum Standard-ESP besteht darin, daß bei aktiver Schwimmwinkelregelung zusätzlich zur Druckanforderung an den Vorderrädern auch an den Hinterrädern Druck angefordert wird. Hierbei wird unterschieden, ob die Schwimmwinkelregelung allein aktiv ist, oder ob zusätzlich das Standard-ESP aktiv ist.